Omdat AI-bedrijven wereldwijd enorme hoeveelheden geheugenchips afnemen, is de prijs van DRAM – het werkgeheugen dat in vrijwel iedere pc, laptop en server zit – sterk gestegen. Waar je een paar jaar geleden voor honderd euro een flinke hoeveelheid geheugen kon kopen, is diezelfde hoeveelheid tegenwoordig vele malen duurder, soms wel vijf keer zoveel. Kan dat niet anders, zo hoorde ik om mij heen. Bijvoorbeeld door zelf in Nederland een grote DRAM-fabriek te bouwen? Met bedrijven als ASML en ASMI hebben we toch een groot deel van de benodigde technologie in huis?
AI heeft honger naar geheugen
Wie de afgelopen tijd een nieuwe computer heeft willen samenstellen of het geheugen van een bestaande computer wilde uitbreiden, kan nauwelijks om de prijsstijgingen heen. De oorzaak ligt niet alleen bij consumenten die meer geheugen nodig hebben. De explosieve groei van kunstmatige intelligentie heeft de vraag naar geheugen enorm veranderd.
Een AI-model heeft namelijk niet alleen veel rekenkracht nodig, maar ook heel veel geheugen. De enorme AI-servers die bijvoorbeeld worden gebruikt voor het trainen en uitvoeren van grote taalmodellen bevatten duizenden gespecialiseerde processors. Die processors moeten voortdurend grote hoeveelheden gegevens kunnen lezen en verwerken. Daarvoor is razendsnel geheugen nodig.
Een belangrijke rol speelt daarbij HBM, oftewel High Bandwidth Memory. HBM is een bijzondere vorm van DRAM die speciaal is ontwikkeld om zeer grote hoeveelheden gegevens met een hoge snelheid naar bijvoorbeeld een AI-processor te transporteren. In plaats van geheugenchips simpelweg naast elkaar op een printplaat te plaatsen, worden meerdere geheugenchips als het ware op elkaar gestapeld. Daardoor ontstaat een zeer brede en snelle verbinding tussen processor en geheugen.
HBM is inmiddels een van de belangrijkste onderdelen van krachtige AI-systemen. Fabrikanten als Samsung (Zuid-Korea), SK hynix (Zuid-Korea) en Micron (Amerika) besteden daarom steeds meer productiecapaciteit aan dit type geheugen. Dat heeft een onverwacht gevolg: de capaciteit die beschikbaar is voor andere vormen van DRAM komt daardoor onder druk te staan.
En dat merken uiteindelijk ook consumenten. Het geheugen in een gewone desktopcomputer, laptop, tablet en smarthone is technisch veel minder geavanceerd dan HBM, maar het wordt wel gemaakt door dezelfde grote geheugenchipfabrikanten. Als een fabrikant zijn beperkte productiecapaciteit liever inzet voor geheugen waarvoor AI-bedrijven hoge prijzen betalen (en dat is vanuit economisch opzicht logisch), kan dat gevolgen hebben voor de beschikbaarheid en prijs van regulier DRAM.
Wat is DRAM eigenlijk?
DRAM staat voor Dynamic Random Access Memory. Het is het tijdelijke werkgeheugen van een computer. Zodra je een programma start, worden gegevens vanuit de opslag – bijvoorbeeld een SSD – naar het veel snellere werkgeheugen gekopieerd. De processor kan daar vervolgens veel sneller bij.
Een DRAM-geheugencel is in de basis opvallend eenvoudig. Iedere cel bestaat uit een transistor en een kleine condensator waarin een elektrische lading wordt opgeslagen. Die lading vertegenwoordigt een 0 of een 1. Omdat de lading langzaam weglekt, moet de informatie voortdurend worden ververst. Vandaar de naam Dynamic RAM.
