🆕 Waar een klein land klein in kan zijn
🖋 Frans W. Saris

René Raaijmakers, De architecten van ASML (Techwatch Books 2017), 640 blz.


Na de steen-, brons- en ijzertijd beleven we momenteel het siliciumtijdperk. Een klein schilfertje silicium, de chip, neemt geestdodende arbeid over en schept nieuwe banen. Elke chip waar ook ter wereld is deels het product van Nederlandse fabricagetechnologie van Philips, ASMI en ASML. Frans W. Saris bespreekt drie boeken over deze vaderlandse hightechreuzen.


* Abonnees lezen meer. Neem ook een abonnement! *


Jorijn van Duijn, Fortunes of High Tech: A history of innovation at ASM International 1958-2008 (Techwatch Books 2019), 952 blz.
Jorijn van Duijn, Fortunes of High Tech: A history of innovation at ASM International 1958-2008 (Techwatch Books 2019), 952 blz.

Van geen enkel apparaat worden jaarlijks zoveel exemplaren gemaakt als van de transistor. Deze elektronische schakeling zit tegenwoordig met miljarden in iedere siliciumchip, waarvan er elk jaar weer miljarden over de hele wereld worden verkocht. Ze onthouden onze data en sturen onze apparaten aan: van smartphones en laptops tot vliegtuigen en satellieten.

De uitvinders van de transistor, John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley van Bell Labs, kregen in 1956 de Nobelprijs voor Natuurkunde. Kort daarna werd de eerste geïntegreerde schakeling op een siliciumchip vervaardigd bij Texas Instruments. Niemand kon toen vermoeden dat de siliciumtechnologie zo’n enorme vlucht zou nemen dat ze in omzet, winst en beurswaarde de auto-industrie voorbij zou streven en de petrochemie naar de kroon steken.

Na de uitvinding van de siliciumchip stelde Gordon Moore zich met zijn bedrijf Intel ten doel iedere anderhalf jaar het aantal transistors op de chip te verdubbelen. Sindsdien is ‘de wet van Moore’ standaard in de siliciumtechnologie. Het gevolg is dat de prijs per transistor in vijftig jaar daalde met zeven ordes van grootte. Iedere volgende generatie chips is klaar na anderhalf jaar, kost ongeveer zoveel als de lichting daarvoor, maar heeft dubbele geheugen- en rekencapaciteit. Daarom creëren siliciumchips steeds weer nieuwe markten, dringen ze steeds verder door in onze maatschappij en vrezen sommigen zelfs dat chips met ‘zelflerende’ algoritmen slimmer worden dan wij.

De wet van Moore is geen natuurwet, maar een self-fulfilling prophecy waarmee Gordon Moore de technische ontwikkeling van de siliciumchip in zijn eigen bedrijf een moordend tempo opgelegde dat bijna geen van zijn concurrenten kon bijhouden. In het begin maakten AT&T, IBM, Texas Instruments, Philips, Siemens, Hitachi en Mitsubishi allemaal hun eigen siliciumchips, nu niet meer.


Lees ook ‘Gemanipuleerde metamorfosen? Over de digitalisering van de mens’ door Beate Roessler, dat laat zien waarom de filosofie juist de privacyvraag moet onderzoeken om de betekenis van waarden als vrijheid, gelijkheid en autonomie te kunnen blijven waarborgen. Heeft digitalisering niet veel verdergaande consequenties voor wat het betekent mens te zijn?


Hoewel de wet van Moore op de kaart van vijftig jaar een rechte lijn is van linksboven naar rechtsonder, was de ontwikkeling van de siliciumchip voor alle partijen ‘a bumpy road’ met levensgevaarlijke haarspeldbochten, doodlopende wegen en veel slachtoffers. Het is goed dat daar nu reisverhalen over zijn verschenen, al bevatten die te veel detail en te weinig analyse en conclusies.

