Was passiert mit den Halbleitern? Das nächste Kapitel

Kürzlich haben wir über Halbleiter aus der Perspektive der Investitionsausgaben und der Regierungspolitik geschrieben, die darauf abzielt, weitere Investitionen zu fördern und letztendlich die Unabhängigkeit der Halbleiterindustrie zu erreichen.

Es wäre jedoch nachlässig von uns, wenn wir nicht zumindest auf einige der aktuellen geopolitischen Themen eingehen würden.

Ein vereinfachter Blick auf die Halbleiter-Lieferkette

Vereinfacht man die recht komplexen Beziehungen zwischen den Ländern, so ergibt sich ein Dreieck mit drei verschiedenen Ecken .

• Gießereien: Diese Unternehmen stellen die physischen Chips her. Es gibt nicht allzu viele Einzelakteure, da die Investitionskosten für den Einstieg in diesen Bereich extrem hoch sind. Zudem verfügen nicht alle über dieselben Fähigkeiten. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) ist bekannt dafür, die modernsten Chips auf der Welt zuverlässig herstellen zu können. Samsung Electronics, Intel und Global Foundries sind weitere wichtige Akteure.

• Unternehmen für geistiges Eigentum: Diese Unternehmen erstellen und verkaufen verschiedene Layouts und Designs. ARM, das Unternehmen, das sich derzeit im Besitz von SoftBank befindet, ist ein Beispiel, das im Internet der Dinge (IoT) stark vertreten ist.

• Werkzeuge zur Automatisierung des elektronischen Designs (EDA): Seit dem Jahr 2021 betrugen die EDA nur 10 Milliarden Dollar aus. Dies ist jedoch nur ein kleiner Teil des gesamten Halbleitermarktes von 595 Mrd. USD. Aber sie sind unerlässlich, wenn Chip-Hersteller vor der Produktion feststellen wollen, ob ein Design machbar ist. Cadence, Synopsys und Mentor Graphics sind die drei führenden Anbieter in diesem Bereich. Zusammen kontrollieren sie etwa 70 Prozent des Weltmarktes.

Hinter jedem dieser Punkte des Dreiecks verbirgt sich eine lange Geschichte, die in Form von auf Erfahrung basierendem Knowhow integriert ist, und es ist wichtig, dies zu erkennen. Somit ist ein Kopieren für einen außenstehenden Akteur - in diesem Fall China - besonders schwierig.

Das Beispiel ASML

Lithografie ist die Bezeichnung für das Ätzen der entsprechenden Strukturen auf dem Silizium, die den funktionalen Betrieb der Transistoren ermöglichen. Mehr Transistoren in engeren Abständen bedeuten, einfach ausgedrückt, einen effizienteren und leistungsfähigeren Chip. Der heutige Apple M1-Chip enthält 16 Milliarden Transistoren .

Das Maß an Feinmechanik, das erforderlich ist, um 16 Milliarden Transistoren in etwas einzubauen, das nicht die Größe mehrerer Häuserblocks hat, geschweige denn in einen Laptop oder ein Smartphone passt, ist eine der beeindruckendsten Leistungen menschlichen Erfindungsreichtums, die die Welt je gesehen hat. Die Kurzfassung der Geschichte ist, dass ein niederländisches Unternehmen, ASML, in den 2000er Jahren in der Lage war, ein großes Risiko einzugehen - das Streben nach extremer Ultraviolett-Lithographie (EUV).

EUV war notwendig, da man kürzere Wellenlängen des Lichts verwenden musste, um das Silizium Atom für Atom abzuschaben, und die Transistoren somit klein genug wurden - im Wesentlichen 5 Nanometer. Dieses Licht wird erzeugt, indem ein bestimmter Lasertyp 50.000-mal pro Sekunde auf geschmolzenes Zinn geblitzt wird .

Die Entwicklung von EUV war so kapitalintensiv, dass sie nur von einem einzigen Unternehmen durchgeführt wurde: ASML. Die Komponenten für diese Maschinen, füllen vier 747-Flugzeuge und werden von bestimmten Unternehmen aus der ganzen Welt bezogen. