Mikrobrikkene som formar framtida
Finst det ein snarveg til å forstå stormaktsspelet og teknologien bak dei viktige databrikkene? Ja, ein kan ta turen til Sintefs laboratorium på Blindern i Oslo.
Ei lauvtynn silisiumskive foredla til mikrobrikker på laboratoriet til Sintef i Forskingsparken i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Fakta
MiNaLab:
Mikro- og nanoteknologilaboratorium som ligg under forskingsinstituttet Sintef
Forskar på, utviklar og produserer sensorbrikker som ikkje er hyllevare
Utviklingspartnar for om lag 20 selskap
Held til i Forskingsparken i Oslo
Mikrobrikkeindustrien i Noreg:
Består av om lag 50 selskap med om lag 2000 tilsette
Omset for ca. 10 milliardar kroner og har ei verdiskaping på 3,6 milliardar
Kunnskapsmiljøa finst i hovudsak kring Noregs teknisk-naturvitskaplege universitet i Trondheim, Universitetet i Oslo, Universitetet i Søraust-Noreg og Sintef, geografisk plassert i Oslo, Trondheim og Horten.
Fakta
MiNaLab:
Mikro- og nanoteknologilaboratorium som ligg under forskingsinstituttet Sintef
Forskar på, utviklar og produserer sensorbrikker som ikkje er hyllevare
Utviklingspartnar for om lag 20 selskap
Held til i Forskingsparken i Oslo
Mikrobrikkeindustrien i Noreg:
Består av om lag 50 selskap med om lag 2000 tilsette
Omset for ca. 10 milliardar kroner og har ei verdiskaping på 3,6 milliardar
Kunnskapsmiljøa finst i hovudsak kring Noregs teknisk-naturvitskaplege universitet i Trondheim, Universitetet i Oslo, Universitetet i Søraust-Noreg og Sintef, geografisk plassert i Oslo, Trondheim og Horten.
Teknologi
christiane@dagogtid.no
Når eg går inn døra til Sintef-lokala i Forskingsparken på Blindern, tenkjer eg på dei kvite, lange kattehåra til katten min, Gulliver. Eg håper eg har fått børsta dei av meg. Marerittet er at eitt av desse håra skal feste seg på ei silisiumskive og øydeleggje produksjonen av fleire tusen mikrobrikker, sensorbrikker, halvleiarar, chips eller kva ein ønskjer å kalle dei.
Du veit, desse brikkene vi nyttar oss av overalt, som regel utan å sjå eller tenkje på dei. Når vi køyrer elbil, lyttar til musikk, skrollar på mobilen eller stiller spørsmål til ChatGPT. Eller når vi høyrer irriterande pipelydar frå kjøkkenet og det viser seg at kjøleskapsdøra står open. Ja, når vi bruker alle desse tinga som er vortne så smarte og kjenslevare at dei på fleire måtar har utkonkurrert intelligensen, presisjonen, sanseapparatet og viljestyrken vår.
Desse brikkene som i hopetal er vortne nødvendige komponentar i alt frå digitale assistentar til livreddande medisinsk utstyr og presisjonsvåpen. Og som til saman utgjer hjerne og nervesystem i instrumenta vi ser på som sjølvsagde.
Uansett, eg vil helst ikkje øydeleggje slike dyrebare brikker med kattehår. Eller støvkorn for den del. For fotografen og eg har fått innpass i sjølve hjartet av mikrobrikkeproduksjonen ved forskingsinstituttet, laboratoriet MiNaLab, som skal vere heilt fritt for støv. Der, i reinrommet, som det også vert kalla, vert mikrobrikker forska på, utvikla og produserte, og nøkkelpersonar er sette i sving for å sikre at både fotoutstyret og vi vert like støvfrie som rommet vi skal inn i.
Sintef held til i Forskningsparken på Blindern, i lag med Universitetet i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Høgaktuell produksjon
Det første som møter oss innanfor døra til Sintef, er ikkje reinrommet, men ein liten museumsdel. «Mikrosystemer i 40 år», står det på ein plakat, som viser utvalde ledd i den teknologiske utviklinga frå 1960 til 2004, då Sintef og Universitetet i Oslo flytta inn i bygningen vi no er i – ein svart og grå boks med høge etasjar og ein heil vegg av glas.
Når vi oppsøkjer laboratoriet, er det altså ikkje fordi det er nytt. Tvert om, kan vi kanskje seie: Laboratoriet fyller 20 år i år, og under besøket skal vi få høyre at forskingsaktiviteten og produksjonen er i ferd med å vekse seg ut av lokala. Verksemda er likevel meir aktuell enn nokon gong.
For når det vert snakka om mikrobrikker no for tida (før høyrde allmenta lite om dei), er det gjerne med ein dramatisk undertone. Det går føre seg ein mikrobrikkekrig, vert det sagt. Ein krig om ein kritisk ressurs vi i Vesten kan miste kontrollen over og tilgangen på. Det hastar å verte meir sjølvforsynte, får vi høyre. Klarer vi ikkje det, kan vi komme til å stå overfor store utfordringar.
I fjor vart om lag 60 prosent av alle mikrobrikker i verda produserte på Taiwan, og nesten alle dei mest avanserte og ettertrakta brikkene vart produserte der, i eit av dei mest spente områda i verda. Kva om det bryt ut krig?
Og det handlar ikkje berre om tryggingspolitikk, men òg om økonomisk og teknologisk utvikling. Dei største selskapa vi har, er teknologiselskap. I juni passerte teknologiselskapet Nvidia teknologiselskapet Apple som det mest verdfulle selskapet i verda. Nvidia designar databrikker, som til dømes ligg til grunn for kunstig intelligens. Teknologisk utvikling vil seie økonomisk vekst, og både Noreg og Europa heng etter USA og Asia. Skal vi gå ei framtid med mindre velferd i møte?
Så når fotografen og eg troppar opp på MiNaLab, ei forkorting for Mikro- og nanoteknologilaboratoriet, er det med ambisjonen om å forstå meir av både teknologien og økonomien som ligg til grunn for produksjonen av dei små brikkene, som få andre enn teknologar og næringslivsleiarar tenkte på før dei vart mangelvare under covid-19-pandemien.
Sidan då har styresmaktene i Europa og USA vore smerteleg klare over kor sentralisert produksjonen av desse brikkene er vorten, og kor kritiske dei er for både industri og økonomi.
– Eg meiner dette er den råaste teknologien som nokon gong er utvikla.
Ralph William Bernstein, Sintef
¨
Stikkordet silisium
I ein monter står det utstilt ei tynn silisiumskive på storleik med ein frukosttallerken. I botnen av ein behaldar kan vi sjå ferdig oppkutta brikker, om lag 1500 identiske stykke, skorne ut frå ei slik sirkelforma silisiumskive.
Silisium er i det heile teke eit viktig stikkord for mikrobrikkeproduksjon. Ja, så viktig er denne halvleiaren at han har gjeve namn til Silicon Valley, der mikrobrikkeproduksjonen var konsentrert før industridelen av produksjonen i stadig større grad vart sett ut til lågkostland i Asia.
Ei mikrobrikke er enkelt forklart ein liten bit halvleiarmateriale, oftast silisium, med eit inngravert leidningsmønster, der ulike mikroskopiske komponentar vert bygde inn. Ei avansert brikke kan innehalde ein komplett elektronisk krins og innehalde millionar eller, klyp deg i armen, milliardar transistorar. Desse transistorane fungerer som av-og-på-knappar som kontrollerer straumen i elektroniske produkt.
