Die europäische Elektronik- und Halbleiterindustrie befindet sich an einem historischen Wendepunkt. Angesichts globaler Wettbewerbsbedingungen, des milliardenschweren „European Chips Act“ und des rasant wachsenden Einflusses von künstlicher Intelligenz stehen europäische Unternehmen in den Bereichen Automobil, Industrie, Luftfahrt und Verteidigung insbesondere unter Zugzwang. Auf dem diesjährigen Anwendertreffen „U2U Europe“ diskutierten führende Manager von Siemens EDA gemeinsam mit Branchenexperten über die zentralen Herausforderungen und Lösungsansätze, um im weltweiten Innovationswettlauf nicht ins Hintertreffen zu geraten.
Sean Redmond von Silicon Catalyst Europe brachte zu Beginn der mit „Architecting the Future of Software-Defined, AI-Powered, Silicon-Enabled Design“ überschriebenen Podiumsveranstaltung die Dimensionen des Marktes auf den Punkt: „Die europäischen Unternehmen für elektronische Systeme und Halbleiter befinden sich in einem Wettlauf. Es ist ein Wettlauf, bei dem der Gewinner am Ende das meiste, wenn nicht sogar alles, für sich beansprucht. Wenn Sie in Ihrem Zielmarktsegment Zweiter oder Dritter werden, können Sie genauso gut nach Hause gehen.“
Die europäische Halbleiter- und Elektronikindustrie befindet sich an einem historischen Wendepunkt. Durch Initiativen wie den European Chips Act und einen beispiellosen Zufluss von Risikokapital entstehen in Europa zahlreiche innovative Start-ups, die den Anspruch erheben, die nächste Generation technologischer Standards zu prägen. Doch diesem enormen Potenzial stehen gravierende systemische Herausforderungen gegenüber: eine explosionsartige Zunahme der Systemkomplexität, interdisziplinäre Design-Hürden zwischen Hardware, Software und Mechanik sowie eine akute Verifikations- und Produktivitätskrise. Im Rahmen des U2U Europe Meetings in München diskutierten die führenden Manager von Siemens EDA, AJ Incorvaia, Abhi Kolpekwar und Geoff Lee, gemeinsam mit dem Moderator Redmond über strategische Lösungsansätze.
Moderator Sean Redmond von Silicon Catalyst Europe diskutierte auf dem Siemens User-Meeting in München mit den Siemens-EDA-Experten AJ Incorvaia, SVP and General Manager, Electronic Board Systems, Abhi Kolpekwar, SVP and General Manager, Digital Verification Technologies und Geoff Lee, VP EMEA Sales (v.l.n.r.), wie es gelingen kann, dass sich Chip- und System-Design-Häuser in der EU im internationalen Wettbewerb durchsetzen können. © Siemens
Europas Halbleiter-Ökosystem im Wandel: Chancen, Risikokapital und institutionelle Unterstützung
Europa steht vor einer einmaligen historischen Chance, seine Position in der globalen Halbleiter- und Elektronikwertschöpfungskette nachhaltig zu stärken. Wie Redmond im Rahmen der Podiumsdiskussion betonte, herrscht in Europa eine hochdynamische Investitionslandschaft: „Wir beobachten über 200 Risikokapitalinvestoren im Halbleiterbereich in Europa, die auf der Suche nach Investitionsmöglichkeiten sind.“ Diese Investoren sind aktiv bestrebt, Kapital in neue europäische Halbleiter-Start-ups zu lenken, was durch aktuelle Marktdaten untermauert wird: Allein im letzten Monat wurden zwölf neue Risikokapitalfonds mit einem Gesamtvolumen von über 3,1 Milliarden Euro aufgelegt.
