Freitag, 23 Februar 2024 10:59

Kolumne: Auf den Punkt gebracht – Wettbewerb der Chipgiganten – Der Technologiekampf TSMC vs. Intel vs. Samsung

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Silizium-Wafer Bild: AdobeStock

Rosige Aussichten für die weltweiten Chipumsätze pro-gnostiziert Gartner. Dabei setzt sich die Achterbahnfahrt weiter fort. Mit rund 600 Mrd. $ 2021 und 2022 zwei ausgeglichene Jahre. Im letzten Jahr schrumpfte der Markt um 10,9 % auf 534 Mrd. $, vor allem aufgrund des schwachen ersten Halbjahres. Nach der neuesten Gartner-Prognose soll die Chipnachfrage in diesem Jahr auf 624 Mrd. $ wachsen, entsprechend +16,8 %. Auch für 2025 sieht Gartner ein Wachstum von 15,5 % auf 721 Mrd. $, insbesondere angetrieben durch die Segmente KI und Automotive.

Die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (TSMC) ist vor Intel und Samsung der weltweit umsatzstärkste Halbleiterhersteller und weltweit größter unabhängiger Auftragsfertiger für Halbleiterprodukte. Betrachtet man die Branchensegmente die TSMC beliefert, so stehen 2023 High Performance Computer (HPC) mit 43 % Anteil vor Smartphones mit 38 % (Abb. 1). Internet of Things (IoT) ist mit 8 % am Umsatz beteiligt, Automotive mit 6 % und Data Communication Equipment (DCE) mit 2 %. Unterschiedlich fällt auch das Wachstum nach Segment von Quartal zu Quartal (QoQ) aus (Abb. 2). HPC ist flat, Smartphone als Saisonartikel über das Gesamtjahr 2023 bei -8 %, IoT bei -17 %, aber Automotive bei stabilen +15 %.

Abb. 1: Chipumsatz nach Segmenten in % Year over Year (YoY)

Abb. 2: Chipumsatzwachstum nach Segmenten in % Year over Year (YoY)

Produktion in einer 12″-Wafer-Fab bei der Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited

Der Blick in die Zukunft

Schon der IST-Zustand ist beeindruckend. Bereits im 4. Quartal 2023 bestand das TSMC-Technologie Portfolio zu dreiviertel aus Hochleistungschips von 3 nm- bis 16 nm-Strukturen. Auf einen Umsatzanteil von 15 % sind 3 nm Chips gewachsen, 35% haben 5 nm-Knoten, gefolgt von 17 % mit 7 nm-Strukturen und 8 % mit 16 nm-Knoten.

Die TSMC-Roadmap wurde auf der jüngsten IEDM-Konferenz vorgestellt und zeigt die ehrgeizigen Ziele bis 2030 (Abb. 3).

200 Mrd. Transistoren sollen in einem monolithischen Design bis 2030 erreicht werden. Gegenwärtig hat der größte monolithische TSMC-Chip für Nvidia, der H100, 80 Mrd. Transistoren.

Abb. 3: TSMC-Roadmap bis 2030

Intensiver Wettbewerb zwischen Samsung, Intel und TSMC bei 2 nm-Prozessen

Aber auch der Wettbewerb schläft nicht. Die aktuellen Chiplet-Designs werden immer größer. Zum Vergleich: Intels Ponte Vecchio verfügt über 100 Mrd. Transistoren und AMDs neuer MI300 schafft 146 Mrd. Transistoren. Ziel von TSMC ist es, bis 2030 eine Milliarde Transistoren in einem Gehäuse unter Verwendung mehrerer 3D-gestapelter Chiplets unterzubringen.

Auch Intel verfolgt ähnlich ambitiöse Ziele mit Chiplets und Advanced Packaging. Besonders interessant an diesem Zeitplan ist, dass Intel bereits für 2024 die Produktion seines eigenen 2 nm-Prozesses plant, den Intel 20A nennt. Danach wird für 2025 der Übergang zu 1,8 nm oder Intel 18A erwartet. Das Ganze sind noch Ziele, die nicht immer erreicht werden. Gegenwärtig soll Intel im Zeitplan liegen. Wenn Intel in diesem Jahr tatsächlich eine 20A-CPU mit dem Namen Arrow Lake produzieren kann, wird es theoretisch TSMC zum ersten Mal seit langem überholt haben. Dies war die ganze Zeit die Aufhol-Strategie von Intel mit seinem ‚Fünf-Knoten-in-vier-Jahren'-Plan, der im Jahr 2021 begann.

Samsung Electronics produziert seit 2022 im SF3E Prozess mit 3 nm-Knoten. Die Umstellung auf 2nm-Knoten (SF2) soll 2025 erfolgen. Der SF1.4-(1,4 nm)-Prozess soll voraussichtlich 2027 in die Massenproduktion gehen.

Diese Ankündigung verschärft den Wettbewerb in der fortgeschrittenen Halbleiterfertigung, insbesondere bei der Entwicklung von 2,5D/3D Integrated Heterogeneous Structure Packaging zwischen den drei großen Halbleiter-Foundry-Giganten.

Aud den Punkt gebracht

In diesem Jahr soll die weltweite Chipnachfrage auf 624 Mrd. $ wachsen, entsprechend + 16,8 %. Auch für 2025 wird ein Wachstum von 15,5 % auf 721 Mrd. $ prognostiziert, insbesondere angetrieben durch die Segmente KI und Automotive.
Weltmarktführer TSMC produzierte im 4. Quartal 2023 67 % seiner Chips in der 3 nm-, 5 nm- und 7 nm-Struktur, wobei Halbleiter mit 3nm-Knoten bereits einen Umsatzanteil von 15 % hatten.
Das Hauptwachstum bei TSMC im 4. Q. 2023 waren wohl saisonbedingt Smartphones mit + 27 % (QoQ), High Performance Computer mit + 17 % und das Automotive Segment mit + 13 %.
Bis 2030 wollen TSMC und Intel Strukturen bis 1nm produzieren. Dabei sollen eine Mrd. Transistoren in einem Gehäuse unter Verwendung mehrerer 3D-gestapelter Chiplets möglich sein.

Es läuft das sogenannte ‚rat race', ein gnadenloser Wettbewerb der Chipgiganten, seit Intel vor mehreren Jahren technologisch die Spitze an TSMC verloren hat. Verschärft wird es durch den schwelenden Taiwankonflikt, denn TSMC hat bisher seine technologiestärksten Fabs in Taiwan. Der Wirtschaftskrieg um die globale wirtschaftliche Führung zwischen den USA und China hat durch den Ukrainekrieg mit dem neuen Ost-West-Konflikt, dieser wird noch verschärft durch den neurlichen Naost-Konflikt einen Booster bekommen. Der Wettlauf um die Chipindustrie als eine substanzielle Zukunftstechnologie spielt dabei eine wesentliche Rolle. Der Wunsch nach Versorgungssicherheit und Schutz der Technologie, besonders im Rüstungsbereich, hat zu einer dreistelligen Mrd.-$-Investitionswelle in neue Halbleiterproduktionswerke in den USA, Europa und Japan geführt, ohne dass derzeit ein Ende in Sicht ist.

Ich wünsche Ihnen einen erfolgreichen Februar. Bleiben Sie uns gewogen.

Es grüßt Sie herzlich
Ihr
Hans-Joachim Friedrichkeit