EN

„Kanadas führende Rolle in der Photonik untermauern“

Kanada hat eine lebendige, wachsende Photonik-Industrie mit mehr als 400 Unternehmen und zahlreichen wissenschaftlichen Einrichtungen. Allein in der Provinz Québec tragen rund 220 Unternehmen mit 22 000 Beschäftigten jährlich drei Milliarden Dollar zum Bruttoinlandsprodukt bei. Gut ein Drittel dieser Unternehmen ist in den letzten zehn Jahren rund um einen starken wissenschaftlichen Kern entstanden, zu dem allein acht Universitäten und diverse Forschungs- und Entwicklungszentren gehören. Landesweit gilt die Photonik als Schlüsselindustrie, deren Entwicklung die Regierung mit strategischen Investitionen vorantreibt. Im Interview zeichnen Dr. Madison Rilling, Exekutivdirektorin des Clusters OPTONIQUE, und der Leiter des Business Developments am Canadian Photonics Fabrication Centre (CPFC), Dr. Michael Davison, die Entwicklung der Branche nach – und benennen deren wichtigste Treiber.

Frau Dr. Rilling, möchten Sie uns OPTONIQUE kurz vorstellen?

Dr. Madison Rilling: Gerne! Als "Pôle d'excellence en optique-photonique du Québec" sind wir eine Cluster-Organisation, in der unserer Photonik-Industrie zusammenkommt und sich vernetzt, und in der sie sich auf eine gemeinsame Stimme im politischen und öffentlichen Diskurs verständigt. Die Initiative zur Gründung kam im Jahr 2017 direkt aus der Branche. Heute sind in der Provinz Québec mehr als 220 Unternehmen aktiv, die photonische Lösungen entwickeln, produzieren, anbieten oder anwenden. Sie machen etwa 50 Prozent der kanadischen Photonikindustrie aus. Wir von Optonique bieten ihnen eine Plattform, die alle wichtigen Akteure und Partner der Branche zusammenbringt, von Start-ups, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bis zu multinationalen Unternehmen, Forschungsinstituten und Hochschulen. Optonique profitiert auf kommunaler aber auch auf Provinz- und Bundesebene von staatlicher Unterstützung; denn auf allen Ebenen erkennen die Verantwortlichen die Photonik als Schlüsseltechnologie mit hoher strategischer Bedeutung sowie als treibende Kraft für ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum an. Zu unserem Leistungsspektrum gehört, dass wir unseren Mitgliedsfirmen bei ihren Exportbemühungen unterstützen und helfen, strategische Kooperationen mit internationalen Partnern einzufädeln. Auf lokaler Ebene werben wir für die Photonik, um insbesondere potenzielle Anwenderbranchen aber auch der breiten Öffentlichkeit auf ihr Potenzial aufmerksam zu machen. Wir führen dafür Outreach-Initiativen durch und machen auf die Karrieremöglichkeiten in unserer Branche aufmerksam. Um dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken, arbeiten wir auch mit Partnern aus der Industrie und dem Bildungswesen zusammen, um Weiterbildungs- und Umschulungsmöglichkeiten zu entwickeln. Kurz gesagt, wir bei Optonique sind ein Team von technischen Experten und dienen als Bindeglied zwischen der Photonikindustrie und der Außenwelt: Politik, Wirtschaft, Bildung, Forschung und die breite Öffentlichkeit.

Herr Dr. Davison, was steckt hinter dem Canadian Photonics Fabrication Centre (CPFC) – und für wen ist dessen Produktionsinfrastruktur zugänglich?

