Arizonas KI-Ökosystem:Förderung von Innovation und Wirtschaftswachstum

Ryan Ruiz, Executive Vice President für Geschäftsentwicklung bei der Arizona Commerce Authority (ACA), stellt sich eine Zukunft vor, in der KI für das Geschäft genauso grundlegend ist wie Elektrizität.

„Künstliche Intelligenz wird wirklich jeden Sektor der Wirtschaft antreiben“, sagt Ruiz, dessen Team bei der ACA – Arizonas führender Wirtschaftsentwicklungsorganisation – das KI-gesteuerte Industriewachstum des Staates anführt.

Das enorme Potenzial der KI wird durch gravierende Engpässe bei spezialisierter Halbleiterhardware, einschließlich GPUs, Arbeitsspeicher und Speicher, sowie durch einen kritischen Mangel an technischem Talent gedrosselt. Diese Kapital- und Arbeitsbeschränkungen sind zu den Hauptengpässen geworden, die die weltweite Verbreitung von KI behindern.

Während Branchenführer, Regierungen und Pädagogen daran arbeiten, diese Blockaden zu beseitigen, liefert Arizona bereits Lösungen. Mit tiefen Wurzeln in der Halbleiterfertigung und -entwicklung, renommierten Ingenieuruniversitäten und einer Geschichte der Bewältigung eines schnellen Wachstums definiert der Staat den Weg nach vorne für KI-bezogene Industrien.

Erfahren Sie im Voraus, wie Arizonas Stärken in der Innovationsinfrastruktur dazu beitragen, Reibungsverluste zu reduzieren, die sich auf das KI-Wachstum auswirken.

1. Massive Investitionen und erstklassige Forschungseinrichtungen katalysieren den Fortschritt in der Halbleiterindustrie

Seit mehr als sieben Jahrzehnten kämpft Arizona um eine weltweite Führungsposition in der Halbleiterentwicklung und -herstellung, wobei die Aktivitäten durch die Verabschiedung des CHIPS-Gesetzes im Jahr 2022 beschleunigt wurden.

Ruiz sagt, dass die ACA die Veröffentlichung der National Semiconductor Economic Roadmap (NSER) geleitet hat, die spezifische Ziele für die inländische Chipproduktion sowie Initiativen zur Erreichung kurz- und langfristiger Ziele festlegt. Gleichzeitig hat der ACA mehrere achtstellige Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie in die Förderung von Arbeitskräften getätigt und Startups in der Frühphase gefördert.

Der ACA berichtet, dass Dutzende von Unternehmen aus allen Phasen der Halbleiterentwicklung, -herstellung und -verpackung kürzlich Niederlassungen in Arizona gegründet oder erweitert haben. Die Investition wird von der Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) angeführt, die 165 Milliarden US-Dollar für den Bau von sechs hochmodernen Fertigungsanlagen – sogenannten „Fabs“ – zwei fortschrittlichen Verpackungsanlagen und einem großen Forschungs- und Entwicklungszentrum angekündigt hat.

Der ACA investiert außerdem strategisch in die Arbeitskräfte und die Infrastruktur des Staates, darunter 35,5 Millionen US-Dollar für das Nano Fabrication Center der University of Arizona, zu dem auch eine Partnerschaft mit Community Colleges gehört.

Unterdessen wird eine Investition in Höhe von 47,5 Millionen US-Dollar an der Arizona State University (ASU) ein einzigartiges Forschungs-, Entwicklungs- und Prototyping-Labor ermöglichen, um die Wafer-Herstellung und Chip-Verpackung der nächsten Generation zu unterstützen.

Ein Forscher posiert im Nano Fabrication Center der University of Arizona, einer Mehrzweck-Fertigungsanlage für Wissenschaftler, Start-ups und Privatunternehmen zum Forschen, Experimentieren, Entwickeln, Prototypenbauen und Produzieren von Produkten.

Universität von Arizona

2. Startups sagen, dass Arizonas Infrastruktur die Skalierung und den Erfolg erleichtert.

Mariana Bertoni, Ph.D., ist nur eine der jüngsten Halbleiter-Erfolgsgeschichten und aufstrebenden Führungskräfte Arizonas. Als Ingenieurprofessorin an der ASU entwickelte Dr. Bertoni Chip-Herstellungsverfahren der nächsten Generation, die sie jetzt bei Crystal Sonic skaliert, dem Startup, das sie mitbegründet hat und das sie als Chief Technology Officer leitet.