De geschiedenis van een chip

Onderweg van silicium tot laptop en smartphone reist de chip de hele wereld rond. Het begint in de Appalachen, waar de hoogste kwaliteit siliciumdioxide wordt gewonnen. Dit zand wordt verscheept naar Japan, waar het wordt gebruikt om staven zuiver kristallijn silicium met een diameter van dertig centimeter te maken. Hieruit worden dunne plakken gezaagd, die naar chipfabrieken in Taiwan of Zuid-Korea gaan, waar lithografie- en depositiemachines uit Nederland klaarstaan om uiterst kleine transistors in superdunne lagen op de siliciumplak te printen. Het ontwerp van de chipstructuur komt waarschijnlijk uit een gespecialiseerd bedrijf in het VK of de VS. Als de productie klaar is, worden aan de chips tientallen verbindingsdraadjes gelast voordat ze hun plastic verpakking krijgen in Hong Kong, China, Vietnam of de Filipijnen.

De evolutie van de chipindustrie in het algemeen en die van ASMI in het bijzonder beschrijft Van Duijn op een originele wijze.
In zijn Fortunes of High Tech beschrijft Jorijn van Duijn uitvoerig hoe Arthur del Prado op dit geglobaliseerde speelveld met zijn Advanced Semiconductor Materials (ASM) een strategische positie probeerde te veroveren. Als jongeman werkte Del Prado in Californië bij een siliciumfabrikant die hij in 1958 in Europa ging vertegenwoordigen vanuit Bilthoven. Door zijn visionaire blik en intensieve contacten in Silicon Valley heeft Del Prado met ASM ons land wereldwijd een vooraanstaande positie bezorgd en toptalent in wetenschap en techniek de mogelijkheden geboden zich te ontwikkelen tot belangrijke spelers in de wereld van de micro-elektronica en nanotechnologie. ASM evolueerde tot ASM International (ASMI), de zelfstandig producent van machines voor de chipfabricage, met vestigingen in Amerika, Japan, Hong Kong, Singapore en China. De belangrijkste investeringen werden in eigen land gedaan: in Bilthoven verrees een R&D-centrum (AMTC) en in Veldhoven werd samen met Philips ASM Lithografie (ASML) opgericht.

De wet van Moore in Bilthoven

De evolutie van de chipindustrie in het algemeen en die van ASMI in het bijzonder beschrijft Van Duijn op een originele wijze. Hij onderscheidt drie facetten: ‘Fortuna’, ‘Virtù’ en ‘Path’. Met een beetje goede wil herkennen we daarin de formule van Darwin: mutatie, selectie en reproductie. Fortuna is het moment waarop Del Prado in Californië een siliciumfabrikant tegen het lijf loopt nog voor het siliciumtijdperk goed en wel begonnen is, Virtù dat hij besluit ervoor te gaan, Path zijn siliciumhandel in Europa onder de vlag van ASM.

Ik had het voorrecht ruim dertig jaar met mijn eigen lab, Amolf, mee op ontdekkingsreis te mogen gaan door Siliciumland.
Van Duijn verdeelt de geschiedenis van ASMI in vijf perioden: de beginjaren (1958-1980), de gouden jaren van expansie (1979-1985), de overlevingsjaren (1985-1992), de bezinning op kerncompetenties (1992-1999) en de zoektocht naar de balans tussen behoud en vernieuwing (1999-2008). In elke periode beschrijft Van Duijn zowel de business als de innovaties en steeds sluit hij beide af met Fortuna, Virtù en Path. Fortuna staat voor onverwachte gebeurtenissen die niet alleen geluk brengen, maar ook tegenslag: bijvoorbeeld als de markt instort of innovaties mislukken. Stabiele factoren zijn Del Prado’s overlevingsdrang en zijn dochteronderneming in Hong Kong, ASM Pacific Technology, onder leiding van Pat Lam, waarover later meer.

Ik had het voorrecht ruim dertig jaar met mijn eigen lab, Amolf, mee op ontdekkingsreis te mogen gaan door Siliciumland. Mijn promovendi kenden er de weg en Amolf werd hofleverancier van fysici voor Philips en ASMI. Wij hadden apparatuur ontwikkeld waarmee we atomen in het siliciumoppervlak konden implanteren en zichtbaar maken. Zo bestudeerden wij de effecten van de technologie die gebruikt werd om transistors op en in een plak silicium te bouwen.