Dat klinkt bijna alsof het produceren van zo’n chip eenvoudig moet zijn. En daar zit precies de interessante vraag. Als een DRAM-cel relatief eenvoudig is, waarom maken we die chips dan niet gewoon zelf in Nederland? Het antwoord is dat de afzonderlijke geheugencel eenvoudig is, maar het produceren van miljarden cellen op een chip buitengewoon ingewikkeld.
Een chipfabriek is geen gewone fabriek
Een moderne chip wordt gemaakt op een ronde plak silicium die we een wafer noemen. Op één wafer worden tientallen tot soms honderden chips tegelijk geproduceerd. Dat gebeurt in een zogenaamde cleanroom, een ruimte waarin de lucht vele malen schoner is dan in een normale operatiekamer waar mensen geopereerd worden.
Op de wafer worden vervolgens tientallen of zelfs honderden verschillende bewerkingen uitgevoerd. Er worden zeer dunne lagen materiaal aangebracht, delen daarvan worden verwijderd, elektrische eigenschappen worden aangepast en patronen worden aangebracht die uiteindelijk de transistoren en verbindingen van de chip vormen.
Daarbij zijn machines nodig die extreem nauwkeurig kunnen werken. Sommige structuren op moderne chips zijn zo klein dat we ze niet meer met het blote oog of zelfs met een gewone microscoop kunnen zien. En daar komt Nederland om de hoek kijken.
ASML maakt geen chips
Nederland heeft met ASML een van de belangrijkste bedrijven uit de wereldwijde chipindustrie in huis. ASML maakt echter geen geheugenchips. Het bedrijf maakt machines waarmee chipfabrikanten de uiterst kleine patronen van een chip op een siliciumwafer kunnen aanbrengen. Dat proces heet lithografie.
De meest geavanceerde machines van ASML maken gebruik van EUV, Extreme Ultraviolet. Daarmee wordt gebruikgemaakt van ultraviolet licht met een extreem korte golflengte om de kleinste structuren op een chip te kunnen produceren.
Dat maakt ASML buitengewoon belangrijk, maar een chipfabriek heeft veel meer nodig dan alleen een lithografiemachine. Ook bedrijven als ASM International leveren belangrijke machines voor processen die tijdens de chipproductie plaatsvinden.
Daarnaast zijn er talloze andere leveranciers nodig voor bijvoorbeeld etsen, materiaaldepositie, inspectie en metrologie. Een complete fabriek is daarmee een enorm complex geheel.
Je kunt het vergelijken met een autofabriek. Het bezit van een van de beste machines om motorblokken te maken betekent nog niet dat je daarmee automatisch een complete autofabrikant bent.
Waarom bouwen we dan niet gewoon zo’n fabriek?
Omdat je naast de machines nog iets nodig hebt dat misschien wel het belangrijkste onderdeel is: kennis over het productieproces. Bedrijven als Samsung, SK hynix en Micron produceren al tientallen jaren geheugenchips op enorme schaal. In die tijd hebben ze een enorme hoeveelheid kennis opgebouwd over de manier waarop DRAM moet worden geproduceerd.
Dat zit niet alleen in patenten en technische documentatie. Het gaat ook om duizenden procesinstellingen en optimalisaties. Hoe lang moet een bepaalde bewerking duren? Welke temperatuur moet worden gebruikt? Hoe dik moet een bepaalde laag zijn? Hoe voorkom je beschadigingen? Hoe zorg je ervoor dat zo veel mogelijk chips op een wafer daadwerkelijk goed werken? Dat laatste wordt de yield genoemd.
Stel dat een wafer honderd geheugenchips bevat. Als er na de productie maar vijftig goed blijken te werken, is dat een groot probleem. Als 95 chips goed zijn, is dezelfde wafer economisch veel interessanter. Juist het verhogen van die yield is een van de grote geheimen van de gevestigde geheugenchipfabrikanten.