Det finst mikrobrikker som prosesserer data, reknar, som hugsar data, kommuniserer og lagrar data, for å nemne noko. Mikrobrikkene dei har spesialisert seg på her på MiNaLab, er sensorar.
Ei silisiumskive, som denne, er utgangspunktet for mikrobrikkeproduksjonen.
Foto: Sindre Deschington
Frå havbotn til verdsrom
Enkelte av produkta sensorane går inn i, er utstilte. Eit blodtrykksapparat som liknar eit armbandsur i gull. Ein sylinderforma gassmålar som kan varsle om gasslekkasjar på oljeplattformene i Nordsjøen. Eit passasjerfly i miniatyr. Om eg dreg i ei snor, hevar flyet seg, og eg kan sjå på ein digital skjerm korleis lufttrykket søkk.
– Det er denne metoden som vert brukt for å måle høgda når ein går inn for landing i eit fly. Og i halvparten av dei kommersielle flya i Europa sit det ein slik trykksensor, ei slik brikke som er laga her, seier senior forretningsutviklar Ralph William Bernstein, som viser oss rundt denne dagen.
Eg må vedgå at eg vert litt imponert når eg høyrer at dei norske brikkene også har komme heile vegen til Mars, der ein trykksensor har hjelpt ein rover til å «sjå», slik at han kunne plukke med seg prøver heim frå den raude planeten.
Ralph William Bernstein viser fram produkta mikrobrikkene frå MiNaLab vert brukt i. På hylla i midten ligg instrument til bruk på oljeplattformer i Nordsjøen.
Foto: Sindre Deschington
Eit mangfald av brikker
Men, lurer eg, kva er forskjellen på brikkene dei forskar på her på MiNaLab, og dei mest avanserte brikkene i verda, produserte av det taiwanske selskapet TSMC? Dei brikkene som ofte vert omtala berre som integrerte krinsar?
– Det er eit viktig spørsmål, for når vi snakkar om mikrobrikker, er det mange som berre tenkjer på integrerte krinsar og mikroprosessorar, som vi finn i PC-ar, men det finst mange ulike typar brikker, seier Bernstein.
– Teknologien som ligg til grunn, er den same, men dimensjonane er ulike. I Taiwan lagar dei brikker der den minste dimensjonen er i nanometer, medan det hos oss stort sett handlar om mikrometer. Her lagar vi heller ikkje transistorar, som er grunnkomponenten i ein integrert krins.
Også dimensjonane på silisiumskivene er ulike. Bernstein peiker på «frukosttallerkenen» i utstillinga og teiknar ein større sirkel med hendene.
– I Taiwan lagar dei jo brikker av middagstallerkenar.
«Made in Norway»
Ok, så komponentane i brikkene frå Taiwan er mindre, meir avanserte og vert produserte i større volum. Men sjølv om det er desse taiwanskproduserte brikkene som går inn i datamaskinar og mobiltelefonar, og som er dei mest ettertrakta, er det også stor bruk for dei mindre nisjane i brikkemarknaden, som sensorar, som stadig inngår i nye produkt, skaper verdiar og utfører naudsynte oppgåver. Miniatyrflyet seier sitt.
– Sensoren er berre éin komponent i eit digert fly, men han er viktig, fordi han måler høgda og sørgjer for at flyet ikkje krasjar når det landar, seier Bernstein, og legg til:
– Vi forskar på og produserer høgkvalitetsbrikker i mindre volum, som er strategisk viktige for kundane og i nokre tilfelle for Noreg. Det er det segmentet vi er i.
Ein oppsiktsvekkjande spådom
Ein skal ikkje lese mykje mikrobrikkehistorie før ein kjem over omgrepet «Moores lov». Så når vi flyttar oss frå Sintef-utstillinga til eit nærliggjande møterom eigna for PowerPoint-presentasjonar, spør Bernstein, som også underviser i mikroteknologi, ganske snart:
– De har kanskje høyrt om Moores lov?
Moores lov er ikkje ei fysisk lov, men ei djupt fascinerande historie om korleis mikrobrikkene har vorte stadig meir avanserte. Lova er kalla opp etter Gordon Moore, som var med på å grunnleggje brikkeselskapet Fairchild og seinare selskapet Intel. I 1965 merka han seg at talet på transistorar per mikrobrikke hadde dobla seg for kvart år som hadde gått, i det ingeniørane klarte å skape stadig mindre transistorar. Moore spådde at denne eksponentielle veksten kunne halde fram det neste tiåret.
Moore fekk rett, og når spådommen no vert kalla ei «lov», er det fordi vekstgrafen har gått bratt oppover heilt fram til i dag (Moores lov vart i 1975 justert til ei dobling om lag kvart anna år, men det gjer ikkje utviklinga mindre imponerande). For om lag 60 år sidan kunne ei mikrobrikke romme fire transistorar. Har du ein iPhone 12, vil du dagleg nytte deg av ei prosesseringsbrikke med 11,8 milliardar transistorar.
Bernstein peiker på eit PowerPoint-lysbilete der det står at ei mikrobrikke i dag kan innehalde 50 milliardar transistorar.
– No er det 100 milliardar, korrigerer han.
Og vi kan lese vidare: Eit covid-19-virus er ti gonger større enn den minste delen i ei mikrobrikke.
Senior forretningsutviklar Ralph William Bernstein fortel om forskinga og utviklinga av mikrobrikker ved MiNaLab.
Foto: Sindre Deschington
– Eg har lese at det finst maskinar som lagar mønster så små at ein kan samanlikne dei med å trykke Bibelen 2000 gonger på overflata av eit riskorn. Kan dette stemme?
– Ja, det er riktig. Og det er jo fleire transistorar i verda enn det er riskorn òg. Altså, om du er litt glad i teknologi… Eg meiner dette er den råaste teknologien som nokon gong er utvikla.
Berre det å ta inn over seg storleiken av ein nanometer, er vanskeleg: ein milliarddel av ein meter. Det er like mykje som det ein fingernagl gror på eitt sekund.
I fjor hadde dei mest avanserte brikkene inngraveringar så små som tre nanometer. Berre to selskap i heile verda evna å produsere brikker med så mikroskopiske komponentar – sørkoreanske Samsung og Taiwanske TSMC. I sommar kom det California-baserte selskapet Intel etter. Alle dei tre selskapa har konkrete målsetjingar om å få transistorane endå meir ned i storleik.
På veg til reinrommet tenkjer eg at det heller ikkje er så lett å forstå kor stor ein mikrometer er: ein milliondel av ein meter. Det er storleiken dei opererer med på laben her.
Velkommen inn i Mikro- og nanoteknologilaboratoriet (MiNaLab). TIl venstre kan ein sjå inn i gulrommet, til høgre utover universitetsområdet i Forskingsparken ved Blindern i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
I reinrommet
Laboratoriet er 800 kvadratmeter stort, lyst, høgt under taket og fylt av ein jamn og ganske høg ventilasjonsdur. Lufta må stadig skiftast ut. Laben har om lag 35 tilsette, men vi ser berre ei handfull av dei, som ikkje jobbar på samleband, men følgjer sine eigne prosjekt frå start til slutt.
Vi har vore gjennom ein grundig tildekkingsprosess: Vi har skifta frå eigne sko til reine plastklogger, frå reine klogger til endå reinare plastsko, før vi til slutt har drege ei månestøvelaktig strømpe med strammeband over der igjen. All vår menneskelege biologi er dekt til med drakt, hette, hanskar, munnbind og briller.