In 1981 (toen ik er adviseur werd) was de omzet van ASMI honderd miljoen gulden en de winst zevenenhalf miljoen. Toen brachten de eerste aandelen ASMI in New York een bedrag op van ruim twintig miljoen dollar. Rond de eeuwwisseling rapporteerde ASMI een omzet van vierhonderdveertien miljoen euro en elf miljoen winst, en was de totale beurswaarde van het bedrijf gestegen tot anderhalf miljard. Dit waren positieve effecten van de wet van Moore in Bilthoven, maar er zouden ook negatieve volgen.

Haarspeldbochten

Paul van Gerven en René Raaijmakers, NatLab: kraamkamer van ASML, NXP en de cd (Techwatch Books 2016), 408 blz.
Paul van Gerven en René Raaijmakers, NatLab: kraamkamer van ASML, NXP en de cd (Techwatch Books 2016), 408 blz.

In 1985 werd in Bilthoven het ASM Microelectronic Technology Center (AMTC) opgericht. Er werd gelobbyd in Den Haag en Brussel, bij Philips en bij de technische universiteiten. AMTC moest een kweekvijver worden voor jonge ingenieurs in één groot laboratorium waar alle ASMI-apparatuur voor de chipproductie bijeengebracht en ontwikkeld zou worden. Er kwam niets van terecht: niet alleen was er net een economische recessie waardoor iedereen de hand op de knip hield, Philips had zijn eigen NatLab en zag ASMI niet staan. Ook de hoogleraren van de drie technische universiteiten werkten niet met elkaar samen, laat staan met het AMTC.

Dan ging het ook nog fout met de computerindustrie. Er ontstond overcapaciteit in de productie van chips, de prijzen zakten en er werd verlies geleden. Alleen de financieel sterken bleven over. Weliswaar had ASMI een flink eigen vermogen, maar de recessie duurde voort en de onderzoek- en ontwikkelingsprogramma’s duurden veel langer dan voorzien. Tevergeefs klopte Del Prado aan bij de banken. Er moesten bedrijfsonderdelen worden verkocht, maar hoe verkoop je nieuwe technologie in een markt die in recessie is?

Gelukkig betaalde een Amerikaans bedrijf een mooi bedrag voor de activiteiten in Boston, maar helaas moest ASML met verlies terug naar Philips. Het AMTC in Bilthoven ging dicht, er moest verder worden gereorganiseerd in Japan en Phoenix, en na veel wikken en wegen werd een schitterende machinefabriek in Gelderland verkocht. Ook werd de helft van de aandelen van het bedrijf in Hong Kong naar de beurs gebracht. Met pijn in het hart, want het was verliesfinanciering. Uiteindelijk bleven er maar een paar zeer speciale technieken in handen van ASMI. Gelukkig bleken dat sterke troeven.

Je leest dit soort verhalen over tegenslagen wel eens in de krant, maar je staat er meestal niet bij stil wat het betekent voor betrokkenen om te overleven in een markt waar de wet van Moore geldt.
De ontwikkelingen in Phoenix waren zelfs zo succesvol dat ASMI marktleider werd in ‘epitaxy’, apparatuur om de chip van superdunne kristallijne siliciumlagen mee te kunnen voorzien. Helaas was de octrooiportefeuille niet goed bewaakt: de concurrentie begon een rechtszaak die volstrekt ongegrond was maar ASMI bakken met geld kostte. Uiteindelijk moest tachtig miljoen dollar worden betaald om van die Amerikanen af te komen. Deze aderlating overleefde Arthur del Prado alleen dankzij de revenuen van de chipbedrading- en verpakkingsmachine van ASM PT in Hong Kong, dat onder leiding van Pat Lam marktleider was geworden.

Je leest dit soort verhalen over tegenslagen wel eens in de krant, maar je staat er meestal niet bij stil wat het betekent voor betrokkenen om te overleven in een markt waar de wet van Moore geldt. Del Prado beschreef zichzelf als een ‘katjong’, met een houding van ‘ik heb het jappenkamp overleefd, mij krijgen ze niet kapot.’ Maar hij was meer dan dat. Van Duijn portretteert Del Prado als ondernemer pur sang: een visionair, kosmopoliet en doorzetter, gepassioneerd, charmant, maar ook arrogant, een geldsmijter en kemphaan.