Het kost miljarden
Daar komt nog iets bij: de kosten. Een moderne chipfabriek kost geen honderden miljoenen euro’s, maar vele miljarden. En daarmee ben je er nog niet. De fabriek moet vervolgens voortdurend worden voorzien van nieuwe machines en apparatuur. Ook moet er een groot team van hoogopgeleide technici, ingenieurs en operators worden opgebouwd. Dat verklaart waarom er wereldwijd maar een beperkt aantal bedrijven is dat daadwerkelijk op grote schaal DRAM produceert.
Een interessant voorbeeld is Micron. Het Amerikaanse bedrijf investeert miljarden in nieuwe productiecapaciteit in onder meer Singapore. De eerste productie uit een nieuwe fabriek daar wordt pas jaren na het begin van het project verwacht. Ook SK hynix investeert tientallen miljarden dollars in nieuwe productielocaties om aan de groeiende vraag naar AI-geheugen te kunnen voldoen.
Met andere woorden: zelfs bedrijven die al tientallen jaren ervaring hebben met geheugenchips kunnen niet van vandaag op morgen hun productiecapaciteit verdubbelen.
Stel dat Nederland 10 miljard euro beschikbaar stelt
Maar laten we de gedachte-oefening toch eens maken. Stel dat de Nederlandse regering vandaag besluit om 10 miljard euro beschikbaar te stellen voor een Nederlandse DRAM-fabriek. Dan zou dat zeker een serieus project kunnen worden. Alleen zou Nederland er verstandig aan doen om niet te proberen zelf een nieuwe Samsung of SK hynix te worden. Veel logischer zou zijn om een bestaande geheugenchipfabrikant als partner binnen te halen.
Nederland zou bijvoorbeeld de financiering, infrastructuur en een deel van de apparatuur kunnen leveren. Een ervaren geheugenproducent zou de benodigde productiekennis inbrengen. ASML en andere Nederlandse toeleveranciers kunnen een belangrijke rol spelen bij de bouw en inrichting van de fabriek. Het wordt dan een soort gezamenlijk Europees project.
Van DRAM naar HBM
En als je dan toch een nieuwe fabriek bouwt, ligt het voor de hand om niet uitsluitend standaard-DRAM voor consumenten te maken. De grote strategische kans ligt juist bij HBM. De vraag naar HBM groeit explosief door de opkomst van AI. Het geheugen wordt gebruikt in combinatie met krachtige AI-processors en is daardoor veel meer waard dan standaardgeheugen voor een consumentencomputer.
HBM is bovendien technisch ingewikkelder. De geheugenchips worden op elkaar gestapeld en vervolgens zeer nauwkeurig met elkaar verbonden. Ook het verpakken van deze chips – advanced packaging – is een belangrijk onderdeel van het productieproces.
Een Nederlandse fabriek zou daarom interessant kunnen worden als die niet alleen DRAM-wafers produceert, maar ook HBM kan maken en verpakken. Dan ontstaat een veel grotere productieketen:
- Silicium → DRAM → HBM → geavanceerde verpakking → AI-geheugen
Dat is strategisch veel interessanter dan alleen een fabriek voor gewone DDR5- of DDR6-geheugenchips.
Hoe snel kan dat?
Zelfs met 10 miljard euro zou zo’n fabriek niet binnen een paar maanden klaar zijn. Eerst moet een geschikte locatie worden gevonden. Vervolgens moeten vergunningen worden geregeld, de cleanroom worden ontworpen en gebouwd en moeten de machines worden besteld. Daarna moeten de machines worden geïnstalleerd en op elkaar worden afgestemd. Vervolgens begint de moeilijkste fase: het productieproces onder controle krijgen.
Een realistische planning zou daarom eerder uitgaan van vijf tot zes jaar voordat een nieuwe fabriek serieus kan produceren. En voordat de fabriek op volle capaciteit draait, kunnen nog enkele jaren voorbijgaan. Dat klinkt misschien lang, maar in de halfgeleiderindustrie is het eigenlijk heel normaal. En daarmee ontstaat meteen een probleem.
