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5G: Innovationsförderer in Robotik und Automatisierung

In dieser Ausgabe beschäftigen wir uns mit der Frage, welche wichtige Rolle die 5G-Telekommunkationstechnologien bei der Bereitstellung vielfältiger neuartiger Anwendungen und Innovationen im Bereich Robotik und Automatisierung spielen werden.

Durch 5G und andere Technologiebausteine wurden die Voraussetzungen für das goldene Zeitalter der Innovation auf dem Robotik- und Automatisierungsmarkt geschaffen. Angesichts des sehr grossen Marktpotenzials in vielen Sektoren der Wirtschaft und der geringen Marktdurchdringung zahlreicher Automatisierungslösungen gehen wir davon aus, dass die langfristigen Aussichten für das Thema Robotik und Automatisierung attraktiv bleiben.

Was ist 5G?

5G ist die «fünfte Generation» der Mobilfunkstandards, die vorwiegend durch 3GPP – das Gremium, das globale Mobilfunkstandards festlegt – definiert werden. 5G ist nicht auf eine einzelne Sache reduzierbar. Vielmehr handelt es sich dabei um eine Reihe von Verbesserungen an der Hard- und Software der gesamten eingebundenen Infrastruktur und reicht von Antennen über Funkmasten und Basisstationen bis hin zu Mobiltelefonen sowie anderen drahtlos verbun­denen Geräten.

Zusammen werden diese Verbesserungen im Vergleich mit den aktuellen 4G-Technologien zu einer viel schnelleren Datenübertragung, einer geringeren Latenz, einer Ausfallrate von nahezu null und zur Möglichkeit des gleichzeitigen Anschlusses einer grösseren Anzahl von Benutzern und vernetzten Geräten führen.

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Abbildung 1. Die Verbesserungen, die 5G bietet

Quellen: Credit Suisse, Thales (Gemalto), «Introducing 5G technology and networks (definition, use cases and rollout)», 2019.

Ende der 1970er-Jahre ermöglichte die erste Generation der Mobilfunktechnologie, die rück­blickend als 1G bezeichnet wird, Sprachverbindungen auf Basis analoger Technologien. In den 1990er-Jahren brachte uns 2G Sprachnachrichten (SMS) und löste einen Boom im Bereich Pager oder Pieper aus. Im Jahr 2001 lanciert, ermöglichte 3G den Versand von E-Mails und Fotos und löste zugleich den Wettlauf um den Einbau von immer besseren Kameras in Mobiltelefone. 4G, das 2009 auf der Bildfläche erschien, ging noch einen Schritt weiter und ermöglichte das Streamen von Videos, soziale Medien und Services wie Ridesharing.

Zwecktauglichkeit

Verbraucher betrachten 5G vielleicht nur als die nächste Phase in dieser ständigen Weiter­entwicklung, aber es gibt einen signifikanten Unterschied, der den Schritt hin zu 5G für viele Anwendungen in der Wirtschaft und auf staatlicher Ebene zu einer viel wesentlicheren Veränderung macht.

Der Unterschied ergibt sich aus der Tatsache, dass 5G in einem viel breiteren Bereich von Funk­frequenzen als die aktuelle 4G-Technologie eingesetzt werden kann. Während 4G nur auf einem engen Frequenzband unter 2,5 GHz betrieben werden kann, ist die Bandbreite von 5G von unter 1 GHz bis 95 GHz deutlich grösser.

Hierdurch erhalten Telekommunikationsanbieter eine weitaus grössere potenzielle Frequenz­kapazität, und da Niederfrequenzsignale andere Merkmale als Hochfrequenzsignale aufweisen, kann der Anbieter Frequenzbänder für verschiedene Anwendungsfälle trennen.

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Abbildung: 2. Zwecktauglichkeit: empfohlene Anwendungsfälle für Niedrig-, Mittel- und Hochfrequenz-5G

Quellen: Credit Suisse, ITU-Telecom, «Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)», November 2017. Credit Suisse Asset Management.