Eg har vore budd på påkledinga, sidan eg har sett bilete av kronprinsesse Mette-Marit og dronning Mary i dei same draktene. Dei fekk ikkje med seg designveskene sine inn då dei var her i mai, og eg har ikkje fått med meg journalistblokka. I staden vert eg ustyrt med eit ark som har papirliknande struktur, men som nok er av plast, og ein spesialtusj, som begge skal vere frie for støv.
Frå idé til brikke
Alle forskingsinstitutt vil vere unike på noko, og det MiNaLab er unike på, er dette: Dei er den einaste uavhengige komplette prosesslinja for mikrosensorar av silisium i Noreg.
Det inneber at nisjeproduksjonen ved MiNaLab inkluderer alle steg, frå idé til ferdig brikke. Dei tilsette forskar, utviklar og produserer brikker i lag med selskap som ikkje kunne finansiert noko slikt åleine. Mange av selskapa er i ein tidleg fase, med ønske om å setje ny teknologi ut i verda.
Det som kjenneteiknar dei, seier Bernstein, er at dei har ein kjernekomponent – ein patentert teknologi utvikla på MiNaLab – som dei byggjer eit kommersielt produkt kring. Og det er ikkje fritt for at ein del tilsette også vert med desse nyutklekte selskapa på vegen vidare.
– Det er jo litt synd, for dei er jo flinke folk, men dei vert gode kundar. Nokre av dei held fram med å produsere her, andre går vidare til større stader.
Fotolitografi i gulrommet
Eg ser meg rundt og lurer på korleis det må vere å jobbe i eit slikt sterilt, men ganske støyande miljø, der ein skal handtere ulike kjemikalium og er omgjeven av kar med etsande væske. I eit hjørne er det installert ein nauddusj ein kan kaste seg innunder, dersom ein sprut skulle finne vegen gjennom den heildekkjande arbeidsdrakta.
I eit rom som er skilt frå dei andre med gule vindauge, ser eg ei kvinne med lydisolerande høyretelefonar og konsentrert blikk. Ho jobbar i «gulrommet», det første trinnet i sjølve produksjonsprosessen, der designmønsteret vert overført til silisiumskivene.
Kvinna viser seg å vere prosessingeniøren Leny Nazareno, som kan fortelje at ho for tida jobbar med tre ulike prosjekt. Nett no skal eit av prosjekta gjennom ein fotolitografiprosess, som vi kan sjå gå føre seg i maskinar med glasveggar.
Prosessingeniør Leny Nazareno arbeider i gulrommet, der silisiumskiver får mønsteret påført ved hjelp av mellom anna UV-lys.
Foto: Sindre Deschington
Enkelt sagt vert designet overført til silisiumskivene i eit apparat der dei først får påført ei raud og lyssensitiv væske kalla fotoresist. Deretter vert strålar av UV-lys sende ovanfrå og ned gjennom ein sjablong som viser det detaljerte mønsteret brikkene skal ha. Fotoresisten reagerer på lyset slik at han kan verte vaska bort i områda som er eksponerte, og dermed syne mønsteret frå maska.
Gulrommet har same funksjon innan fotolitografi som mørkerom har innan fotografi. Det gule lyset hindrar UV-lys frå å skade fotoresisten og dermed heile brikkeproduksjonen.
Når eg spør Nazareno korleis det er å jobbe her, seier ho ingenting om den heildekkjande drakta eller laboratoriet, men at ho for tida har mykje å gjere. Når eg seinare skal finne att namnet hennar, ser eg at ho nyleg har publisert ein vitskapeleg artikkel i lag med kollegaer. Mikroteknologi krev utvilsamt arbeidstakarar med høg kompetanse.
Ei spesialisert verdikjede
Å produsere mikrobrikker frå idé til ferdig brikke kan vere optimalt for innovasjon og småskalaproduksjon, men er ikkje den generelle framgangsmåten på den globale kommersielle marknaden. Den mest avanserte produksjonen er så kostbar at berre eit enormt produksjonsvolum kan forklare lønnsemda. Verdikjeda har vorte ekstremt effektivisert og spesialisert.
I dag finn vi dei store selskapa som designar mikrobrikker i USA, industriproduksjonen finn vi i Taiwan, Sør-Korea og Kina, medan selskap i Japan og Nederland har spesialisert seg på å produsere maskinar til produksjonen.
Eit døme på denne ekstreme spesialiseringa er at det taiwanske brikkeselskapet TSMC står nesten åleine om å produsere nokre av dei mest avanserte brikkene, medan det nederlandske selskapet ASML står like åleine om å produsere ein av dei mest avanserte fotolitografimaskinane, som må til for å produsere slike brikker. Japanske selskap er store innan produksjon av fotoresist, som er ein nødvendig ingrediens i industrien.
Ser vi på bransjen samla, er USA den største aktøren, med ein marknadsdel på 48 prosent i 2022, målt ut frå økonomisk verdi. Sør-Korea kjem på andreplass, med 19 prosent, framfor Japan, Taiwan og Kina, med 9, 8 og 7 prosent av marknaden. Men at USA har den største marknadsdelen, inneber altså på ingen måte at dei kontrollerer verdikjeda. Sjølv om Silicon Valley husar dei største selskapa i verda, produserte USA i 2022 berre 12 prosent av mikrobrikkene.
Europa hadde i 2022 ein marknadsdel på 9 prosent.
Ei skive av reint silisium skal verte vidareforedla til om lag 1500 mikrobrikker på Sintef-laboratoriet i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Milliardstøtte til fabrikkar
Litt etterpåklokt må det vere lov å seie at styresmaktene i Vesten oppdaga vel seint kor kritisk produksjonen av mikrobrikker er både for kvar og ein av oss og for den økonomiske stoda. Men sidan brikkemangelen i 2020 har ting byrja å skje i EU og USA. Europeiske og amerikanske politikarar lokkar mikrobrikkeprodusentar til sitt eige kontinent med lovnad om milliardstøtte. For eit drygt år sidan vart EUs forordning for mikrobrikker (EUs Chips Act) sett i kraft, om lag eit år etter den amerikanske.
I april skreiv Chris Miller, forfattaren av den kritikarroste boka Chip War, i Financial Times at dei statlege milliardane som er gjevne i støtte til teknologigigantar som Intel, TSMC, Samsung og Micron, har gjeve ein uventa og forbløffande investeringsboom i USA.
Det er tydeleg av statsstøtte verkar på begge sider av Atlanteren. TSMC byggjer no mikrobrikkefabrikkar i både Dresden og i Arizona. Men utviklinga er usikker både i USA og EU. Påtroppande president Donald Trump har vore kritisk til å bruke skattepengar på brikkefabrikkar og har i staden teke til orde for å presse produksjonen heim ved hjelp av toll.
Mario Draghi, den tidlegare presidenten i Den europeiske sentralbanken, skriv i sin ferske rapport til EU om konkurransekrafta i Europa at milliardstøtta like godt kan ende opp med å styrkje eksisterande storselskap med base utanfor Europa (som TSMC og Intel), som å styrkje autonomien i europeiske selskap. Dessutan, skriv han, er støtteordningane langt betre og meir samkøyrde i USA enn i EU.
Ambisjonen i EU er å auke marknadsdelen til 20 prosent innan 2030 og å spele ei leiande rolle innan design og produksjon av mikrobrikker med inngraveringar så små som 2 nanometer og mindre.
– Vi treng ein heilt ny tankegang kring forsking og utvikling.