Dr. Michael Davison: Das CPFC ist eine reine III-V-Halbleiterfabrik mit modernster Produktions- und Messtechnik – betrieben vom National Research Council of Canada. Als einzige öffentlich betriebene Verbindungshalbleiter-Foundry in Nordamerika machen wir unser Know-how und unsere Infrastruktur für Unternehmen und Forschungsinstitute zugänglich. Unser erfahrenes Team ist auf das Design und die Herstellung von Bauelementen aus Indiumphosphid (InP), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN) und weiteren Materialien spezialisiert. Wir unterstützen Kunden bei Proofs-of-Concept und im Prototyping, setzen mit ihnen neue Produktionsprozesse auf, die sie auf Pilotanlagen erproben und bis ins massenmarkttaugliche Stadium entwickeln können. Zu unserem Leistungsspektrum zählt auch das Design und die Herstellung photonisch integrierter Schaltungen (PICs) und diskreter photonischer Bauelemente wie Laser (DFB, BHET), Detektoren, Verstärker und Modulatoren. Insgesamt stehen dafür knapp 4.000 Quadratmeter Produktionsfläche bereit – weitere 2.000 sind im Bau. Einzigartig ist die enge Verbindung zwischen akademischer Forschung und kommerzieller Ausrichtung: Wir machen neueste technologische Ansätze kommerziell nutzbar, sind also im engeren Sinne eine photonische Zukunftsfabrik. Unsere Kunden sind KMU, multinationale Konzerne und Forschungsinstitute, die am CPFC Grenzen des Machbaren verschieben. Oft sind wir auch in die Durchführung internationaler Kooperationsprojekte auf staatlicher Ebene eingebunden.

Das CPFC wurde 2022 mit 90 Millionen Dollar gefördert. Wofür wird das Geld verwendet?

Davison: Gerät die Versorgung mit modernen Mikrochips ins Stocken gerät, hat das erhebliche Auswirkungen auf alle Wirtschaftszweige. Wegen dieser hohen strategischen Bedeutung hat die kanadische Regierung einen „Semiconductor Challenge Callout“ gestartet. Dieser Strategische Innovationsfonds stellt 150 Millionen Dollar für gezielte Investitionen bereit, um die Stärken Kanadas im Bereich der Entwicklung und Lieferung von Halbleitern auszubauen. Zusätzlich zum Semiconductor Challenge Callout unterstützt die kanadische Regierung das CPFC mit 90 Millionen Dollar. Mit diesen Mitteln werden wir unsere Kapazitäten bis 2025 vervierfachen. Denn wenn Kunden ihre innovativsten Produkte mit uns entwickeln und in Kanada herstellen, stärkt das unser gesamtes Ökosystem. Bei der CPFC-Investition geht es darum, Kanadas führende Rolle in der Photonik zu festigen – wir sind sehr effektiv darin, unsere Kunden erfolgreich zu machen. Deshalb kommen aus der ganzen Welt hierher. Wir sind eine der wenigen Einrichtungen, die die Lücke zwischen Innovationen im Labormaßstab und reproduzierbaren industriellen Prozessen schließen können und dabei höchste Standards mit Blick auf die Qualität, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit erfüllen. Wir beraten und unterstützen die Kunden entlang der gesamten Prozesskette, von der Auswahl der geeigneten Waferstruktur über das Chip- und Prozessdesign bis zur Skalierung und Integration. Im Halbleitermarkt ist das gefragter denn je.

Wie gehen Sie vor?

Davison: Ein Ansatz ist es, mehr Prozessdaten zu sammeln und diese zu nutzen, um die Produktion kundenspezifischer Chips schneller optimieren und zur Serienreife bringen zu können. Damit hierbei die notwendige Standardisierung nicht zulasten der Flexibilität im Design sowie der Funktionalität in der Anwendung geht, verfolgen wir einen modularen Ansatz. Das CPFC verfügt über eine Bibliothek mit erprobten Referenzdesigns samt fertigungstechnischer Implementierung, aus der wir jeweils neue Prozessketten ableiten können. Selbst wenn unsere Kunden Neuland betreten, können wir damit die Innovationsrisiken minimieren, dass wir erprobte Designs und Verfahren neu kombinieren.

Auch OPTONIQUE kann auf staatliche Förderung bauen. Gilt das auch für Ihre Mitgliedsfirmen und die vielen Photonik-Start-ups?