Wellen

Da die breiten Frequenzbereiche für verschiedene Anwendungsfälle geeignet sind, ist McKinsey2 der Ansicht, dass Telekommunikationsanbieter sich entscheiden werden, 5G in Wellen einzuführen. Dabei ist die erste Welle auf datenhungrige Verbraucher ausgerichtet, die ihr Mobiltelefon nicht aus der Hand legen, und die zweite und dritte Welle mehr auf Unternehmen, Verwaltung und vernetzte Geräte, das sogenannte Internet der Dinge. McKinsey weist darauf hin, dass der Verbrauchermarkt (Enhanced Mobile Broadband oder eMBB) wahrscheinlich der am leichtesten zugängliche und einheitlichere Markt sein wird, da eMBB als einfaches Upgrade für die Mobilfunkabonnenten angesehen wird, dass jedoch die dritte Welle (Massive Machine Type Communications oder mMTC) mit ihrer Eignung für Unternehmens- oder staatliche Anwendungen letztendlich den viel grösseren Markt darstellen wird, auch wenn dort zunächst mit einer längeren Entwicklungszeit zu rechnen ist (siehe Abbildung 3).

Bei den Verbrauchern werden die durch 5G erzielten Verbesserungen bei Geschwindigkeit und Konnektivität wahrscheinlich gut ankommen, und zumindest einige werden eine Zeit lang bereit sein, mehr für diesen Service zu bezahlen. Es ist also davon auszugehen, dass Datenvolumen und am Bildschirm verbrachte Zeit («Screen Time») ansteigen werden. Ericsson prognostiziert, dass Smartphones bis 2025 weltweit 164 Exabyte Daten pro Monat verbrauchen werden. Eine Steigerung um das Fünffache gegenüber 2019.3 Vermutlich wird die Entwicklung in den globalen Märkten ähnlich ablaufen und zu Verbesserungen hinsichtlich Speicherplatz und Kameraauflösung bei unseren Smartphones führen. Darüber hinaus wird es immer mehr datenintensive Inhalte und bessere, günstigere Datenabonnemente geben. Trotz erwarteter Zunahme von Nutzung und Datenverkehr scheint es trotzdem unwahrscheinlich, dass 5G zumindest in den ersten Jahren nach der Einführung die Art und Weise, wie Verbraucher das mobile Internet nutzen, radikal verändern wird.

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Abbildung 3. Prognose: Anzahl der mit 5G-Netzwerken verknüpften Geräte

Quelle: McKinsey: «The 5G era: New horizons for advanced electronics and industrial computers.» 21. Februar 2020, Bericht.

Die industrielle Welle

Die durch Mittel- und Hochfrequenzbänder bezüglich geringer Latenz, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit angebotenen Verbesserungen werden hingegen für die Bereitstellung einer Reihe neuer Services und Anwendungen für Unternehmen und staatliche Stellen von entschei­dender Bedeutung sein. Betrachten wir einige Beispiele:

Autonome Fahrzeuge und viele hoch entwickelte Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) müssen das Umfeld des Fahrzeugs, das sehr weitläufig und unter­schiedlich sein kann, «verstehen» und auf jedes Szenario in jeder Situation richtig reagieren, unabhängig von Tageszeit und Witterung. Für einen Computer ist es eine grosse Herausforde­rung, diese Vielzahl an Möglichkeiten zu erlernen. Da die Ausstattung jedes Fahrzeugs mit einem Supercomputer nicht sinnvoll ist, besteht die Lösung vielmehr darin, dass sich Fahrzeuge einen gemeinsamen Datenspeicher in der Cloud teilen. Auf diese Daten muss jedoch jedes Mal verlässlich und schnell zugegriffen werden können, da eine Verzögerung von einem Sekunden­bruchteil über Leben und Tod entscheiden kann. 5G hat das Potenzial, dies möglich zu machen.

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Bild 1. Darstellung eines Advanced Driver Assistance System von Veoneer Inc.

Bildernutzung mit freundlicher Genehmigung von Veoneer Inc.

5G-Standards erfordern eine Ausfallrate von nur 0,00001 (oder 10-5). Dies führt zu einer Zuver­lässigkeit, die ca. fünftausend Mal besser ist als diejenige von 4G. Darüber hinaus müssen die Latenzzeiten unter 1 Millisekunde liegen, und es muss Ausfallsicherheit gewährleistet sein, wenn sich das Gerät oder der Benutzer von einer Funkzelle zur nächsten bewegt.4

We need to look at how long it takes for the message to be transmitted between sensors and then to get to the computer in each car and then how long it takes for the computer to make a decision, and all of this has to be in less time than a human would take to make a decision. We need a network supporting this and 5G is that network.