Tegen de tijd dat de fabriek klaar is...
Wat gebeurt er als we vandaag miljarden investeren omdat DRAM schaars en duur is, maar de markt over vijf jaar is veranderd? Dat is geen theoretisch probleem. De geheugensector staat bekend om zijn sterke cycli.
Bij hoge prijzen investeren fabrikanten massaal in nieuwe capaciteit. Die fabrieken komen vervolgens na enkele jaren tegelijk op de markt. Als de vraag op dat moment minder snel groeit dan verwacht, ontstaat overproductie. De prijzen dalen en fabrieken kunnen vervolgens jarenlang met lage marges draaien. Dat maakt een investering in een nieuwe geheugenfabriek behoorlijk riskant.
Je zou daarom niet alleen moeten kijken naar de huidige prijzen van geheugen, maar vooral naar de verwachte vraag naar AI en HBM over een periode van tien tot twintig jaar.
Toch is het geen gek idee
Dat betekent niet dat Nederland het idee moet laten varen. Integendeel. Vanuit strategisch oogpunt kan een Europese productievoorziening voor geavanceerd geheugen heel interessant zijn.
Europa is momenteel voor een groot deel afhankelijk van bedrijven buiten Europa voor de productie van de meest gebruikte geheugenchips. Als daar opnieuw een ernstig tekort ontstaat, hebben Europese computerfabrikanten, datacenters en andere bedrijven weinig mogelijkheden om dat zelf op te lossen.
Voor gewone consumenten is dat vervelend. Voor de economie en voor bijvoorbeeld defensie en strategische AI-infrastructuur kan het een veel groter probleem zijn. Daarom is het misschien verstandiger om de vraag niet te stellen als:
- “Kunnen we voor 10 miljard euro een Nederlandse geheugenchipfabriek bouwen?”
maar als:
- “Kunnen we met 10 miljard euro tientallen miljarden aan private investeringen aantrekken voor een Europese geheugenindustrie?”
Dat is een veel interessantere vraag. Nederland hoeft immers niet zelf alle kennis te hebben. Het land heeft al een aantal zeer belangrijke onderdelen van de keten in handen. Met ASML en ASMI beschikt Nederland over wereldspelers op het gebied van chipproductieapparatuur. Daarnaast zijn er in Nederland en de omliggende regio’s veel gespecialiseerde bedrijven en kennisinstituten. Als daar een grote geheugenproducent aan wordt toegevoegd, ontstaat een bijzonder ecosysteem.
De paradox van ASML
Daarmee komen we terug bij de vraag waarmee we begonnen. “We hebben ASML. Waarom kunnen we dan geen geheugenchips maken?” Het antwoord is dat ASML juist laat zien hoe ingewikkeld de chipindustrie is.
ASML heeft zich gespecialiseerd in één extreem belangrijk onderdeel van het productieproces en is daarin wereldleider geworden. Het bedrijf heeft tientallen jaren geïnvesteerd in kennis, onderzoek, machines en samenwerking met chipfabrikanten. Nederland hoeft dus niet noodzakelijk zelf ieder onderdeel van een chip te kunnen maken om een belangrijke rol in de chipindustrie te spelen.
Maar de huidige AI-revolutie kan wel aanleiding zijn om een volgende stap te zetten. Niet door een fabriek neer te zetten en te hopen dat die rendabel wordt, maar door bestaande Nederlandse technologie, Europese financiering en de kennis van een ervaren geheugenproducent bij elkaar te brengen. Dan zou Nederland niet proberen de concurrentie met Samsung, SK hynix en Micron aan te gaan. Nederland zou kunnen proberen ze naar Europa te halen.
Hebben we een minister van Digitale Zaken nodig?