Ein zentraler Katalysator für diese Entwicklung ist der mit 43 Milliarden US-Dollar dotierte „European Chips Act“. Er baut nicht nur die Fertigungskapazitäten in Europa aus, sondern unterstützt auch gezielt Chip-Kompetenzzentren und Inkubatoren. Ein herausragendes Beispiel hierfür ist Silicon Catalyst EU Limited mit Sitz in Malta. Obwohl Malta das kleinste EU-Land ist, sind Halbleiter das wichtigste Exportgut und der größte industrielle Arbeitgeber des Inselstaates. Von dort aus bietet ein vom „Chips Joint Undertaking“ finanziertes Inkubator-Netzwerk Unterstützung für Start-ups im gesamten Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) an. Das zugrundeliegende Ökosystem, das seit 2015 kontinuierlich ausgebaut wurde, umfasst mittlerweile über 500 beratende Führungskräfte. Diese hochrangigen Industrieexperten genießen großes Vertrauen entlang der globalen Halbleiter-Lieferkette. Zudem unterstützen über 70 Partner – darunter Siemens als großzügiger Sachleistungspartner – Start-ups dabei, kostenfrei Chips in hochmodernen Foundries zu tapen und ihre Investitionen taktisch zu steuern. Die Erfolge dieses Modells zeigen sich bereits in Großbritannien, wo die ersten Kohorten von 24 Start-ups über 100 Millionen Dollar an Risikokapital einwerben konnten. Dennoch mahnt Redmond zu unerbittlichem Ehrgeiz: „Die europäischen Unternehmen für elektronische Systeme und Halbleiter befinden sich in einem Wettlauf. Es ist ein Wettlauf, bei dem der Gewinner am Ende das meiste, wenn nicht sogar alles, für sich beansprucht. Wenn Sie in Ihrem Zielmarktsegment Zweiter oder Dritter werden, können Sie genauso gut nach Hause gehen.“
Die systemische Herausforderung und die exponentielle Komplexität moderner Elektroniksysteme
Trotz frischen Kapitals und staatlicher Subventionen sieht sich Europa einer tiefgreifenden strukturellen und technologischen Diskrepanz gegenüber. Redmond verweist auf eine markante historische Schieflage: Die Vereinigten Staaten haben in den letzten 50 Jahren 118 neue Technologieunternehmen mit einem Marktwert von jeweils über 10 Milliarden Dollar hervorgebracht, darunter Giganten wie Nvidia. Europa brachte im selben Zeitraum lediglich sechs solche Unternehmen hervor, darunter das britische Unternehmen ARM. Um die wirtschaftliche Sicherheit und technologische Souveränität Europas zu gewährleisten, müssen nach Ansicht der Experten mindestens hundert neue „ARMs“ geschaffen werden.
Diese Herausforderung wird durch die drastisch zunehmende technische Komplexität noch verschärft. Ob in der Automobilindustrie, der industriellen Automatisierung, der Luft- und Raumfahrt oder der Verteidigung: Künstliche Intelligenz und softwaredefinierte Funktionen durchdringen sämtliche Geschäftsfelder. AJ Incorvaia, SVP und General Manager Electronic Board Systems bei Siemens, erläutert die Konsequenzen für den Entwurfsprozess: „Die meisten Systeme sind heutzutage Multi-Board-Designs, an denen in der Regel größere, verteilte Teams arbeiten. Damit diese kommunizieren können, muss viel Arbeit in klar definierte Schnittstellen investiert werden.“ Ein Paradebeispiel hierfür sind moderne Architekturen, wie sie bei ARM- und Nvidia-Designs zum Einsatz kommen. In diesen müssen zahlreiche Subsysteme nahtlos miteinander interagieren. Dadurch wird die Kommunikation zwischen isolierten Entwicklungs-Silos extrem komplex. Hinzu kommen physikalische Effekte wie Signal- und Power-Integrität, die bei fortschrittlichen Knotengrößen und hohen Taktfrequenzen zu signifikanten Design-Risiken führen. Incorvaia betont: „Wir haben in den Präsentationen von ARM und NVIDIA heute Vormittag gesehen, dass der Grad der Komplexität weiter zunimmt – und zwar exponentiell. Innerhalb des Elektronik-Entwurfsablaufs gibt es eine Reihe von Schritten, die extrem komplex sind.“