Jane Rygaard, Nokia - Head of Dedicated Wireless Networks5

Die durchschnittliche Reaktionszeit eines Menschen auf visuelle Reize beträgt 250 Millisekunden (eine Viertelsekunde) und ungefähr 190 Millisekunden für professionell ausgebildete Fahrer.6 Ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h würde daher noch circa 30 Meter weiterfahren, bevor ein Mensch reagiert und bremst. Wenn ein autonomes Fahrzeug in zehn Millisekunden reagieren könnte, würde das Fahrzeug nur 30 cm weiterfahren, bevor die Bremse betätigt wird. Dies ist eine erhebliche Verbesserung, und mit steigender Verarbeitungszeit sind sogar Reaktionszeiten von ein bis zwei Millisekunden möglich.4 Die Geschwindigkeit und die Zuverlässigkeit von 5G sind hierfür unverzichtbar.

Mit 5G können sogar noch mehr Geräte vernetzt werden als mit 4G. Laut Schätzungen sind mehr als eine Million Geräte pro Quadratkilometer möglich. Daher wird es sich als praktischer erweisen, sämtliche Infrastruktur auf der Strasse wie Ampeln, Geschwindigkeits- und Warnzeichen zu vernetzen. Mit diesen Echtzeitinformationen lässt sich der Verkehrsfluss besser regeln und die Sicherheit erhöhen, zudem können Staus vermieden und die Parkplatzsuche kann erleichtert werden.

Gesundheitswesen. 5G wird nicht nur durch Verbesserung der Sicherheit im Strassenverkehr Leben retten, es wird auch einen Wandel im Gesundheitswesen einleiten. Es werden immer mehr persönliche Gesundheitsdaten für Patienten generiert, und 5G wird das nahtlose Teilen dieser Daten in Echtzeit ermöglichen. Selbst grosse Datenbestände wie MRT-Aufnahmen können schnell und zuverlässig mit anderen Ärzten und Fachleuten geteilt werden. Durch die Bereitstellung ausreichender Frequenzen wird 5G auch zur verstärkten Nutzung der Telemedizin beitragen und den beträchtlichen Anstieg in der Nachfrage nach hochqualitativen Videokonferenzen zwischen Arzt und Patient unterstützen.

Darüber hinaus wird aufgrund der steigenden Beliebtheit von tragbaren Sensoren zur kontinu­ierlichen Überwachung von Gesundheitsdaten und zur Diagnostik sowohl in Krankenhäusern als auch zu Hause mehr Bandbreite erforderlich sein, als 4G derzeit bereitstellt. Laut Anthem, einem US-amerikanischen Krankenversicherer, geben 86 % der Ärzte an, dass tragbare Geräte zur Fernüberwachung das Verantwortungsgefühl des Patienten für die eigene Gesundheit steigern, und es wird erwartet, dass tragbare Geräte in den nächsten fünf Jahren die Krankenhauskosten um 16 % senken werden.7

Industrie. In einer modernen Fabrik sind Maschinen, Sensoren, Robotik und andere Formen der Automationstechnik an ein Netzwerk angeschlossen, können Daten miteinander teilen und ohne menschliches Eingreifen in Echtzeit aufeinander reagieren.

Diese Maschinen sind jedoch in der Regel fest installiert und an die Stromversorgung und das Fabriknetzwerk angeschlossen. Die hohe Zuverlässigkeit und die geringe Latenz, die 5G bietet, lässt den Gedanken nicht abwegig erscheinen, Maschinen vom Stromnetz zu trennen und frei beweglich in der Fabrik einzusetzen (unter der Voraussetzung, dass die Stromversorgung mit Akkus gewährleistet ist oder verschiedene Andockterminals zum Aufladen verfügbar sind).

Hierdurch könnte der Anwendungsbereich von Maschinen erweitert, der Platz in der Fabrikhalle flexibler genutzt und Produktionslinien schneller angepasst werden. Diese Vorteile führen mögli­cherweise zu einem schnelleren Durchsatz und kürzeren Vorlaufzeiten.

I think 5G will be the digital backbone that transforms the way we do smart manufacturing. [With] 5x lower latency and about 1,000x more data volume, industries can dare to cut their cables and move more into fully flexible production.