De discussie over geheugenchips laat ook zien hoe breed het begrip digitale soevereiniteit inmiddels is geworden. Nederland heeft geen afzonderlijke minister van Digitale Zaken, maar wel een staatssecretaris Digitale Economie en Soevereiniteit: Willemijn Aerdts. Die portefeuille omvat onder meer AI, digitalisering, telecom, digitale infrastructuur en technologische onafhankelijkheid. Tegelijkertijd vallen onderwerpen als de chipindustrie en het industriebeleid onder Economische Zaken.
Dat is begrijpelijk vanuit de traditionele indeling van overheidstaken, maar de grenzen tussen die onderwerpen vervagen snel. AI heeft chips nodig, chips bepalen mede onze digitale infrastructuur en digitale infrastructuur is inmiddels van belang voor onze economie en nationale veiligheid. De vraag wie verantwoordelijk is voor die samenhang wordt daarmee steeds relevanter. Misschien is het tijd om digitale technologie niet langer vooral als een verzameling afzonderlijke beleidsterreinen te beschouwen, maar als een strategisch onderwerp dat een eigen plaats aan de top van de Nederlandse politiek verdient.
Wat betekent dit voor HCC-leden?
Voor computergebruikers is de ontwikkeling in de eerste plaats merkbaar aan de prijs van werkgeheugen. Wie een nieuwe pc bouwt of het geheugen van een bestaande computer uitbreidt, kan te maken krijgen met aanzienlijk hogere prijzen dan enkele jaren geleden. De ontwikkeling van AI heeft daarmee een rechtstreeks gevolg voor iets wat jarenlang als een relatief goedkoop en vanzelfsprekend onderdeel van iedere computer werd beschouwd.
Op langere termijn kan de ontwikkeling bovendien gevolgen hebben voor de beschikbaarheid van pc’s, laptops, servers en andere apparaten. Fabrikanten zullen de hogere kosten van geheugen uiteindelijk op een of andere manier moeten doorberekenen. Tegelijkertijd kan een uitbreiding van de wereldwijde productiecapaciteit de markt weer veranderen. Geheugenprijzen zijn daarom moeilijk lang vooruit te voorspellen.
Standpunt van HCC
HCC vindt het belangrijk dat Nederland en Europa voldoende kennis, productiecapaciteit en zeggenschap houden over essentiële digitale technologie. De huidige ontwikkeling rond DRAM en HBM laat zien wat er kan gebeuren wanneer een cruciaal onderdeel van de computerindustrie sterk afhankelijk is van een klein aantal buitenlandse fabrikanten. Een plotselinge sterke groei van de vraag, bijvoorbeeld door AI, kan dan wereldwijd leiden tot tekorten en forse prijsstijgingen.
Nederland beschikt met ASML, ASMI en een uitgebreid netwerk van gespecialiseerde bedrijven en kennisinstellingen over een unieke positie in de halfgeleiderindustrie. HCC vindt daarom dat Nederland deze positie strategischer zou moeten benutten. Dat betekent niet dat ons land zelfstandig een geheugenchipindustrie moet opbouwen, maar wel dat serieus moet worden onderzocht of Nederland samen met Europese partners en bestaande geheugenproducenten kan investeren in productie van DRAM en vooral HBM in Europa.
Daarbij gaat het om meer dan de prijs van geheugen in een consumentencomputer. Chips vormen de basis van vrijwel iedere moderne digitale technologie en zijn daarmee van belang voor onze economie, wetenschap, gezondheidszorg, defensie en digitale veiligheid. HCC vindt daarom dat de beschikbaarheid van essentiële chiptechnologie onderdeel moet zijn van een bredere Nederlandse en Europese strategie voor digitale soevereiniteit. Daarbij hoort wat HCC betreft ook een duidelijke politieke verantwoordelijkheid: digitale technologie is inmiddels zo verweven met vrijwel alle onderdelen van onze samenleving dat versnippering over verschillende beleidsterreinen steeds minder voor de hand ligt.
De afbeelding is gemaakt met AI.