Ralph William Bernstein, Sintef
Den store draumen
Bernstein viser oss rundt og forklarer dei vidare trinna i produksjonen. Grovt sagt handlar produksjonen om å tilføre silisiumskivene ulike typar materiale for å gje dei dei rette elektriske eigenskapane og fjerne dei materiala ein ikkje vil ha.
Fleire trinn er effektiviserte ved at fleire skiver kan verte handsama på ein gong. Ein kan til dømes plassere skiver på rekkje i ein behaldar forma som eit skip, og plassere skipet i omnar med gass og temperatur på kring 1000 gradar. Her vert dei elektriske eigenskapane ved silisiumskivene endra.
Skivene kan så verte tilført ulike typar metall, medan uønskt materiale vert fjerna i etsebad med væske som plussyre og hydrogenklorid.
Bernstein stoppar opp utanfor eit arbeidsrom i laboratoriet. Sjølv ser eg ikkje noko oppsiktsvekkjande gjennom vindauga, men Bernstein får ei uro over seg.
– Dette rommet her…, startar han, før han startar på nytt:
– For å snakke litt om kva vi drøymer om…
Ralph William Bernstein i Sintef drøymer om nye produksjonsfasilitetar som kan tilfredsstille behova innan mikrobrikkeproduksjon.
Foto: Sindre Deschington
Gull for ei ny tid
Bernstein fortel ei historie om korleis laboratoriet for 20 år sidan vart bygd for dei spesifikke tinga dei skulle gjere på den tida. Dei dreiv først og fremst med ein ganske spesiell type profilelement, som dei held fram med også i dag. Men så er det no eingong slik at teknologien går vidare. Og når Bernstein stoppar opp i laboratoriet, er det fordi han ser inn i eit altfor trongt rom – det viser korleis lokala set grenser for kva dei er i stand til å gjere.
– Innan teknologien er det kome heilt nye ting – nye materiale som ikkje er kompatible med denne laben. Så då har vi måtta lage dette vesle rommet til dei nye tinga. Men dei nye tinga vert jo viktigare og viktigare for oss.
Kva er dette nye? Det kan til dømes vere å bruke gull i brikkeproduksjonen. Men å bruke gull i hovuddelen av laboratoriet er ikkje mogleg. For skulle det komme gull på reiskapar eller i laboratorieutstyr, ville det forureine og øydeleggje heile produksjonen.
Derfor er alle ledd i prosessen for produksjon av brikker med nye materiale pressa saman i det vesle rommet vi har stoppa utanfor. Også enkelte rom i kjellaren, der Universitetet i Oslo har laboratoriet sitt, er tekne i bruk.
Bernstein drøymer om eit laboratorium som kan vareta heilt andre behov enn dei hadde ved tusenårsskiftet. Han saknar også å kunne invitere studentar inn og forbetre høvet til å drive utdanning og forsking. At MiNaLab også tek oppdrag for industrien, gjer at mykje av arbeidet er konfidensielt.
Visjonen hans er eit heilt nytt anlegg, med to åtskilde laboratorium, der eitt er for grunnleggjande forsking og eitt er orientert mot industrien. I midten ser han for seg eit felles rom med utstyr på deling.
– Vi treng ein heilt ny tankegang kring forsking, utvikling og innovasjon på dette feltet. Og vi i Sintef prøver, saman med samarbeidspartnarane våre, å få Forskingsrådet, Innovasjon Noreg og departementa til å forstå behovet for å satse på ny infrastruktur.
Farlege kjemikalium må til for å lage sensorane dei har spesialisert seg på på MiNaLab.
Foto: Sindre Deschington
Ein bransje i vekst
Om EU heng etter USA og Asia, kan det verke som om Noreg heng etter fleire av nabolanda våre.
Då Finland laga ein nasjonal mikrobrikkestrategi, samanlikna dei initiativ innan mikrobrikker og kvanteteknologi i elleve europeiske land. Noreg kom klart dårlegast ut.
I fjor kartla analyseselskapet Menon den norske verdikjeda for mikrobrikker på oppdrag frå Innovasjon Noreg. Dei fann om lag 50 norske selskap som sysselsette om lag 2000 personar. Bransjen har vakse kraftig dei siste åtte åra og er langt meir produktiv enn det norske gjennomsnittsselskapet. Likevel tener berre ein tredel av selskapa pengar, fordi mange av dei er nyoppretta.
Det største selskapet, Nordic Semiconductor, som driv med brikkedesign og har nærare 1400 tilsette, er ifølgje rapporten verdsleiande innan trådlaus kommunikasjon.
Bernstein seier Noreg bør lage ein nasjonal strategi for mikrobrikker, slik Finland har gjort, i staden for å berre vente på EU. Noreg er førebels ikkje tilknytt forordninga for mikrobrikker i EU, og Bernstein har ei lang liste med forslag til tiltak.
Sintef-forskar Guido Sordo hentar fram ferdige mikrobrikker, lagra i boksar.
Foto: Sindre Deschington
Skinande brikker
Omvisinga går mot slutten. I det inste rommet i laboratoriet finn vi forskar Guido Sordo, som er i ferd med å pakke inn ferdigproduserte mikrobrikker i oransje plast, klar til avlevering. Om han kan vise oss produktet? Det kan han. Frå ei hylle hentar han ein transparent plastboks med silisiumskiver foredla til mikrobrikker.
– Dette er ultralydtransmitterar, seier han.
Med ein pinsett lirkar han laus nokre av brikkene frå den sirkelrunde plata. Eg synest dei liknar gulløyredobbar, små skinande kvadrat med ulike sirkelmønster i midten. No er det opp til kunden å integrere dei i produkt vi forbrukarar vil ha.
Ei lauvtynn silisiumskive foredla til mikrobrikker på Sintefs laboratorium i Forskingsparken i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Kostbar draum
På veg ut av laben ser vi store delar av universitetsområdet gjennom glasrutene. I nabobygningane ser vi inn i kontor på kontor med tilsette framfor PC-ane sine. Så mykje kompetanse, og likevel så altfor lite. Når eg spør Bernstein om dei har problem med å få tak i nok kompetente folk, svarar han med eit einstavingsord: ja.
Månestøvlar og plastsko skal av, plastklogger på, alt skal tilbake att på rett plass. Kor mykje ville det koste om Bernstein skulle få draumen om eit nytt laboratorium oppfylt? Bernstein dreg på det. For 20 år sidan kosta MiNaLab 250 millionar. Vi skal sjølvsagt opp i pris no.
– I Finland skal det byggjast eit laboratorium på 2000 kvadratmeter. Dei håper på å få 70 millionar euro frå finske styresmakter og 70 millionar frå EU. Det betyr at det vil koste 1,4 milliardar kroner, og det er berre for utstyret, utan bygningar. Men det er meir avansert enn det vi treng. Internt har eg antyda 1 til 2 milliardar, men det er ein pris som er vanskeleg å relatere seg til. Kanskje kan vi få til noko mindre, seier han.
Kanskje, seier han, vil det verte ledige lokale i universitetsbygningane når fleire avdelingar skal flytte inn i Livsvitskapsbygget, som er i ferd med å verte ferdigstilt rett ved sida av Sintef-bygningen.
Kanskje det.
Fotografen og eg vandrar ut i den gråe haustdagen, med mobilar, opptaksutstyr, hovudtelefonar og kamera. Mon tru kor mange mikrobrikker og transistorar vi ber med oss i lommene. Og kor mange kattehår eg klarte å gøyme under vernedrakta i det reinaste rommet eg nokon gong har vore i.
