Halbleiter: Schlüsseltechnologie der Zukunft
PCs, Smartphones, Tablets, Autos, 5G, Künstliche Intelligenz und Internet der Dinge - die Grundlage dieser Geräte und Technologien sind Chips. Chips sind kleine elektronische Bauteile, auf denen viele mikroelektronische Halbleiterbauelemente verbaut sind, die beispielsweise Rechen- und Steuerungsaufgaben übernehmen können und in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt werden. Dadurch sind Halbleiter für die deutsche Wirtschaft unverzichtbar und in einer zunehmend digitalen Welt sind wir auf immer leistungsfähigere Chips angewiesen.
Halbleiterbauelemente können je nach Zustand Strom sowohl leiten als auch nicht leiten, was sie zu wichtigen Bauteilen in der Elektronik macht. In der Mikroelektronik bestehen Halbleiter häufig aus Silizium. Aus vielen verschiedenen Halbleiterschichten entstehen Transistoren, die wiederum zu Schaltkreisen verschaltet werden können, um Befehle zu verarbeiten oder Daten zu speichern.
Neben Prozessorchips (CPU) gibt es unter anderem Speicherchips und Grafikchips (GPU). Ein Chip, der mehrere Funktionen auf einmal beinhaltet, wird als System on a Chip (SoC) bezeichnet und kommt vor allem in Smartphones zum Einsatz. Die Chipproduktion lässt sich allgemein in die Produktionsschritte Design, Fertigung und Verpackung aufteilen. Aufgrund der steigenden Relevanz und Komplexität von Halbleitern konzentrieren sich diverse Unternehmen auf einzelne Produktionsschritte.
Unternehmen, die sich beispielsweise allein auf die Entwicklung (Design) konzentrieren, sind sogenannte Fabless-Unternehmen. Zu den bekanntesten Fabless-Chipunternehmen gehören Nvidia, AMD, Qualcomm und Broadcom. Nvidia gilt mit seinem Grafikprozessorchip (GPU) H100 als das Unternehmen der Stunde. Der aus rund 80 Milliarden Transistoren bestehende Chip ist zur Zeit der begehrteste Chip der Welt und ermöglicht KI-Anwendungen wie ChatGPT. Die hohe Nachfrage bescherte Nvidia einen Umsatzrekord und den Aufstieg zum wertvollsten Chipunternehmen der Welt. Die neue Generation von Nvidia Computerplattform “Blackwell” soll noch leistungsfähiger sein und dadurch die KI-Entwicklung weiter beschleunigen. Die Blackwell-Technologie übertrumpft auch den bislang komplexesten Chip der Welt des Rivalen AMD. Mit dem KI-Beschleuniger Instinct MI300X (153 Milliarden Transistoren) wollte AMD Nvidia herausfordern, doch Nvidia ist mit dem Superchip GB200 (über 420 Milliarden Transistoren) der Konkurrenz schon wieder enteilt.
Neben dem Design und der Fertigung sind sogenannte OSAT-Unternehmen (“Outsourced Semiconductor Assembly and Test“) ebenfalls Teil der Produktionskette in der Halbleiterherstellung. Amkor Technology (USA) und ASE Technology (Taiwan) sind eine der führenden Montage-, Test- und Verpackungsdienstleiser weltweit. Die auch als Backend-Werke bezeichneten Produktionsstätten sind aufgrund von billigeren Personalkosten häufig in Asien zu finden.
Neben Prozessorchips (CPU) gibt es unter anderem Speicherchips und Grafikchips (GPU). Ein Chip, der mehrere Funktionen auf einmal beinhaltet, wird als System on a Chip (SoC) bezeichnet und kommt vor allem in Smartphones zum Einsatz. Die Chipproduktion lässt sich allgemein in die Produktionsschritte Design, Fertigung und Verpackung aufteilen. Aufgrund der steigenden Relevanz und Komplexität von Halbleitern konzentrieren sich diverse Unternehmen auf einzelne Produktionsschritte.