„Die ASU hat mir eine großartige Plattform geboten, um tatsächlich einfach zu testen … selbst als sehr junger Professor … [und] einfach ein paar verrückten Ideen zu verfolgen“, sagt sie.

Heute zielen diese ehrgeizigen Experimente auf die gegenwärtige Realität der Halbleiterfertigung ab. Laut Crystal Sonic werden bis zu 95 % des bei der Chipherstellung verwendeten Rohmaterials als Abfallprodukt entsorgt. Die Abfallreduzierung mit dem von Dr. Bertoni mitentwickelten Wafer-Schneidesystem der nächsten Generation könnte zu erheblich geringeren Herstellungskosten führen, was nur ein Beispiel dafür ist, wie Arizonas Halbleiter-Köpfe die heutigen KI-Herausforderungen angehen.

Der Wechsel von traditionellen Chipherstellungsmaterialien zu neuen Optionen wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid kann auch dazu beitragen, den Stromverbrauch und die Abwärme zu reduzieren und die Leistung zukünftiger Chipgenerationen zu verbessern, sagt Arno Merkle, CEO von Crystal Sonic.

„Wir setzen unsere Technologie vor allem ein, um eine bessere Nutzung dieses Materials zu ermöglichen, damit diese neuen Anwendungen wirklich aufblühen und sich beschleunigen können“, sagt Merkle. „Und wir blicken ein oder zwei Jahrzehnte in die Zukunft, um zu sehen, wie sich die Technologie weiterentwickelt und noch speziellere Materialien zur Herstellung von Chips wie Diamant verwendet.“

Halbleiterunternehmen benötigen einen stetigen Nachschub an ausgebildeten und engagierten Arbeitskräften. Der ACA und Industriepartner haben das Future48 Workforce Accelerator-Programm entwickelt, um dieser Nachfrage gerecht zu werden. Das Programm wurde teilweise für zweijährige Colleges in Arizona entwickelt und simuliert den Arbeitsablauf eines echten Reinraums in einer Chipfabrik. Es basiert auf einer erfolgreichen Initiative, die das Wachstum in der Herstellung von Elektrofahrzeugen vorantreiben soll.

„Wir haben Dutzende von Personalentwicklungsleitern aus dem ganzen Land besucht, um diese [Schulungs-]Einrichtungen zu besichtigen“, sagt Patrick Ptak, Executive Vice President für Executive Initiatives beim ACA. „Und meistens verlassen sie [das Programm] und warten auf ein Vorstellungsgespräch bei einem der Industriepartner.“

3. Arizonas robustes Energienetz kann Innovationen der nächsten Generation vorantreiben

Eine angemessene und zuverlässige Stromversorgung – die sowohl den bestehenden Bedarf als auch die wachsenden KI-Rechenzentren unterstützt – ist ein landesweites Anliegen. Aus einem aktuellen Bericht geht hervor, dass sich Technologieunternehmen auf Anfrage von Versorgungsunternehmen bereit erklären, den Verbrauch in ihren Rechenzentren freiwillig zu reduzieren.

In gewisser Weise ist dies eine Frage der Physik – fortschrittliche KI-Installationen führen Tausende von GPUs gleichzeitig für Lern- und Verarbeitungsaufgaben aus. Jede GPU muss mit Strom versorgt werden, und alles, was mit Strom versorgt wird, erzeugt zwangsläufig Abwärme.

Ptak sagt, der ACA sei davon überzeugt, dass Arizona für diesen Moment geschaffen wurde, und verweist auf aktuelle Bundesdaten, die zeigen, dass der Staat im Jahr 2024 87,5 Minuten Stromausfälle erlebte, die zweitniedrigste im ganzen Land und fast ein Siebtel des nationalen Durchschnitts von mehr als zehn Stunden.