Van Duijns geschiedenis van ASM International roept ook vele vragen op.
In zijn boek beschrijft Van Duijn ook hoe ASM America steeds opnieuw probeerde de baas te spelen over Bilthoven en Japan, zelfs toen de markt voor geheugenchips zich naar Azië verplaatste. ASM America en Japan leden aan het ‘not invented here’-syndroom: wat in Bilthoven bedacht werd, kwam moeilijk in Amerika of Japan op de markt. Met al die verschillende producten op al die verschillende locaties kon Del Prado moeilijk de neuzen dezelfde kant op krijgen. Dat gold niet alleen voor research en ontwikkeling, maar ook voor productie, marketing en sales. Het is dus eigenlijk niet verwonderlijk dat het hem niet lukte zijn bedrijf te stroomlijnen: het bleef een lappendeken, had geen focus en geen richting, ondanks de druk van de wet van Moore.

Van Duijns geschiedenis van ASM International roept ook vele vragen op. Als de chiptechnologie zich ontwikkelt volgens een kaarsrechte lijn door de tijd, waarom is de evolutie van de chipindustrie dan zo cyclisch, waarom volgt op elke hausse steeds weer een depressie? Als de markt zo grillig is, moet je dan risico’s spreiden door te diversifiëren of moet je juist concentreren? Hoe voorkom je als multinationale hightechonderneming regionale wedijver? En waar doe je R&D, productie, verkoop, service, HRM en financiën: centraal of regionaal? Deze en andere problemen worden breed uitgemeten in Van Duijns vlot geschreven geschiedenis van 952 pagina’s, maar conclusies vond ik niet. Dus zocht ik verder in De architecten van ASML van René Raaijmakers en NatLab, wederom van Raaijmakers, ditmaal met Paul van Gerven als co-auteur.

Chips bij Philips

Het duurde even voordat ze bij Philips de chiprevolutie in de gaten kregen. Zij waren nummer één in lampen en radio- en televisiebuizen. Dat die vervangen zouden worden door een klein schilfertje silicium kon niemand in Eindhoven zich voorstellen. De eerste Philips-computer, de X1, stond in een grote zaal op het Mathematisch Centrum in Amsterdam en deed een hele nacht over het Algol-programma dat ik erin stopte. Maar toen ik in 1966, vlak voor mijn afstuderen als fysicus, op sollicitatiebezoek kwam in het Philips NatLab lieten ze trots hun eerste homemade siliciumchip zien. Ik vroeg: gebruiken jullie ook ionenimplantatie als jullie de transistors in het siliciumoppervlak maken? Daarvan hadden ze nog niet gehoord. Kort daarop werd een groep van het NatLab bij ons op Amolf gestationeerd.

Wat doet de directeur van Philips Nijmegen? Die gaat op zijn fiets met de werkende chip naar de brievenbus over de grens en stuurt een niet werkende chip naar Eindhoven met een sticker op de doos: ‘niet openen, lichtgevoelig’.
Hoe moeizaam de start van Philips was in de chiptechnologie blijkt ook uit een anekdote die Raaijmakers vertelt. De eerste chips die Philips Nijmegen maakt voor de Philips tv-fabriek in Hamburg functioneren niet. Als er eindelijk eentje goed werkt, willen ze die in Hamburg zo snel mogelijk hebben, maar de bureaucratie binnen Philips schrijft voor dat Nijmegen die chip eerst naar de vestiging in Eindhoven moet sturen, die het pas weken later met een factuur op de post doet naar Hamburg. Wat doet de directeur van Philips Nijmegen? Die gaat op zijn fiets met de werkende chip naar de brievenbus over de grens en stuurt een niet werkende chip naar Eindhoven met een sticker op de doos: ‘niet openen, lichtgevoelig’. Als die doos eindelijk in Hamburg arriveert, weten ze daar dat het alleen gaat om de bijbehorende factuur.

