Chipdesign: Die Welt von morgen gestalten

Mikrochips werden überall gebraucht. Die winzigen Schaltkreise immer weiter zu entwickeln und an neue Anforderungen anzupassen, darum geht es im Berufsfeld Chipdesign. Doch zu wenige entscheiden sich für den Beruf – trotz bester Karrierechancen und abwechslungsreicher Tätigkeit.

Von Julian Hörndlein

Den nächsten Entwicklungsschritt des Smartphones mitgestalten, das Auto fit für die Zukunft machen oder mit moderner Medizintechnik Leben retten: Der Beruf des Chipdesigners ist in der vernetzten Welt längst unerlässlich geworden. Das Design der Halbleiter ist nicht nur der erste, sondern insgesamt ein entscheidender Schritt im komplexen Herstellungsprozess eines Mikrochips. „Das Chipdesign macht 40 bis 50 Prozent der Wertschöpfung aus“, erklärt Dr. Norbert Wehn, Professor für Mikroelektronik an der Rheinland-Pfälzischen Universität Kaiserslautern-Landau und Sprecher der Initiative Chipdesign Germany, die sich dem vorwettbewerblichen Austausch verschiedener Akteure im Chipdesign verschrieben hat. Denn trotz seiner großen Bedeutung ist das Chipdesign in Deutschland bisher eine kleine Branche, vom weltweiten Chipdesign finden lediglich zwei Prozent in Europa statt. „Das bedeutet, dass wir bisher im größten Teil der Wertschöpfungskette schwach aufgestellt sind“, sagt Wehn.

Wie wichtig der Entwurf von Mikrochips heutzutage ist, zeigt sich auch daran, dass es längst mehr als nur ein Teil der Chipherstellung ist. Es ist eine eigene Branche geworden. „Es gibt Unternehmen, die gar keine Fertigung oder Produktion haben und sich nur um das Design kümmern“, erklärt Dr. Ronald Schnabel, Geschäftsführer der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik (GMM). Und auch außerhalb der Halbleiterindustrie bekommt das Chipdesign mehr Aufmerksamkeit, wenn zum Beispiel ein Automobilhersteller, der Mikrochips für sein vernetztes Fahrzeug benötigt, selbst Designkapazitäten aufbaut. Das schafft folgerichtig neue Beschäftigungsmöglichkeiten für Chipdesigner.

Laut Branchenverband SEMI Europe könnten der gesamten europäischen Halbleiterindustrie bis 2030 mehr als 270.000 Fachkräfte fehlen. Das betrifft alle möglichen Berufe – vom Prozessingenieur bis zum Testprofi, aber in entscheidendem Umfang auch Chipdesigner (siehe Kommentar). Warum das so ist, dafür sieht Forscher Wehn mehrere Gründe. Zum einen stehe das Design in der Diskussion rund um Mikrochips zu wenig im Vordergrund, viel mehr werde über die Fertigung gesprochen. Auch leide das Chipdesign unter dem allgemeinen Rückgang der Studierendenzahlen im Bereich Elektro- und Informationstechnik: „Die Studierenden entscheiden sich aktuell vor allem für Studiengänge rund um Künstliche Intelligenz, während Disziplinen wie Elektrotechnik immer weniger Studierende anziehen“, sagt er. Dabei arbeiten für das Chipdesign viele Disziplinen Hand in Hand. Auch Absolventen der Informatik und Experten für Künstliche Intelligenz und Co werden gebraucht, schließlich gehört zum Einsatz von Mikrochips die passende Software. Die aber eben nicht ohne die entsprechende Hardware funktioniert.

