BLOCKCHAIN NEWSROOM - Halbleiter: Zwischen KI und politischen Spannungen
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Es sind wie in jedem Goldrausch nicht die Goldgräber, sondern die Schaufelhersteller. In den oben genannten Beispielen sind es Unternehmen, die sich mit Halbleitern, also Computerchips beschäftigen. So klein Halbleiter mit ihren Nanometer-Größen auch sind, so groß ist der Prozess rund um die Entwicklung und Produktion. Hier ein sehr grober Überblick zur Chipherstellung in 5-Punkten (Bitte nicht zuhause nachmachen):
Konzeption und Design: Der erste Schritt besteht darin, das Konzept und das Design der Grafikkarte zu erstellen. Dies beinhaltet die Festlegung der Spezifikationen, Funktionen und Leistungsmerkmale. Entwickler sind beispielsweise NVIDIA, AMD, Intel, Marvell oder Qualcomm. Man unterscheidet in der Industrie prinzipiell zwischen Unternehmen, die eigene Fertigungskapazitäten (integrated device manufacturer) haben und Unternehmen ohne eigene Fertigung (fabless). Ín der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass Unternehmen ohne eigene Fertigung sich weit besser auf die Chipentwicklung konzentrieren konnten.
Halbleiterherstellung: Die Hauptkomponenten einer Grafikkarte sind Halbleiterchips, wie zum Beispiel der Grafikprozessor (GPU) und der Speicher (VRAM). Die Herstellung dieser Chips erfolgt in spezialisierten Halbleiterfabriken, auch als Foundries bezeichnet. Die bekanntesten Foundries sind zum Beispiel TSMC, Samsung und Intel. Diese Unternehmen produzieren die Chips auf Silizium-Wafern mithilfe von fortschrittlichen Fertigungsverfahren wie dem 7-nm- oder 5-nm-Prozess. Hierfür erforderliche Maschinen werden von ASML oder Applied Materials entwickelt.
Montage und Bestückung: Nach der Herstellung der Halbleiterchips müssen sie in ein Trägermaterial eingebettet werden. Dieser Prozess wird als Die-Bonding bezeichnet. Die Chips werden auf Leiterplatten montiert, die als Träger dienen. Die Leiterplatten bestehen aus mehreren Schichten, die aus einem isolierenden Material wie Glasfaser oder Keramik bestehen und elektrische Verbindungen zwischen den Komponenten herstellen.
Firmware und Treiber: Grafikkarten verfügen über eine Firmware, die die Kommunikation zwischen der Karte und dem Computer ermöglicht. Zusätzlich werden spezielle Treiber entwickelt, um die Karte mit dem Betriebssystem zu verbinden und die Leistung zu optimieren.
Qualitätssicherung und Tests: Bevor die Grafikkarten verpackt und ausgeliefert werden, müssen sie umfangreiche Tests durchlaufen, um sicherzustellen, dass sie einwandfrei funktionieren und den Spezifikationen entsprechen. Dazu gehören Leistungsprüfungen, Stresstests und Qualitätskontrollen. Dies übernimmt beispielsweise eine Teradyne Inc.
Der tatsächliche Prozess der Halbleiterherstellung ist weitaus komplexer, da jeder der 5 Schritte in weitere fast 100 einzelne Prozesse aufgeteilt werden kann.
Es ist wichtig zu beachten, dass verschiedene Komponenten der Grafikkarte von verschiedenen Zulieferern stammen können. Die Halbleiterchips werden beispielsweise von den Foundries hergestellt, während andere Teile wie Kühlkörper, Lüfter und Stromversorgungskomponenten möglicherweise von anderen Unternehmen geliefert werden. Die genauen Maschinen und Produktionsprozesse können je nach Hersteller variieren. Die Herstellung von Grafikkarten erfordert jedoch oft den Einsatz von Präzisionsmaschinen wie automatisierten Montagelinien, Lötmaschinen, Lasermaschinen für die Beschriftung, Testgeräten für die Qualitätssicherung und vielem mehr.
Zu schnell zu viel
Ein derartig komplexer und weltweit verteilter Prozess ist eine relativ neue Erscheinung: Die Nachfrage nach Halbleitern ist in den letzten Jahren so rasant gestiegen, dass die Industrie Prozesse hochskaliert hat, die für eine weit geringere Nachfrage gedacht waren. Alleine zwischen 2009 und 2019 ist der Umsatz der weltweiten Halbleiterindustrie um 100% gestiegen, wohlgemerkt bei fallenden Preisen für einzelne Chips. So sind Halbleiter nun zu einem Rohstoff geworden, ohne den die Welt stillstehen würde. Die schnelle Skalierung hat zu extremer Konzentration von Produktion gesorgt, sodass Taiwan Semiconductor aktuell 90% der Hochleistungschips weltweit produziert. Dieses gigantische Lieferkettenrisiko ist schon vor der Pandemie vielen ein Dorn im Auge gewesen und hat nun durch erwartete politische Spannungen zwischen China und Taiwan zum Wunsch geführt, die Halbleiterproduktion etwas zu diversifizieren. Die EU stellt der Industrie 43 Milliarden Euro zum Aufbau einer Halbleiterfertigung in Europa zur Verfügung, die USA gleich 280 Milliarden USD. Die EU hat kürzlich gar dem Unternehmen ASML die Ausfuhr seiner Maschinen nach China untersagt, um die heimische Industrie zu beschützen. So sind Chips zum politischen Spannungsfeld geworden.
Denn eines ist klar: Niemand kann jemals wieder ohne Halbleiter leben.
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Dieser Beitrag stellt eine Meinungsäußerung und keine Anlageberatung dar.