Kjelder til tal og fakta:
«The future of European competitiveness – A competitiveness strategy for Europe» (EU 2024)
«The semiconductor industry in Norway» (Menon, 2023)
EUs forordning for mikrobrikker (2023)
«Taiwan and the global semiconductor supply chain: 2023 in review» (Taipei Representative Office in the Republic of Singapore, 2024)
Chris Miller: Chip War, Simon & Schuster (2022)
Store norske leksikon
Sintef
Er du abonnent? Logg på her for å lese vidare.
Digital tilgang til DAG OG TID – heilt utan binding
Prøv ein månad for kr 49.
Deretter kr 199 per månad. Stopp når du vil.
Teknologi
christiane@dagogtid.no
Når eg går inn døra til Sintef-lokala i Forskingsparken på Blindern, tenkjer eg på dei kvite, lange kattehåra til katten min, Gulliver. Eg håper eg har fått børsta dei av meg. Marerittet er at eitt av desse håra skal feste seg på ei silisiumskive og øydeleggje produksjonen av fleire tusen mikrobrikker, sensorbrikker, halvleiarar, chips eller kva ein ønskjer å kalle dei.
Du veit, desse brikkene vi nyttar oss av overalt, som regel utan å sjå eller tenkje på dei. Når vi køyrer elbil, lyttar til musikk, skrollar på mobilen eller stiller spørsmål til ChatGPT. Eller når vi høyrer irriterande pipelydar frå kjøkkenet og det viser seg at kjøleskapsdøra står open. Ja, når vi bruker alle desse tinga som er vortne så smarte og kjenslevare at dei på fleire måtar har utkonkurrert intelligensen, presisjonen, sanseapparatet og viljestyrken vår.
Desse brikkene som i hopetal er vortne nødvendige komponentar i alt frå digitale assistentar til livreddande medisinsk utstyr og presisjonsvåpen. Og som til saman utgjer hjerne og nervesystem i instrumenta vi ser på som sjølvsagde.
Uansett, eg vil helst ikkje øydeleggje slike dyrebare brikker med kattehår. Eller støvkorn for den del. For fotografen og eg har fått innpass i sjølve hjartet av mikrobrikkeproduksjonen ved forskingsinstituttet, laboratoriet MiNaLab, som skal vere heilt fritt for støv. Der, i reinrommet, som det også vert kalla, vert mikrobrikker forska på, utvikla og produserte, og nøkkelpersonar er sette i sving for å sikre at både fotoutstyret og vi vert like støvfrie som rommet vi skal inn i.
Sintef held til i Forskningsparken på Blindern, i lag med Universitetet i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Høgaktuell produksjon
Det første som møter oss innanfor døra til Sintef, er ikkje reinrommet, men ein liten museumsdel. «Mikrosystemer i 40 år», står det på ein plakat, som viser utvalde ledd i den teknologiske utviklinga frå 1960 til 2004, då Sintef og Universitetet i Oslo flytta inn i bygningen vi no er i – ein svart og grå boks med høge etasjar og ein heil vegg av glas.
Når vi oppsøkjer laboratoriet, er det altså ikkje fordi det er nytt. Tvert om, kan vi kanskje seie: Laboratoriet fyller 20 år i år, og under besøket skal vi få høyre at forskingsaktiviteten og produksjonen er i ferd med å vekse seg ut av lokala. Verksemda er likevel meir aktuell enn nokon gong.
For når det vert snakka om mikrobrikker no for tida (før høyrde allmenta lite om dei), er det gjerne med ein dramatisk undertone. Det går føre seg ein mikrobrikkekrig, vert det sagt. Ein krig om ein kritisk ressurs vi i Vesten kan miste kontrollen over og tilgangen på. Det hastar å verte meir sjølvforsynte, får vi høyre. Klarer vi ikkje det, kan vi komme til å stå overfor store utfordringar.
I fjor vart om lag 60 prosent av alle mikrobrikker i verda produserte på Taiwan, og nesten alle dei mest avanserte og ettertrakta brikkene vart produserte der, i eit av dei mest spente områda i verda. Kva om det bryt ut krig?
Og det handlar ikkje berre om tryggingspolitikk, men òg om økonomisk og teknologisk utvikling. Dei største selskapa vi har, er teknologiselskap. I juni passerte teknologiselskapet Nvidia teknologiselskapet Apple som det mest verdfulle selskapet i verda. Nvidia designar databrikker, som til dømes ligg til grunn for kunstig intelligens. Teknologisk utvikling vil seie økonomisk vekst, og både Noreg og Europa heng etter USA og Asia. Skal vi gå ei framtid med mindre velferd i møte?
Så når fotografen og eg troppar opp på MiNaLab, ei forkorting for Mikro- og nanoteknologilaboratoriet, er det med ambisjonen om å forstå meir av både teknologien og økonomien som ligg til grunn for produksjonen av dei små brikkene, som få andre enn teknologar og næringslivsleiarar tenkte på før dei vart mangelvare under covid-19-pandemien.
Sidan då har styresmaktene i Europa og USA vore smerteleg klare over kor sentralisert produksjonen av desse brikkene er vorten, og kor kritiske dei er for både industri og økonomi.
– Eg meiner dette er den råaste teknologien som nokon gong er utvikla.
Ralph William Bernstein, Sintef
¨
Stikkordet silisium
I ein monter står det utstilt ei tynn silisiumskive på storleik med ein frukosttallerken. I botnen av ein behaldar kan vi sjå ferdig oppkutta brikker, om lag 1500 identiske stykke, skorne ut frå ei slik sirkelforma silisiumskive.
Silisium er i det heile teke eit viktig stikkord for mikrobrikkeproduksjon. Ja, så viktig er denne halvleiaren at han har gjeve namn til Silicon Valley, der mikrobrikkeproduksjonen var konsentrert før industridelen av produksjonen i stadig større grad vart sett ut til lågkostland i Asia.
Ei mikrobrikke er enkelt forklart ein liten bit halvleiarmateriale, oftast silisium, med eit inngravert leidningsmønster, der ulike mikroskopiske komponentar vert bygde inn. Ei avansert brikke kan innehalde ein komplett elektronisk krins og innehalde millionar eller, klyp deg i armen, milliardar transistorar. Desse transistorane fungerer som av-og-på-knappar som kontrollerer straumen i elektroniske produkt.
Det finst mikrobrikker som prosesserer data, reknar, som hugsar data, kommuniserer og lagrar data, for å nemne noko. Mikrobrikkene dei har spesialisert seg på her på MiNaLab, er sensorar.
Ei silisiumskive, som denne, er utgangspunktet for mikrobrikkeproduksjonen.
Foto: Sindre Deschington
Frå havbotn til verdsrom
Enkelte av produkta sensorane går inn i, er utstilte. Eit blodtrykksapparat som liknar eit armbandsur i gull. Ein sylinderforma gassmålar som kan varsle om gasslekkasjar på oljeplattformene i Nordsjøen. Eit passasjerfly i miniatyr. Om eg dreg i ei snor, hevar flyet seg, og eg kan sjå på ein digital skjerm korleis lufttrykket søkk.
– Det er denne metoden som vert brukt for å måle høgda når ein går inn for landing i eit fly. Og i halvparten av dei kommersielle flya i Europa sit det ein slik trykksensor, ei slik brikke som er laga her, seier senior forretningsutviklar Ralph William Bernstein, som viser oss rundt denne dagen.
Eg må vedgå at eg vert litt imponert når eg høyrer at dei norske brikkene også har komme heile vegen til Mars, der ein trykksensor har hjelpt ein rover til å «sjå», slik at han kunne plukke med seg prøver heim frå den raude planeten.