Was die konkreten Aufgaben bei einer Tätigkeit im Chipdesign betrifft, so sind diese so variabel wie die Einsatzmöglichkeiten der Chips selbst. „Zum Berufsfeld gehört eine Vielzahl von ganz unterschiedlichen Tätigkeiten“, sagt Chipdesigner Dr. Andreas Brüning, der bereits vor 30 Jahren Schaltkreise entworfen hat und nun beim Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik tätig ist. Systemarchitekten etwa sind dafür zuständig, mit einem großen Problemverständnis und digitalen Tools die Chips zu modellieren. Anschließend kümmern sich weitere Experten um die konkrete Implementierung der Schaltkreise. „Da ist auch ganz viel Programmieren dabei“, weiß Brüning. Weiter geht der Prozess über Integratoren, die die verschiedenen Einzelaspekte des Systems zusammenbringen, bevor es an die Verifikation geht. Selbst nach der Fertigung ist der Job des Chipdesigners nicht erledigt. Denn bevor der Chip verbaut werden kann, muss er getestet werden.

Viele Jobs, für die viele Fachleute gebraucht werden. Das haben nicht nur Unternehmen, sondern auch die Politik erkannt. „Die Motivation, junge Leute für Chipdesign zu begeistern und dafür auszubilden, ist groß“, sagt Ralf Popp vom edacentrum in Hannover. Der zur Förderung des Chipentwurfs gegründete Verein unterstützt industriegeführte Verbundprojekte zur Forschung und Entwicklung von durchgängigen Design-Methoden für den Chipentwurf. Diese Motivation zeigt sich auch in Initiativen wie Chipdesign Germany und dem bundesweiten Leitprojekt „skills4chips“.

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Die Qualifizierung von Fachkräften übernehmen in Deutschland Institutionen wie das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen mit dem dort ansässigen „Bayerischen Chip-Design-Center“ (BCDC). Dort werden Nachwuchskräfte wie Lakshmi Meka fit für die Arbeit im Chipdesign gemacht. Die Ingenieurin hat einen Masterabschluss in Information and Communication Engineering an der TU Darmstadt, sie kam extra aufgrund des Chipdesigns nach Deutschland. „Das Traineeship ist individueller als die universitäre Ausbildung“, sagt sie. Programme wie das BCDC sind wichtig, um die Lücke zwischen der akademischen Ausbildung und der Tätigkeit im Chipdesign zu schließen. „Wir stellen fest, dass Absolventen bis zu eineinhalb Jahre benötigen, bevor sie selbst als Designer arbeiten können“, erläutert Yevgeniy Itskovych, stellvertretender Gruppenleiter Chip Design Talents am Fraunhofer IIS. Abseits der wissenschaftlichen Einrichtungen qualifizieren auch Chipfirmen selbst ihre Mitarbeitenden. Das Unternehmen Infineon Technologies investiert an seinen deutschen Standorten derzeit stark in die Ausbildung neuer Fachkräfte. „Chipdesign und -verifikation spielen eine wichtige Rolle bei uns“, sagt Infineon-Ausbildungsleiter Heiko Schöfer. Das Unternehmen bietet Praktika an, Studierende arbeiten aktiv in den Abteilungen mit. Ein Beispiel ist das Development Center in Dresden, wo über 220 Experten und junge Talente an der Neu- und Weiterentwicklung der Produkte arbeiten. Dabei führen unterschiedliche Studiengänge zum Ziel – Infineon führt das duale Studium „Embedded Systems“ durch, auch Elektrotechniker und Informatiker finden so laut Schöfer den Weg ins Chipdesign.

Um den großen Nachwuchsbedarf zu bedienen, reicht aber selbst die Qualifikation von Absolventinnen und Absolventen nicht aus. edacentrum-Sprecher Ralf Popp will bereits in der Schule ansetzen. Er legt Lehrkräften ans Herz, im Unterricht möglichst praxisnah zu arbeiten, um die Begeisterung für Hardware zu wecken – auch, wenn die Lehrpläne das kaum zuließen. An der Schnittstelle zwischen Schule und Industrie steht auch der Schülerwettbewerb INVENT a CHIP, den VDE und BMFTR jedes Jahr durchführen. Daran schließt der Mikroelektronik-Wettbewerb Cosima von VDE GMM an, der Studierende auffordert, neue Einsatzmöglichkeiten von Sensoren und Mikrosystemen zu finden. Und auch hier ist der erste und entscheidende Schritt das Design.

www.elektronikforschung.de/skills4chips

www.invent-a-chip.de

www.chipdesign-germany.de

www.cosima-mems.de