Dat wil niet zeggen dat het NatLab in Waalre geen rol van betekenis heeft gespeeld bij de ontwikkeling van de chip. Integendeel, patenten uit de beginfase hebben er tientallen jaren voor gezorgd dat de concurrentie niet om Philips heen kon. De one-chip tv van Philips werd een kaskraker. Ook de elektronica voor alle auto’s wereldwijd komt uit de chipfabriek van Philips, nu NXP, in Nijmegen. Daar werden ook de superchips gebakken waarmee de NAVO tijdens de Koude Oorlog geheime codes kon kraken, zoals recent bekend is geworden.

De chipeconomie slingert zich zo al vijftig jaar als een wurgslang om die rechte lijn van de chiptechnologie.
Maar de computermarkt ging snel verder met personal computers en smartphones. Een enorme markt die gouden bergen beloofde, maar ook vroeg om enorme investeringen. Geld dat geleend moest worden of verdiend met andere producten, zoals de cd, die op zijn beurt ook om investeringen vroeg. Weer stagneerde de economische groei, had iedereen te veel geïnvesteerd en was er overcapaciteit. De prijzen daalden, de minder sterken gingen failliet en Philips, IBM, AT&T, TI, Siemens, Hitachi en Mitsubishi trokken zich terug op hun kernactiviteiten. Ze bestelden hun chips bij Intel, TSMC en Samsung. Zo slingert al vijftig jaar de chipeconomie zich als een wurgslang om die rechte lijn van de chiptechnologie.

Een winnende strategie?

Niemand kan alle ballen in de lucht houden, zelfs de grootste jongleurs niet. Moet je diversifiëren om risico’s te spreiden, of moet je juist specialiseren om extra sterk te staan, een monopoliepositie te verwerven? Raaijmakers somt de Tien Geboden van Hendrik Casimir op, de grote baas van het NatLab na de oorlog. Die gaf zijn medewerkers alle vrijheid: zij hoefden geen experts te zijn, werkten na de universiteit vier jaar in een werkgroep van het NatLab en stroomden door naar een van de bedrijfsgroepen.

Een elfde stelling die ik zelf optekende uit de mond van Casimir luidde: beter een goede tweede dan een slechte eerste. Als je merkt dat iets technisch mogelijk is, omdat de concurrent ermee op de markt komt, is er nog tijd genoeg voor een snelle inhaalactie en maak je niet alle beginnersfouten. Op het NatLab deden ze bijna alles een beetje. Pas toen de cd kwam, riep men alle hens aan dek en werd er een stevige werkgroep gevormd met mensen die wel jaren aan de ontwikkeling mochten werken. Zo werd Sony achterna gezeten, maar niet ingehaald.

Paul van Gerven en René Raaijmakers, NatLab: kraamkamer van ASML, NXP en de cd (Techwatch Books 2016), 408 blz.
René Raaijmakers, De architecten van ASML (Techwatch Books 2017), 640 blz.

Raaijmakers vertelt hierover een aardig verhaal. Philips had een cd ontwikkeld van 11,5 centimeter met een speeltijd van een uur. Sony’s diskdiameter was 120 mm met een speeltijd van 75 minuten. Toen ze om de tafel zaten om de cd te standaardiseren zou de baas van Sony gezegd hebben: ‘laten we uitgaan van de muziek.’ Hij stelde de negende symfonie voor, Alle Menschen werden Brüder, in de langzaamste versie van Furtwängler uit 1951: die duurde 74 minuten. Daar kon Philips niets tegen inbrengen, zo had Sony een vliegende start met de cd. Daarvan werden er wereldwijd tweehonderdveertig miljard in dertig jaar door Sony en Philips verkocht.

De Raad van Bestuur van Philips investeerde wel miljarden in de cd in Eindhoven en in de chipfabriek in Nijmegen, maar niet in de lithografiemachines van ASML in Veldhoven. Die tak werd verzelfstandigd. Philips-medewerkers die meegingen naar ASML kregen een terugkeergarantie. Daarvan maakten velen gebruik in de moeilijke eerste jaren waarin er geen lithografiemachines verkocht werden en de ontwikkelingen langer duurden dan gepland. Enkele specialisten van het NatLab met hun basispatenten vormden een klein team met een geweldige vechtlust. Van hun nieuwe machine bestelde Philips Nijmegen er vijfenzeventig, en dat gaf voldoende vertrouwen bij de NMB om geld te investeren. In twintig jaar werd ASML marktleider door veel technologie zelf te ontwikkelen en de rest op te kopen.