„Eine Halbleiterkapazität dieser Größenordnung erfordert eine ebenso umfangreiche Energieinfrastruktur. Diese Grundlage ermöglicht alles andere“, sagt Ruiz. „Vom Gouverneursamt bis hin zu Versorgungsunternehmen und der Privatwirtschaft hat Arizona sich zum Ziel gesetzt, die Infrastruktur aufzubauen, die für die nächste Generation von Innovationen erforderlich ist.“

Laut Ruiz unterstützt die Sicherstellung einer robusten Infrastruktur das gemeinsame Ziel der Branche, eine stabile KI-Lieferkette zu schaffen, die Bildung, Herstellung, Betrieb und Lieferung umfasst.

„Diese Zulieferer sind Vorreiter in den USA, und ihr Wachstum wird sich beschleunigen, während der Rest des Landes daran arbeitet, mit dem Tempo mitzuhalten, das wir in Arizona sehen“, sagt er.

4. Starke öffentlich-private Partnerschaften unterstützen neues Wachstum

Merkle stellt fest, dass „harte physikalische Wissenschaftstechnologie im Vorfeld unglaublich teuer und riskant in der Entwicklung ist“ und dass sich die Investitionen nicht vermeiden lassen, die Gründer tätigen müssen, um eine Idee auf den Weg zu bringen. ACA-Zuschüsse seien entscheidend dafür gewesen, die innovativen Prozesse von Crystal Sonic über das Whiteboard-Stadium hinaus zu bringen, sagt er.

„[ACA] bot … die Flexibilität, einige unserer Arbeiten wirklich in die eine oder andere Richtung zu lenken oder auch kommerziellere Geschäftsentwicklungsaktivitäten durchzuführen“, sagt er.

Als federführender Einberufungsstaat Arizona war Arizona ideal positioniert, um frühzeitig und entschlossen auf Empfehlungen zu reagieren und in den ersten Monaten nach der Einführung von NSER mehrere große Kooperationen zu testen, um Hindernisse abzubauen.

„Es gab einen Engpass für Innovatoren und Start-ups, modernste Ausrüstung zum Testen ihrer Produkte zu verwenden“, sagt Ptak. Um zur Lösung dieses Problems beizutragen, hat der ACA über 100 Millionen US-Dollar bereitgestellt, um Fachleuten praxistaugliche Ausrüstung und Einrichtungen für den Einsatz an drei Universitäten des Staates zur Verfügung zu stellen.

„Das Büro des Gouverneurs, die gesamte Privatwirtschaft, Versorgungspartner und Wirtschaftsentwicklungsgruppen haben viel Zeit darauf verwendet, sicherzustellen, dass wir die Infrastruktur aufbauen, die für das, was wir die nächste Generation von Innovationen nennen würden, erforderlich ist.“

In öffentlich-privaten Einrichtungen wie den MacroTechnology Works der ASU können Wissenschaftler und Branchenexperten gemeinsam an neuen Lösungen arbeiten. „Der Halbleitersektor weist in der Regel eine extrem hohe Eintrittsbarriere auf, wenn es um die Kapitalkosten für Maschinen und Geräte geht“, sagt Ruiz. „Gemeinsam genutzte Einrichtungen und Reinräume ermöglichen es Unternehmen, Innovationen zu entwickeln, ohne die vollen Kosten dieser Infrastruktur tragen zu müssen.“

In der MacroTechnology Works-Einrichtung der Arizona State University, einer der größten universitären Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen für Mikroelektronik in den Vereinigten Staaten.

Arizona State University

Warum Arizona die nächste Grenze des KI-Erfolgs erschließt

Mit der Weiterentwicklung der KI wird es unweigerlich neue Herausforderungen für die Branche geben. In Arizona ist Ruiz zuversichtlich, dass die kontinuierliche Zusammenarbeit und Partnerschaft zwischen Industrie, Forschungsuniversitäten und bürgerlichen Führungskräften der Gegenwart und Zukunft der Technologie gerecht werden wird.

„Der Erfolg von NSER basiert auf einem intensiven Engagement der Branche, und darauf bauen wir weiter auf“, sagt er.

Merkle von Crystal Sonic fasst Arizonas Zukunftsstatus auf den Punkt:

„Wir könnten unser Unternehmen eigentlich nicht an einem besseren Standort platzieren als dort, wo wir heute sind.“