Die Verifikationskrise: Vom eindimensionalen Funktionsnachweis zum mehrdimensionalen Verhaltensmodell
Eines der kritischsten Engpässe im modernen EDA-Workflow (Electronic Design Automation) betrifft die Verifikation. Abhi Kolpekwar, SVP und General Manager Digital Verification Technologies bei Siemens, beschreibt die Situation als fundamentalen Paradigmenwechsel: „Bislang war die Verifikation ein eindimensionales Funktionsproblem. Was jetzt geschieht, ist, dass sie zu einem mehrdimensionalen Verhaltensproblem geworden ist.“
Traditionell basierte die Verifikationsplanung auf standardisierten Abstraktionen, Sprachen und regelbasierten Engines, die vor allem die statische Funktionalität eines Chips absicherten. Heutige Prozessoren und SoCs agieren jedoch in hochkomplexen, dynamischen Umgebungen: von der Mobilität im teils chaotischen Verkehrsgeschehen über global verteilte Rechenzentren bis hin zu Avionik- und Raumfahrtanwendungen. Kolpekwar führt aus: „Das System interagiert kontinuierlich mit seiner Umgebung. Die zentrale Herausforderung ist daher, dass sich das Verhalten im Laufe der Zeit verändert bzw. weiterentwickelt. Infolgedessen wird sich auch die Verifikation von einer statischen, auf einer einzigen Spezifikation basierenden Funktionalität hin zu einem sich ständig weiterentwickelnden Verhalten wandeln.“
Die Verifizierung nimmt etwa die Hälfte der Projektzeit in Anspruch und die meisten Projekte überschreiten den Zeitplan. Die gezeigten Zahlen basieren auf erhobenen Daten aus 320 IC/ASIC- und 284 FPGA-Projekten. © Siemens
Diese Entwicklung erfordert, dass die Verifikation sich von einem einmaligen abschließenden Schritt (Design-Closure) zu einem iterativen Prozess wandelt, bei dem über den gesamten Lebenszyklus des Systems hinweg kontinuierlich Testdaten gesammelt, analysiert und verifiziert werden. Auf diese massive Datenexplosion trifft eine angespannte Personalsituation: Die Größe der Verifikationsteams wächst nicht proportional zur Komplexität und hochqualifizierte Spezialisten für formale Verifikation oder Low-Power-Analysen sind rar. In sicherheitskritischen Bereichen wie der Automobilindustrie, in der ein unentdeckter Fehler katastrophale Folgen, millionenschwere Produktrückrufe oder drastische Schadenersatzforderungen nach sich ziehen kann, ist ein Fehlschlag absolut inakzeptabel. Sean Redmond bringt es auf den Punkt: „Die globale Halbleiterindustrie wird vollständig von den Kosten eines Fehlschlags bestimmt. Wenn man auf einen Nanometer hinarbeitet, sprechen wir von Projektkosten in Höhe von einer Milliarde Dollar. Wenn man scheitert, scheitert das Unternehmen.“
Künstliche Intelligenz im EDA-Workflow: Assistenz, Agenten und das Primat des technischen Urteilsvermögens
Angesichts des demografischen Wandels und des wachsenden Fachkräftemangels – viele erfahrene Ingenieure gehen in den Ruhestand und nehmen ihr implizites Wissen mit – rückt künstliche Intelligenz in den Fokus aller EDA-Strategien. Incorvaia unterstreicht jedoch das primäre Ziel des KI-Einsatzes: „Es geht uns wirklich nicht darum, Ingenieure durch KI zu ersetzen, sondern sie zu unterstützen und ihnen zu helfen, effizienter zu arbeiten.“
Konkrete Anwendungsbereiche für KI im EDA-Bereich umfassen:
- Einarbeitung und Onboarding: Neue Ingenieure können sich dank intuitiver Assistenzsysteme und natürlicher Sprachverarbeitung (Natural Language Processing, NLP) wesentlich schneller in komplexe Tools einarbeiten.
- Tool-Effizienz: Die Fülle an hochentwickelten Funktionen in modernen EDA-Suites wird durch KI-gestützte Befehlsvorhersagen und kontextsensitive Abfragen für Anwender voll nutzbar gemacht.
- Daten-Triage: Das Durchforsten gigantischer Simulationsprotokolle und Datenmengen wird automatisiert, um relevante Fehlerursachen frühzeitig zu isolieren.
