Digitale Souveränität bei Prozessoren

Die EU fördert die Entwicklung von Prozessoren. Das soll unter anderem Schlüsselindustrien und kritische Infrastrukturen weniger abhängig vom Ausland machen.

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(Bild: European Processor Initiative (EPI))

Von
  • Christof Windeck

Der Streit um die chinesische Firma Huawei als Zulieferer für Telekommunikationsnetze zeigt das Problem: Was passiert, wenn Hardware in wichtigen Infrastrukturen Hintertüren enthält, die sich für Spionage und Sabotage nutzen lassen? Die Mitglieder der Europäischen Union (EU) sind bei vielen Halbleitern auf Zulieferer aus China, Taiwan, Südkorea, Japan und den USA angewiesen. Durch manipulierte Chips oder stockendem Nachschub wegen Handelskriegen oder gar militärischen Auseinandersetzungen drohen schwere Probleme, auch für die Wirtschaft: Die für Deutschland wichtige Automobilbranche etwa setzt zunehmend auf Digitaltechnik.

Es gibt also gute Gründe, wieder mehr Kompetenz zur Halbleiterentwicklung innerhalb der EU aufzubauen. Deshalb fördert die EU die European Processor Initiative (EPI) im Rahmen des Programms Horizon 2020 mit rund 120 Millionen Euro. Die EPI ist zudem Teil des "EuroHPC Joint Undertaking" zum Aufbau von Hochleistungsrechentechnik (High Performance Computing, HPC), in das die EU und die teilnehmenden Länder sogar 1 Milliarde Euro buttern. Ziel ist ein Supercomputer mit rund 1 Exaflops Rechenleistung, mehr als doppelt so viel wie der aktuelle Top500-Spitzenreiter Fugaku aus Japan mit 416 Petaflops.

Die European Processor Initiative (EPI) will 2021 ihren ersten Prozessor „Rhea“ mit ARM- und RISC-V-Kernen vorstellen.

(Bild: European Processor Initiative (EPI))

Um keinen falschen Eindruck zu erwecken: In Europa werden massenweise Halbleiter entwickelt und produziert. NXP, Infineon, STMicroelectronics (STMicro) und Bosch zählen sogar zu den Marktführern bei Halbleitern für Kraftfahrzeuge (Automotive), Bosch bei MEMS-Sensoren und Infineon bei Leistungshalbleitern. STMicro und Infineon sind führende Anbieter von Sicherheitschips für Kredit- und Bezahlkarten, Pay-TV, SIM-Karten und FIDO2-Dongles für Zwei-Faktor-Authentifizierung. Zudem gibt es Auftragsfertiger wie X-Fab.

Was in der EU aber fehlt, sind Entwicklung und Herstellung leistungsfähiger Mikroprozessoren und Rechenbeschleuniger. Außerdem gibt es in der EU keine Chip-Fertigungsanlage (Fab), die Strukturbreiten von weniger als 14 Nanometer produzieren kann – während bei TSMC in Taiwan schon die 5-Nanometer-Fertigung anläuft. 14 Nanometer gibt es in der EU auch nur am irischen Standort Leixlip des US-Konzerns Intel. Die arabische Firma Globalfoundries kann im Werk Dresden minimal 22-Nanometer-Strukturen fertigen, europäische Hersteller minimal 45 und 32 Nanometer.

Die EPI will zwar einige konkrete Chips entwickeln, zielt aber letztlich nicht auf einen bestimmten Prozessor. Vielmehr wollen die 27 teilnehmenden Partnerfirmen und Forschungsinstitute das Know-how zum Design leistungsfähiger Systems-on-Chip (SoCs) mit Optimierungen für verschiedene Aufgaben erarbeiten. So möchte man beispielsweise Allzweck-Rechenkerne mit spezialisierten Funktionsblöcken etwa für Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) kombinieren. Zunächst setzt man für die Allzweckkerne auf die bewährte ARM-Technik, die etwa auch Apple nutzt und der von Fujitsu entwickelte A64FX-Prozessor des erwähnten Fugaku. Dieser A64FX enthält auch SIMD-Recheneinheiten namens Scalable Vector Extensions (SVE), die man mit den AVX-Einheiten in x86-Prozessoren von AMD und Intel vergleichen kann. Bei KI-Beschleunigern wiederum will man auf die offene Befehlssatzarchitektur RISC-V setzen. RISC-V eröffnet aber auch neue Möglichkeiten für offene Chip-Designs. So hat etwa Google das Projekt OpenTitan für einen Sicherheitschip angeschoben und an eine Firma unter dem Dach der Linux Foundation übergeben. Ein solcher Chip ließe sich etwa als Secure Element (SE) mit eigenen digitalen Zertifikaten nutzen und von einem Auftragsfertiger produzieren, dem man besonders vertraut.

Um die EPI-Entwicklung zu bündeln, wurde nahe Paris die Firma SiPearl gegründet, die auch eine Niederlassung bei Duisburg hat. 2021 soll der "General Purpose Processor" (GPP) der ersten EPI-Generation namens Rhea erscheinen, den der weltweit größte Auftragsfertiger TSMC aus Taiwan mit 6-Nanometer-Strukturen fertigt. Er enthält ARM-Kerne vom Typ Neoverse Zeus, die dem Cortex-A77 für Smartphones ähneln. Aber es soll auch schon RISC-V-Technik drinstecken. 2022/23 ist die zweite GPP-Generation "Cronos" geplant, auch in einer Variante für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen.

Ein anderes Problem wird die EPI nicht lösen können: Fertigungsanlagen in der EU für Prozessoren mit Strukturbreiten von 7 Nanometern und darunter. Die dazu nötigen "Fabs" kosten mehrere Milliarden Euro und arbeiten nur wirtschaftlich, wenn sie riesige Chip-Mengen ausstoßen. Die USA locken unterdessen TSMC zur Investition in Arizona an. In der EU hingegen werden sich High-End-Chips auf absehbare Zeit nur entwickeln, aber nicht physisch fertigen lassen.

Dieser Artikel stammt aus c't 19/2020. (ciw)