Leert het voorbeeld van ASML niet dat het beter is je te specialiseren dan te diversifiëren?
In 1995 was de omzet 534 miljoen gulden en ging ASML naar de beurs, die het bedrijf op een bedrag tussen de 815 en 925 miljoen gulden waardeerde. Inmiddels is de omzet gestegen tot boven de 10 miljard. Met een nettowinst van 2,5 miljard is de beurswaarde van ASML 60 miljard euro en die van Philips 40 miljard. In De architecten van ASML staat een foto van Frits Philips die op bezoek ging, maar zich vergiste en het tegenoverliggende gebouw van Ahrend binnenstapte, waar ze hem met alle egards ontvingen. Met ruime vertraging belandde hij alsnog bij ASML.

Leert het voorbeeld van ASML niet dat het beter is je te specialiseren dan te diversifiëren? Arthur del Prado ambieerde marktleider te zijn door alle apparatuur te kunnen leveren die nodig is om een siliciumchip te maken. Daarom verzamelde hij tegen heug en meug steeds weer andere technologieën en voegde die toe aan zijn portfolio, dat verlieslijdend bleef. Het voorbeeld van ASML laat toch duidelijk zien dat Del Prado’s ambities te hoog gegrepen waren en dat het beter was geweest te concentreren op een klein onderdeel van de chiptechnologie en daarin wereldkampioen te worden. Ook dochteronderneming ASM PT in Hong Kong concentreerde zich op een klein onderdeel: het bedraden en verpakken van de siliciumchip. Door die technologie in een volledig geautomatiseerd apparaat te combineren maakte Pat Lam zijn bedrijf tot marktleider en de financiële kurk waarop ASMI jarenlang boven water bleef.

Hoe nu verder?

In zijn Epiloog 2008-2018 vertelt Van Duijn wat er gebeurde toen Arthur plaatsmaakte voor zijn zoon Chuck del Prado als CEO van ASMI. De grote Amerikaanse concurrent dacht zijn kans schoon te zien toen hij aan de zijlijn stond. Ze probeerden een heuse putsch te plegen, waarmee zij een monopoliepositie zouden verwerven op de markt van productiemachines voor chips. Gelukkig had Paul van den Hoek als president-commissaris de Stichting Continuïteit ASM International opgericht, nog net op tijd om de overname door de aartsvijand te voorkomen.

Ik had nooit gedacht dat je met ultraviolet licht patronen kon printen van atomaire omvang, zoals ASML nu presteert. Ik zat er naast en ze gaan stug door.
Chuck del Prado heeft het bedrijf van zijn vader, die in 2016 overleed, succesvol gemaakt. ASMI heeft niet langer een regionaal maar een centraal bestuur waarin technologie, productie, marketing en sales hun plaats hebben. Door te focussen op één klein deel van de chiptechnologie – apparatuur voor depositie van dunne lagen – en al het andere de deur uit te doen, is ASMI net als ASML en ASM PT eindelijk een winstgevende wereldkampioen.

Voor hoe lang nog? Gordon Moore zei in 2015 dat na vijftig jaar het einde nabij was. Transistors kunnen nooit kleiner worden dan enkele atomen silicium. Elektronen in een chip kunnen niet sneller schakelen dan de snelheid van het licht. En de kosten van een chipfabriek lopen in de tientallen miljarden. In 1995, toen ASML terug moest naar Philips, omdat ASMI de ontwikkelingskosten niet meer kon opbrengen, zei ik tegen Arthur del Prado dat lithografie binnenkort zijn eindpunt zou bereiken. Ik had nooit gedacht dat je met ultraviolet licht patronen kon printen van atomaire omvang, zoals ASML nu presteert. Ik zat er naast en ze gaan stug door. Het Advanced Research Center for Nanolithography (ARCNL), een recente spin-off van Amolf in Amsterdam, werkt aan de technologie voor de volgende generatie chips.