Ralph William Bernstein viser fram produkta mikrobrikkene frå MiNaLab vert brukt i. På hylla i midten ligg instrument til bruk på oljeplattformer i Nordsjøen.
Foto: Sindre Deschington
Eit mangfald av brikker
Men, lurer eg, kva er forskjellen på brikkene dei forskar på her på MiNaLab, og dei mest avanserte brikkene i verda, produserte av det taiwanske selskapet TSMC? Dei brikkene som ofte vert omtala berre som integrerte krinsar?
– Det er eit viktig spørsmål, for når vi snakkar om mikrobrikker, er det mange som berre tenkjer på integrerte krinsar og mikroprosessorar, som vi finn i PC-ar, men det finst mange ulike typar brikker, seier Bernstein.
– Teknologien som ligg til grunn, er den same, men dimensjonane er ulike. I Taiwan lagar dei brikker der den minste dimensjonen er i nanometer, medan det hos oss stort sett handlar om mikrometer. Her lagar vi heller ikkje transistorar, som er grunnkomponenten i ein integrert krins.
Også dimensjonane på silisiumskivene er ulike. Bernstein peiker på «frukosttallerkenen» i utstillinga og teiknar ein større sirkel med hendene.
– I Taiwan lagar dei jo brikker av middagstallerkenar.
«Made in Norway»
Ok, så komponentane i brikkene frå Taiwan er mindre, meir avanserte og vert produserte i større volum. Men sjølv om det er desse taiwanskproduserte brikkene som går inn i datamaskinar og mobiltelefonar, og som er dei mest ettertrakta, er det også stor bruk for dei mindre nisjane i brikkemarknaden, som sensorar, som stadig inngår i nye produkt, skaper verdiar og utfører naudsynte oppgåver. Miniatyrflyet seier sitt.
– Sensoren er berre éin komponent i eit digert fly, men han er viktig, fordi han måler høgda og sørgjer for at flyet ikkje krasjar når det landar, seier Bernstein, og legg til:
– Vi forskar på og produserer høgkvalitetsbrikker i mindre volum, som er strategisk viktige for kundane og i nokre tilfelle for Noreg. Det er det segmentet vi er i.
Ein oppsiktsvekkjande spådom
Ein skal ikkje lese mykje mikrobrikkehistorie før ein kjem over omgrepet «Moores lov». Så når vi flyttar oss frå Sintef-utstillinga til eit nærliggjande møterom eigna for PowerPoint-presentasjonar, spør Bernstein, som også underviser i mikroteknologi, ganske snart:
– De har kanskje høyrt om Moores lov?
Moores lov er ikkje ei fysisk lov, men ei djupt fascinerande historie om korleis mikrobrikkene har vorte stadig meir avanserte. Lova er kalla opp etter Gordon Moore, som var med på å grunnleggje brikkeselskapet Fairchild og seinare selskapet Intel. I 1965 merka han seg at talet på transistorar per mikrobrikke hadde dobla seg for kvart år som hadde gått, i det ingeniørane klarte å skape stadig mindre transistorar. Moore spådde at denne eksponentielle veksten kunne halde fram det neste tiåret.
Moore fekk rett, og når spådommen no vert kalla ei «lov», er det fordi vekstgrafen har gått bratt oppover heilt fram til i dag (Moores lov vart i 1975 justert til ei dobling om lag kvart anna år, men det gjer ikkje utviklinga mindre imponerande). For om lag 60 år sidan kunne ei mikrobrikke romme fire transistorar. Har du ein iPhone 12, vil du dagleg nytte deg av ei prosesseringsbrikke med 11,8 milliardar transistorar.
Bernstein peiker på eit PowerPoint-lysbilete der det står at ei mikrobrikke i dag kan innehalde 50 milliardar transistorar.
– No er det 100 milliardar, korrigerer han.
Og vi kan lese vidare: Eit covid-19-virus er ti gonger større enn den minste delen i ei mikrobrikke.
Senior forretningsutviklar Ralph William Bernstein fortel om forskinga og utviklinga av mikrobrikker ved MiNaLab.
Foto: Sindre Deschington
– Eg har lese at det finst maskinar som lagar mønster så små at ein kan samanlikne dei med å trykke Bibelen 2000 gonger på overflata av eit riskorn. Kan dette stemme?
– Ja, det er riktig. Og det er jo fleire transistorar i verda enn det er riskorn òg. Altså, om du er litt glad i teknologi… Eg meiner dette er den råaste teknologien som nokon gong er utvikla.
Berre det å ta inn over seg storleiken av ein nanometer, er vanskeleg: ein milliarddel av ein meter. Det er like mykje som det ein fingernagl gror på eitt sekund.
I fjor hadde dei mest avanserte brikkene inngraveringar så små som tre nanometer. Berre to selskap i heile verda evna å produsere brikker med så mikroskopiske komponentar – sørkoreanske Samsung og Taiwanske TSMC. I sommar kom det California-baserte selskapet Intel etter. Alle dei tre selskapa har konkrete målsetjingar om å få transistorane endå meir ned i storleik.
På veg til reinrommet tenkjer eg at det heller ikkje er så lett å forstå kor stor ein mikrometer er: ein milliondel av ein meter. Det er storleiken dei opererer med på laben her.
Velkommen inn i Mikro- og nanoteknologilaboratoriet (MiNaLab). TIl venstre kan ein sjå inn i gulrommet, til høgre utover universitetsområdet i Forskingsparken ved Blindern i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
I reinrommet
Laboratoriet er 800 kvadratmeter stort, lyst, høgt under taket og fylt av ein jamn og ganske høg ventilasjonsdur. Lufta må stadig skiftast ut. Laben har om lag 35 tilsette, men vi ser berre ei handfull av dei, som ikkje jobbar på samleband, men følgjer sine eigne prosjekt frå start til slutt.
Vi har vore gjennom ein grundig tildekkingsprosess: Vi har skifta frå eigne sko til reine plastklogger, frå reine klogger til endå reinare plastsko, før vi til slutt har drege ei månestøvelaktig strømpe med strammeband over der igjen. All vår menneskelege biologi er dekt til med drakt, hette, hanskar, munnbind og briller.
Eg har vore budd på påkledinga, sidan eg har sett bilete av kronprinsesse Mette-Marit og dronning Mary i dei same draktene. Dei fekk ikkje med seg designveskene sine inn då dei var her i mai, og eg har ikkje fått med meg journalistblokka. I staden vert eg ustyrt med eit ark som har papirliknande struktur, men som nok er av plast, og ein spesialtusj, som begge skal vere frie for støv.
Frå idé til brikke
Alle forskingsinstitutt vil vere unike på noko, og det MiNaLab er unike på, er dette: Dei er den einaste uavhengige komplette prosesslinja for mikrosensorar av silisium i Noreg.
Det inneber at nisjeproduksjonen ved MiNaLab inkluderer alle steg, frå idé til ferdig brikke. Dei tilsette forskar, utviklar og produserer brikker i lag med selskap som ikkje kunne finansiert noko slikt åleine. Mange av selskapa er i ein tidleg fase, med ønske om å setje ny teknologi ut i verda.
Det som kjenneteiknar dei, seier Bernstein, er at dei har ein kjernekomponent – ein patentert teknologi utvikla på MiNaLab – som dei byggjer eit kommersielt produkt kring. Og det er ikkje fritt for at ein del tilsette også vert med desse nyutklekte selskapa på vegen vidare.
– Det er jo litt synd, for dei er jo flinke folk, men dei vert gode kundar. Nokre av dei held fram med å produsere her, andre går vidare til større stader.