- Agentenbasierte Automatisierung: Fortgeschrittene agentische KI-Systeme übernehmen repetitive Aufgaben wie das Generieren von Bibliotheken oder das Definieren komplexer Randbedingungen und schlagen konkrete Korrekturen für Designfehler vor.
Kolpekwar warnt jedoch im Kontext der Verifikation vor blindem Vertrauen in probabilistische Modelle: „Wenn Sie der KI wirklich erlauben, den Prozess vollständig zu automatisieren, und Sie nicht in der Lage sind, zu erklären, warum und wie sie etwas getan hat, dann verlagern Sie im Grunde genommen Ihr Paradigma weg von diesem klassischen deterministischen Paradigma hin zu etwas, das im Grunde ein probabilistisches Modell ist.“ Der Übergang müsse daher schrittweise erfolgen. Kolpekwar empfiehlt europäischen Unternehmen, mit risikofreien und wertschöpfenden Domänen zu beginnen: „Nutzt KI, um Transparenz zu schaffen. Nutzt KI, um verschiedene Datenquellen zu verknüpfen und eure Informationen in Erkenntnisse umzuwandeln. […] Dabei sollten Ingenieure die ganze Zeit die Kontrolle behalten.“ Das Ziel müsse der Übergang von der reinen „Verification Closure“ zur umfassenden „Verification Confidence“ sein.
Ganzheitliche Lösungsansätze von Siemens: Digital Thread, Shift-Left und industrietaugliche KI
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat Siemens einen ganzheitlichen strategischen Ansatz entwickelt. Geoff Lee, VP EMEA Sales bei Siemens, erläutert die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen der Anwender: „Die meisten Unternehmen werden vom Vorstand aufgefordert, ihre Effizienz um 20 Prozent zu steigern, wissen aber oft nicht, wie sie das bewerkstelligen sollen. Wir sind also hier, um die Lösungen bereitzustellen, aber auch, um Ratschläge zu geben, wie man diese in die Arbeitsabläufe integrieren kann.“
Ein zentrales Konzept hierbei ist der Digital Thread, den Incorvaia näher beschreibt: „Man muss sich also mit den verschiedenen Aspekten befassen, man muss sich um die Systemarchitektur kümmern. Dann muss man sich um das Design kümmern […] Daher benötigen wir Systeme, mit denen wir nicht nur die Anforderungen durch den gesamten Design-Flow verfolgen, sondern auch Dinge wie Schnittstellen und Änderungen, die im System während des gesamten Prozesses stattfinden, kommunizieren können.“
Das Fuse EDA AI System und der Fuse EDA AI Agent von Siemens soll das Chip- und Leiterplatten-Design grundlegend verbessern, indem es generative und agentenbasierte KI-Funktionen in das gesamte Siemens EDA-Portfolio integriert. Über eine kontextbezogene Schnittstelle in natürlicher Sprache koordiniert es auf intelligente Weise komplexe, toolübergreifende Arbeitsabläufe vom ersten Konzept bis zur Freigabe für die Fertigung und steigert so die Produktivität der Entwickler sowie die Designqualität. © Siemens
Dieser digitale Faden verbindet die elektronischen Arbeitsabläufe direkt mit der mechanischen und thermischen Konstruktion (ECAD/MCAD-Integration) sowie mit Product-Lifecycle-Management-Systemen (PLM). In Branchen, in denen Komponenten wie Antennen, Steckverbinder und Gehäuse exakt auf die Elektronik abgestimmt sein müssen, ist dieser domänenübergreifende Ansatz unerlässlich. Ergänzend dazu setzt Siemens stark auf das Prinzip „Shift Left“, bei dem Validierungs-, Test- und Softwareentwicklungsaufgaben möglichst frühzeitig in den Designzyklus verlagert werden. Mithilfe von virtuellen Prototyping-Umgebungen und Systemmodellen können Entwickler das gesamte Produkt – vom Halbleiter über die Leiterplatte bis hin zum softwaredefinierten Endprodukt – virtuell validieren, noch bevor physische Prototypen gefertigt werden. Im Bereich der künstlichen Intelligenz stellt Siemens sicher, dass sämtliche KI-Funktionen unter dem Framework „Fuse“ industrietauglich und vollständig validiert sind, um den strengen Qualitätsanforderungen sicherheitskritischer Branchen gerecht zu werden.