Erik Joseffon, VP und Head of Advanced Industries bei Ericsson8

Logistik. Ergänzt man den Prozess um weitere Ebenen intelligenter Elemente und Sensoren, ergeben sich auch über die Anwendung in der Fabrik hinaus grossartige Möglichkeiten, die Effizienz und die Flexibilität in Lieferketten und Logistik zu verbessern. 5G ist in der Lage, Millionen Geräte gleichzeitig miteinander zu verbinden, wodurch es möglich wird, jedes einzelne Element im mobilen Netzwerk einzeln nachzuverfolgen.

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Abbildung 4. Prognose: Anzahl der mit 5G-Netzwerken verknüpften Geräte

Quellen: Credit Suisse, 5G-Alliance for Connected Industries and Automation (eine Arbeitsgruppe von ZVEI), Microsite: «Making Industry 4.0 happen – How it can be used?» 2020.

Fazit

Wir sind vom Thema Robotik und Automatisierung als langfristige Anlagechance überzeugt. Dies basiert darauf, dass wir einen rasanten Anstieg an Innovationen, zunehmend vielfältige Anwen­dungsfälle und Anwendungen sowie eine grosse Anzahl neuer Unternehmen beobachten, die auf den Markt strömen.

Der Grund hierfür ist unserer Ansicht nach die Tatsache, dass die Bausteine für technologische Innovation – einschliesslich Robotik- und Automatisierungslösungen – heute leichter zugänglich und erschwinglicher sind als je zuvor und immer mehr Menschen wissen, wie man diese Bausteine zusammensetzt. In diesem «Insight» haben wir erläutert, inwiefern 5G eine Grundvoraussetzung für wesentliche Bereiche der Automatisierung darstellt. Es gibt natürlich noch weitere Anwendungsbereiche wie unter anderem Landwirtschaft, Sicherheit, Klimawandel und den Verteidigungssektor, auf die wir hier nicht eingegangen sind.

Wir gehen davon aus, dass durch 5G und andere vorhandene Bausteine die Voraussetzungen für das goldene Zeitalter der Innovation auf dem Robotik- und Automatisierungsmarkt geschaffen wurden. Angesichts des sehr grossen Marktpotenzials in vielen Sektoren der Wirtschaft und des kontinuierlichen Strebens nach Produktivitätswachstum, der Herausforderungen im Zusammen­hang mit dem Arbeitskräftemangel und der zunehmenden Regulierung halten wir es für wahr­scheinlich, dass sich ein grosser Teil des F&E- und Innovationsbereichs auf Robotik- und Auto­matisierungschancen konzentrieren wird.

Es wird eine Reihe von Herausforderungen geben, wie Cybersicherheitsrisiken, Einschränkungen aufgrund der Akkulaufzeit, gesellschaftliche und politische Bedenken zu den Auswirkungen der Automatisierung auf die Belegschaft und Umwelterwägungen in Bezug auf den ökologischen Fussabdruck beim Betrieb von Millionen vernetzter Geräte. Wir vertreten jedoch die Meinung, dass in den meisten Bereichen die Vorteile deutlich überwiegen werden, und sind davon überzeugt, dass dieses Thema eine langfristige Anlagechance darstellt.

Das Asset Management der Credit Suisse hat Strategien entwickelt, um Kunden ein «Pure Play»-Engagement in diesen überzeugenden und miteinander verknüpften langfristigen Wachstums­themen zu bieten, einschliesslich Robotik und Automatisierung, Schutz und Sicherheit, digitales Gesundheitswesen, Edutainment und Environmental Impact.

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Risiken

  • Kein Kapitalschutz: Anleger können den in dieses Thema investierten Betrag ganz oder teilweise verlieren.
  • Die Konzentration auf Robotikunternehmen kann zu wesentlichen Risiken in Bezug auf bestimmte Branchen oder Regionen führen.
  • Das Engagement in Small und Mid Caps kann zu einer höheren kurzfristigen Volatilität führen und Liquiditätsrisiken in sich bergen.
  • Aufgrund der Möglichkeit eines erhöhten Engagements in Schwellenländern kann die Strategie durch politische und wirtschaftliche Risiken in diesen Ländern beeinträchtigt werden.
  • Aktienmärkte können volatile sein, besonders kurzfristig.