Fotolitografi i gulrommet
Eg ser meg rundt og lurer på korleis det må vere å jobbe i eit slikt sterilt, men ganske støyande miljø, der ein skal handtere ulike kjemikalium og er omgjeven av kar med etsande væske. I eit hjørne er det installert ein nauddusj ein kan kaste seg innunder, dersom ein sprut skulle finne vegen gjennom den heildekkjande arbeidsdrakta.
I eit rom som er skilt frå dei andre med gule vindauge, ser eg ei kvinne med lydisolerande høyretelefonar og konsentrert blikk. Ho jobbar i «gulrommet», det første trinnet i sjølve produksjonsprosessen, der designmønsteret vert overført til silisiumskivene.
Kvinna viser seg å vere prosessingeniøren Leny Nazareno, som kan fortelje at ho for tida jobbar med tre ulike prosjekt. Nett no skal eit av prosjekta gjennom ein fotolitografiprosess, som vi kan sjå gå føre seg i maskinar med glasveggar.
Prosessingeniør Leny Nazareno arbeider i gulrommet, der silisiumskiver får mønsteret påført ved hjelp av mellom anna UV-lys.
Foto: Sindre Deschington
Enkelt sagt vert designet overført til silisiumskivene i eit apparat der dei først får påført ei raud og lyssensitiv væske kalla fotoresist. Deretter vert strålar av UV-lys sende ovanfrå og ned gjennom ein sjablong som viser det detaljerte mønsteret brikkene skal ha. Fotoresisten reagerer på lyset slik at han kan verte vaska bort i områda som er eksponerte, og dermed syne mønsteret frå maska.
Gulrommet har same funksjon innan fotolitografi som mørkerom har innan fotografi. Det gule lyset hindrar UV-lys frå å skade fotoresisten og dermed heile brikkeproduksjonen.
Når eg spør Nazareno korleis det er å jobbe her, seier ho ingenting om den heildekkjande drakta eller laboratoriet, men at ho for tida har mykje å gjere. Når eg seinare skal finne att namnet hennar, ser eg at ho nyleg har publisert ein vitskapeleg artikkel i lag med kollegaer. Mikroteknologi krev utvilsamt arbeidstakarar med høg kompetanse.
Ei spesialisert verdikjede
Å produsere mikrobrikker frå idé til ferdig brikke kan vere optimalt for innovasjon og småskalaproduksjon, men er ikkje den generelle framgangsmåten på den globale kommersielle marknaden. Den mest avanserte produksjonen er så kostbar at berre eit enormt produksjonsvolum kan forklare lønnsemda. Verdikjeda har vorte ekstremt effektivisert og spesialisert.
I dag finn vi dei store selskapa som designar mikrobrikker i USA, industriproduksjonen finn vi i Taiwan, Sør-Korea og Kina, medan selskap i Japan og Nederland har spesialisert seg på å produsere maskinar til produksjonen.
Eit døme på denne ekstreme spesialiseringa er at det taiwanske brikkeselskapet TSMC står nesten åleine om å produsere nokre av dei mest avanserte brikkene, medan det nederlandske selskapet ASML står like åleine om å produsere ein av dei mest avanserte fotolitografimaskinane, som må til for å produsere slike brikker. Japanske selskap er store innan produksjon av fotoresist, som er ein nødvendig ingrediens i industrien.
Ser vi på bransjen samla, er USA den største aktøren, med ein marknadsdel på 48 prosent i 2022, målt ut frå økonomisk verdi. Sør-Korea kjem på andreplass, med 19 prosent, framfor Japan, Taiwan og Kina, med 9, 8 og 7 prosent av marknaden. Men at USA har den største marknadsdelen, inneber altså på ingen måte at dei kontrollerer verdikjeda. Sjølv om Silicon Valley husar dei største selskapa i verda, produserte USA i 2022 berre 12 prosent av mikrobrikkene.
Europa hadde i 2022 ein marknadsdel på 9 prosent.
Ei skive av reint silisium skal verte vidareforedla til om lag 1500 mikrobrikker på Sintef-laboratoriet i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Milliardstøtte til fabrikkar
Litt etterpåklokt må det vere lov å seie at styresmaktene i Vesten oppdaga vel seint kor kritisk produksjonen av mikrobrikker er både for kvar og ein av oss og for den økonomiske stoda. Men sidan brikkemangelen i 2020 har ting byrja å skje i EU og USA. Europeiske og amerikanske politikarar lokkar mikrobrikkeprodusentar til sitt eige kontinent med lovnad om milliardstøtte. For eit drygt år sidan vart EUs forordning for mikrobrikker (EUs Chips Act) sett i kraft, om lag eit år etter den amerikanske.
I april skreiv Chris Miller, forfattaren av den kritikarroste boka Chip War, i Financial Times at dei statlege milliardane som er gjevne i støtte til teknologigigantar som Intel, TSMC, Samsung og Micron, har gjeve ein uventa og forbløffande investeringsboom i USA.
Det er tydeleg av statsstøtte verkar på begge sider av Atlanteren. TSMC byggjer no mikrobrikkefabrikkar i både Dresden og i Arizona. Men utviklinga er usikker både i USA og EU. Påtroppande president Donald Trump har vore kritisk til å bruke skattepengar på brikkefabrikkar og har i staden teke til orde for å presse produksjonen heim ved hjelp av toll.
Mario Draghi, den tidlegare presidenten i Den europeiske sentralbanken, skriv i sin ferske rapport til EU om konkurransekrafta i Europa at milliardstøtta like godt kan ende opp med å styrkje eksisterande storselskap med base utanfor Europa (som TSMC og Intel), som å styrkje autonomien i europeiske selskap. Dessutan, skriv han, er støtteordningane langt betre og meir samkøyrde i USA enn i EU.
Ambisjonen i EU er å auke marknadsdelen til 20 prosent innan 2030 og å spele ei leiande rolle innan design og produksjon av mikrobrikker med inngraveringar så små som 2 nanometer og mindre.
– Vi treng ein heilt ny tankegang kring forsking og utvikling.
Ralph William Bernstein, Sintef
Den store draumen
Bernstein viser oss rundt og forklarer dei vidare trinna i produksjonen. Grovt sagt handlar produksjonen om å tilføre silisiumskivene ulike typar materiale for å gje dei dei rette elektriske eigenskapane og fjerne dei materiala ein ikkje vil ha.
Fleire trinn er effektiviserte ved at fleire skiver kan verte handsama på ein gong. Ein kan til dømes plassere skiver på rekkje i ein behaldar forma som eit skip, og plassere skipet i omnar med gass og temperatur på kring 1000 gradar. Her vert dei elektriske eigenskapane ved silisiumskivene endra.
Skivene kan så verte tilført ulike typar metall, medan uønskt materiale vert fjerna i etsebad med væske som plussyre og hydrogenklorid.
Bernstein stoppar opp utanfor eit arbeidsrom i laboratoriet. Sjølv ser eg ikkje noko oppsiktsvekkjande gjennom vindauga, men Bernstein får ei uro over seg.
– Dette rommet her…, startar han, før han startar på nytt:
– For å snakke litt om kva vi drøymer om…
Ralph William Bernstein i Sintef drøymer om nye produksjonsfasilitetar som kan tilfredsstille behova innan mikrobrikkeproduksjon.