Rilling: Die Stadt und die Provinz Québec wissen ebenso wie die Bundesregierung um die Bedeutung der Photonik als branchenübergreifend wirkender Innovationsmotor. Darum profitieren wir von direkten Finanzierungen und strategischen Förderprogrammen, die auf langfristige wirtschaftliche Entwicklung abzielen – etwa gezielte F&E-Initiativen oder die Entwicklung qualifizierter Arbeitskräfte. Dank solcher Programme und einem Netzwerk von Förderorganisationen wachsen Start-ups in ein Ökosystem, das sie in jeder Gründungsphase unterstützt. So gibt es spezialisierte Inkubatoren und Acceleratoren, die sich auf Photonik- und Quantentechnologien konzentrieren, wie das Quantino in Québec City. Und für Scale-ups, die über diese Zentren hinauswachsen, gibt es diverse Angeboten, die sie in ihrer internen und kooperativen Forschung und Entwicklung und bei ihrer Internationalisierung unterstützen. Weitere Programme fördern öffentlich-private Partnerschaften zwischen Hochschulen und Unternehmen. Teils geht es um problem- oder herausforderungsorientierte Innovationsprojekte, in denen Start-ups oder KMU technologische Lösungen anbieten, die dann schnell eingeführt werden können. Unser Cluster übernimmt in solchen Fällen oft die Katalysator-Funktion: Wir kennen die Branche und ihr Know-how-Portfolio - und können die richtigen Partner zusammenbringen.

Wo liegen die Stärken von Kanadas Photonikindustrie?

Rilling: Unsere Vielfalt macht uns stark. Die kanadische Forschung und Industrie haben seit Ende der 1960er Jahre maßgeblich zur Telekommunikationsrevolution auf Basis von Glasfasern und Lasern beigetragen. Ebenfalls Ende der 1960er Jahre entwickelt Jacques A. Beaulieu nahe Québec City den ersten CO2-TEA-Laser (High-Power Transverse-Excitation Atmospheric Pressure Gas Laser). Auch unsere Universitäten haben auf dem Gebiet der Optoelektronik und Sensortechnik zahlreiche wichtige Impulse gegeben. Allein in Québec bilden acht an der Photonikforschung beteiligte Universitäten das strategische Forschungscluster „Center for Optics, Photonics and Lasers“ (COPL). Aus Einrichtungen wie diesen, dem Nationalen Optikinstitut (INO), dem Nationalen Forschungsrat (NRC) – und nicht zu vergessen – aus dem Erbe des kanadischen Telekommunikationsgiganten Nortel, sind im Laufe der Jahre Dutzende Unternehmen hervorgegangen, die heute die Vielfalt der Branche ausmachen. Hier in Québec bietet jedes der 220 Unternehmen photonische Lösungen in drei bis vier Branchen an. Daran allein zeigt sich die Breite unseres Spektrums. Ich sehe Stärken im Bereich der optischen Fasern und Faserlaser, in der Bildgebung, Sensorik, Optik sowie zunehmend in der integrierten Photonik. Dank strategischer Investitionen entwickeln sich auch die Quantentechnologien dynamisch und bauen auf dem starken Photonik-Kern von Québec und Kanada auf. Die kanadische Photonik-Industrie leistet mit ihrer Vielfalt wichtige Beiträge zu modernen Prozess- und Wertschöpfungsketten – und natürlich stärkt genau diese Vielfalt auch ihre ökonomische Resilienz.

Davison: Kanada hat eine langjährig gewachsene Stärke in der Forschung und Entwicklung für den Telekom-Sektor. Die am CPFC durchgeführte Forschung hat ihren Weg in viele Branchen gefunden. Das Spektrum der Anwendungen wird immer breiter. Präzisionslandwirtschaft in der Landwirtschaft, Umwelttechnologie, Klimaforschung, die Entwicklung autonomer Fahrzeuge und Flugzeuge: Sie alle stützen sich auf optische Sensoren. Flugzeuge und Helikopter können mit photonischen Gyroskopen auf Zentimeter genau ihre Position im Luftraum bestimmen. Laser und optische Sensoren sind aus Smartphones und der gesamten Unterhaltungselektronik nicht mehr wegzudenken. Die Basis für all das sind gereifte Fertigungsprozesse, die sich nun anschicken, photonische integrierte Schaltungen (PICs) massenmarktfähig zu machen.