Ausrichtung der Siemens-F&E: 3D-IC, skalierbare Simulationen und vernetzte Ökosysteme
Mit Blick auf die kommenden drei bis fünf Jahre investiert Siemens EDA massiv in zukunftsweisende Forschungs- und Entwicklungskapazitäten, um die europäischen Halbleiter-Ambitionen zu beflügeln. Incorvaia nennt das 2,5D- und 3D-IC-Design als einen der Investitionsschwerpunkte: „Dies ist ein Bereich, in dem die Zusammenführung heterogener Bauelemente in einem einzigen Gehäuse immer wichtiger wird. Es gibt heutzutage nur noch sehr, sehr wenige Designs, die aus einem einzigen Chip bestehen.“ Die damit verbundene multiphysikalische Analyse erfordert hochentwickelte Werkzeuge zur simultanen Bewältigung von Signal- und Power-Integrität sowie thermischen Gradienten.
Kolpekwar stellt die drei Hauptsäulen der aktuellen F&E-Investitionen im Bereich der Verifikation vor:
- Skalierbare Produkte: Kernkomponenten und Simulatoren der neuesten Generation, die größere Aufgaben mit deutlich höherer Leistung und geringerem Rechenaufwand bewältigen.
- Vernetzte, KI-gestützte Lösungen: Die Integration von Datenbanken, Wissensgraphen und Rechenparadigmen über verschiedene Verifikationsphasen hinweg mittels des neu eingeführten „Questa One Agentic Toolkit“.
- Datengesteuerte Ansätze: KI-gestützte Engines, die gigantische Datenmengen strukturieren und in verwertbare Ingenieurserkenntnisse umwandeln können.
Lee fasst die langfristige Vision von Siemens wie folgt zusammen: „Wenn ich also auf die nächsten drei bis fünf Jahre blicke, geht es darum, als Unternehmen sicherzustellen, dass wir unsere technischen Teams so weiterentwickeln, dass diese neuen Fähigkeiten für die Kunden direkt verfügbar sind. Zudem müssen wir über ein gemeinsames KI-Framework verfügen, damit alle Technologien nahtlos zusammenpassen.“ Durch die Kombination aus erstklassigen Softwareplattformen, weltweiter technischer Unterstützung und enger Kooperation mit europäischen Forschungsinstituten wie IMEC, Fraunhofer und CEA-Leti schafft Siemens die Voraussetzungen dafür, dass europäische Innovatoren ihre Produkte schneller und sicherer auf den Markt bringen können.
Fazit
Die Transformation des europäischen Halbleiter- und Elektronikmarktes erfordert eine entschlossene Zusammenarbeit von Start-up-Inkubatoren, Risikokapitalgebern und technologischen Enablern wie Siemens EDA. Während die Systemkomplexität exponentiell steigt und Verifikationsprozesse traditionelle Grenzen sprengen, bieten moderne Ansätze wie der Digital Thread, Shift-Left-Methoden und agentenbasierte künstliche Intelligenz entscheidende Hebel zur Effizienzsteigerung. Wie die Experten auf dem U2U Europe Meeting eindrucksvoll dargelegt haben, hängt der Erfolg Europas in den kommenden Jahren nicht allein vom Einsatz von Geldmitteln ab, sondern maßgeblich davon, ob es gelingt, technologische Souveränität mit kompromisslosem technischem Urteilsvermögen und industrietauglichen EDA-Werkzeugen zu verbinden. Die wirtschaftliche und nationale Sicherheit Europas liegt in den Händen seiner Ingenieure – und die Werkzeuge zur Bewältigung dieser Herausforderung stehen nach Überzeugung der Podiumsteilnehmer bereit. (jr)
Link zur Video-Aufzeichnung der Podiumsveranstaltung (Anmeldung erforderlich)