Foto: Sindre Deschington
Gull for ei ny tid
Bernstein fortel ei historie om korleis laboratoriet for 20 år sidan vart bygd for dei spesifikke tinga dei skulle gjere på den tida. Dei dreiv først og fremst med ein ganske spesiell type profilelement, som dei held fram med også i dag. Men så er det no eingong slik at teknologien går vidare. Og når Bernstein stoppar opp i laboratoriet, er det fordi han ser inn i eit altfor trongt rom – det viser korleis lokala set grenser for kva dei er i stand til å gjere.
– Innan teknologien er det kome heilt nye ting – nye materiale som ikkje er kompatible med denne laben. Så då har vi måtta lage dette vesle rommet til dei nye tinga. Men dei nye tinga vert jo viktigare og viktigare for oss.
Kva er dette nye? Det kan til dømes vere å bruke gull i brikkeproduksjonen. Men å bruke gull i hovuddelen av laboratoriet er ikkje mogleg. For skulle det komme gull på reiskapar eller i laboratorieutstyr, ville det forureine og øydeleggje heile produksjonen.
Derfor er alle ledd i prosessen for produksjon av brikker med nye materiale pressa saman i det vesle rommet vi har stoppa utanfor. Også enkelte rom i kjellaren, der Universitetet i Oslo har laboratoriet sitt, er tekne i bruk.
Bernstein drøymer om eit laboratorium som kan vareta heilt andre behov enn dei hadde ved tusenårsskiftet. Han saknar også å kunne invitere studentar inn og forbetre høvet til å drive utdanning og forsking. At MiNaLab også tek oppdrag for industrien, gjer at mykje av arbeidet er konfidensielt.
Visjonen hans er eit heilt nytt anlegg, med to åtskilde laboratorium, der eitt er for grunnleggjande forsking og eitt er orientert mot industrien. I midten ser han for seg eit felles rom med utstyr på deling.
– Vi treng ein heilt ny tankegang kring forsking, utvikling og innovasjon på dette feltet. Og vi i Sintef prøver, saman med samarbeidspartnarane våre, å få Forskingsrådet, Innovasjon Noreg og departementa til å forstå behovet for å satse på ny infrastruktur.
Farlege kjemikalium må til for å lage sensorane dei har spesialisert seg på på MiNaLab.
Foto: Sindre Deschington
Ein bransje i vekst
Om EU heng etter USA og Asia, kan det verke som om Noreg heng etter fleire av nabolanda våre.
Då Finland laga ein nasjonal mikrobrikkestrategi, samanlikna dei initiativ innan mikrobrikker og kvanteteknologi i elleve europeiske land. Noreg kom klart dårlegast ut.
I fjor kartla analyseselskapet Menon den norske verdikjeda for mikrobrikker på oppdrag frå Innovasjon Noreg. Dei fann om lag 50 norske selskap som sysselsette om lag 2000 personar. Bransjen har vakse kraftig dei siste åtte åra og er langt meir produktiv enn det norske gjennomsnittsselskapet. Likevel tener berre ein tredel av selskapa pengar, fordi mange av dei er nyoppretta.
Det største selskapet, Nordic Semiconductor, som driv med brikkedesign og har nærare 1400 tilsette, er ifølgje rapporten verdsleiande innan trådlaus kommunikasjon.
Bernstein seier Noreg bør lage ein nasjonal strategi for mikrobrikker, slik Finland har gjort, i staden for å berre vente på EU. Noreg er førebels ikkje tilknytt forordninga for mikrobrikker i EU, og Bernstein har ei lang liste med forslag til tiltak.
Sintef-forskar Guido Sordo hentar fram ferdige mikrobrikker, lagra i boksar.
Foto: Sindre Deschington
Skinande brikker
Omvisinga går mot slutten. I det inste rommet i laboratoriet finn vi forskar Guido Sordo, som er i ferd med å pakke inn ferdigproduserte mikrobrikker i oransje plast, klar til avlevering. Om han kan vise oss produktet? Det kan han. Frå ei hylle hentar han ein transparent plastboks med silisiumskiver foredla til mikrobrikker.
– Dette er ultralydtransmitterar, seier han.
Med ein pinsett lirkar han laus nokre av brikkene frå den sirkelrunde plata. Eg synest dei liknar gulløyredobbar, små skinande kvadrat med ulike sirkelmønster i midten. No er det opp til kunden å integrere dei i produkt vi forbrukarar vil ha.
Ei lauvtynn silisiumskive foredla til mikrobrikker på Sintefs laboratorium i Forskingsparken i Oslo.
Foto: Sindre Deschington
Kostbar draum
På veg ut av laben ser vi store delar av universitetsområdet gjennom glasrutene. I nabobygningane ser vi inn i kontor på kontor med tilsette framfor PC-ane sine. Så mykje kompetanse, og likevel så altfor lite. Når eg spør Bernstein om dei har problem med å få tak i nok kompetente folk, svarar han med eit einstavingsord: ja.
Månestøvlar og plastsko skal av, plastklogger på, alt skal tilbake att på rett plass. Kor mykje ville det koste om Bernstein skulle få draumen om eit nytt laboratorium oppfylt? Bernstein dreg på det. For 20 år sidan kosta MiNaLab 250 millionar. Vi skal sjølvsagt opp i pris no.
– I Finland skal det byggjast eit laboratorium på 2000 kvadratmeter. Dei håper på å få 70 millionar euro frå finske styresmakter og 70 millionar frå EU. Det betyr at det vil koste 1,4 milliardar kroner, og det er berre for utstyret, utan bygningar. Men det er meir avansert enn det vi treng. Internt har eg antyda 1 til 2 milliardar, men det er ein pris som er vanskeleg å relatere seg til. Kanskje kan vi få til noko mindre, seier han.
Kanskje, seier han, vil det verte ledige lokale i universitetsbygningane når fleire avdelingar skal flytte inn i Livsvitskapsbygget, som er i ferd med å verte ferdigstilt rett ved sida av Sintef-bygningen.
Kanskje det.
Fotografen og eg vandrar ut i den gråe haustdagen, med mobilar, opptaksutstyr, hovudtelefonar og kamera. Mon tru kor mange mikrobrikker og transistorar vi ber med oss i lommene. Og kor mange kattehår eg klarte å gøyme under vernedrakta i det reinaste rommet eg nokon gong har vore i.
Kjelder til tal og fakta:
«The future of European competitiveness – A competitiveness strategy for Europe» (EU 2024)
«The semiconductor industry in Norway» (Menon, 2023)
EUs forordning for mikrobrikker (2023)
«Taiwan and the global semiconductor supply chain: 2023 in review» (Taipei Representative Office in the Republic of Singapore, 2024)
Chris Miller: Chip War, Simon & Schuster (2022)
Store norske leksikon
Sintef
Fleire artiklar
Mmm, nam-nam? Tja, om scobyen ser litt rar ut, så vert den fermenterte tedrikken sett pris på av menneske verda over.
Foto via Wikimedia Commons
Fermentert te breier seg i butikkhyllene – til solide prisar.
Foto via Wikimedia Commons
«Hulda Garborg er ein av dei store, gløymde forfattarskapane i Noreg.»
Fuktmålaren syner at veggen er knuskturr. Er det truverdig?
Foto: Per Thorvaldsen
«Frykta er ein god læremeister. Eg sit no og les Byggforsk-artiklar om fukt for harde livet.»
Wako er Kjetil Mulelid, Simon Olderskog Albertsen, Bárdur Reinert Poulsen og Martin Myhre Olsen.
Foto: Eirik Havnes
Sprudlande samspel
Wako serverer ei heilakustisk jazzplate.
Sitrusmarinert kamskjel med estragon, lime og olivenolje.
Alle foto: Dagfinn Nordbø