Für welche Anwendungsfelder sind PICs aus Ihrer Sicht interessant?

Davison: Bisher entfällt der Löwenanteil der Kosten photonischer Systeme auf die Montage und das Packaging. In dem Maß, in dem es uns gelingt, immer mehr Funktionen auf einem einzelnen Chip zu integrieren, werden Montageprozesse entfallen, Bauräume schrumpfen und die Kosten sinken. Diese Vorteile bei der Integration treiben die Prozessentwicklung an. Es geht dabei um eine hohe Ausbeute pro Wafer, um die Chipkosten niedrig zu halten. Noch gibt es einiges zu tun, aber die Leistung von PICs nimmt rasch zu. Es ist mittlerweile möglich, eine Lichtquelle, Wellenleiter und leistungsstarke Modulatoren sowie weitere Teilkomponenten auf Chips zu integrieren. Das birgt disruptives Potenzial. Kleine, leistungsstarke optische Chips direkt vom Wafer können einen Innovationsschub auslösen. So etwa in Rechenzentren, die längst an Grenzen ihrer Übertragungskapazität, ihres Stromverbrauchs und Kühlbedarfs sowie ihrer Bauräume stoßen. Neue PIC-basierte Architekturen schaffen hier bereits Abhilfe. Das ist keine Zukunftsmusik. Es geschieht hier und jetzt. PICs halten auch Einzug in LiDAR-Sensoren für Fahrzeuge und Flugzeuge, in Smartphones und in die Medizintechnik.

Welche Innovationschwerpunkte beobachten Sie bei den Start-ups in Québec?

Rilling: Unsere Regierung unterstützt derzeit die Entwicklung von drei Innovationszentren mit den Schwerpunkten Quantentechnologien für Kommunikation, Sensorik oder Computing, sowie Halbleiter und digitale Technologien und drittens Batterien und CleanTech. In all diesen Bereichen treiben Start-ups, KMU und Großunternehmen photonische Lösungen voran und positionieren sie im Markt. Die Zentren erleichtern den Zugang zu Finanzierung und Risikokapital für die Start-ups. Erfreulicherweise verlagert sich der Schwerpunkt bei Photonik-Start-ups hin zum Klima- und Umweltschutz. Eines der Handlungsfelder ist die optische Überwachung von Wäldern zur Früherkennung von Waldbränden.

Inwieweit ist Kanadas Photonik-Industrie exportorientiert und sind Ihre Organisationen offen für internationale Kooperationen und Partnerschaften?

Rilling: Unsere Mitgliedsunternehmen erwirtschaften durchschnittlich zwei Drittel ihrer Umsätze durch Exporte. Québec und Kanada unterhalten Handelsvertretungen in der ganzen Welt – auch in München und Berlin. Sie sind wichtige Partner für unser Cluster, wenn es um internationale Kooperationen und den Aufbau strategischer Partnerschaften geht, wie wir es derzeit im Bereich der PICs tun. Wir stellen regelmäßig auf Messen wie der LASER World of PHOTONICS aus, wo wir den kanadischen Pavillon betreuen. Für internationale Start-ups gibt es Programme, um sie in akademische Gründerzentren zu integrieren. Und wenn jemand mehr über unsere Unternehmen und unser Photonik-Ökosystem hier in Québec und Kanada erfahren möchte, kann er sich gerne an mein Team bei Optonique wenden!

Davison: Das CPFC führt regelmäßig Projekte im Rahmen internationaler Kooperationen durch und nimmt auch am Eureka-Programm teil. Wir haben zahlreiche Kooperationen mit der EU und mit EU-Ländern, in die KMU und Forschungsinstitute involviert sind. Dieser internationale Kooperationsgeist wird immer wichtiger. Um die Versorgung mit Halbleitern, Verbindungshalbleitern sowie mit wichtigen Rohstoffen langfristig zu sichern, müssen wir bestehende Abhängigkeiten verringern und strategische Beziehungen zu unseren Verbündeten pflegen.