Nvidia ist das Chipunternehmen der Stunde
Intel und Samsung werden als Integrated Device Manufacturer (IDM) bezeichnet und streiten sich seit Jahren um den Spitzenplatz unter den Herstellern von Halbleiterprodukten. IDMs sind Unternehmen, die den gesamten Produktionszyklus (Design, Fertigung, Verpackung sowie Vermarktung) abdecken. Neben IDMs gibt es auch Unternehmen, die sich auf einzelne Produktionsschritte spezialisiert haben.Unternehmen, die sich beispielsweise allein auf die Entwicklung (Design) konzentrieren, sind sogenannte Fabless-Unternehmen. Zu den bekanntesten Fabless-Chipunternehmen gehören Nvidia, AMD, Qualcomm und Broadcom. Nvidia gilt mit seinem Grafikprozessorchip (GPU) H100 als das Unternehmen der Stunde. Der aus rund 80 Milliarden Transistoren bestehende Chip ist zur Zeit der begehrteste Chip der Welt und ermöglicht KI-Anwendungen wie ChatGPT. Die hohe Nachfrage bescherte Nvidia einen Umsatzrekord und den Aufstieg zum wertvollsten Chipunternehmen der Welt. Die neue Generation von Nvidia Computerplattform “Blackwell” soll noch leistungsfähiger sein und dadurch die KI-Entwicklung weiter beschleunigen. Die Blackwell-Technologie übertrumpft auch den bislang komplexesten Chip der Welt des Rivalen AMD. Mit dem KI-Beschleuniger Instinct MI300X (153 Milliarden Transistoren) wollte AMD Nvidia herausfordern, doch Nvidia ist mit dem Superchip GB200 (über 420 Milliarden Transistoren) der Konkurrenz schon wieder enteilt.
TSMC produziert Chips für die ganze Welt
Während Fabless-Unternehmen sich auf das Design konzentrieren, fertigen Foundries (Auftragsfertiger) die Chips in hochkomplexen Verfahren an. Der taiwanesische Chiphersteller TSMC dominiert den Foundry-Markt und produziert unter anderem für Nvidia, AMD, Intel etc. Neben TSMC gelten Samsung und GlobalFoundries als die größten Auftragsfertiger. Aufgrund der anhaltend hohen Chipnachfrage vergrößern viele Auftragsfertiger ihre Produktionsstätten und planen den Bau von neuen Fertigungsanlagen. TSMC plant unter anderem ein neues Werk in Dresden und Intel in Magdeburg. Außerdem strebt Intel den Neu- und Ausbau mehrerer Werke in den USA an. Die südkoreanischen Chiphersteller Samsung und SK Hynix investieren Milliarden in neue Werke in Südkorea. Damit TSMC und Co. hochmoderne Halbleiter der kleinsten Strukturgröße produzieren können, sind sie auf die Maschinen der Anlagenbauer angewiesen. Der niederländische Chip-Maschinenbauer ASML nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein. Die Fertigung der modernsten Halbleiter mit einer Strukturgröße von sieben Nanometern und kleiner sind nämlich ausschließlich mit den EUV-Maschinen von ASML möglich. EUV steht für „Extrem Ultraviolettes Licht“, das zur Belichtung von Halbleitern und zur Herstellung von Transistoren auf diesen verwendet wird. Die Nachfolgetechnologie High-NA-EUV steht bereits in den Startlöchern und es wird vermutet, dass Intel das Verfahren mit als erster testen wird und damit den Branchenprimus TSMC in der Halbleiterproduktion herausfordern will.Neben dem Design und der Fertigung sind sogenannte OSAT-Unternehmen (“Outsourced Semiconductor Assembly and Test“) ebenfalls Teil der Produktionskette in der Halbleiterherstellung. Amkor Technology (USA) und ASE Technology (Taiwan) sind eine der führenden Montage-, Test- und Verpackungsdienstleiser weltweit. Die auch als Backend-Werke bezeichneten Produktionsstätten sind aufgrund von billigeren Personalkosten häufig in Asien zu finden.
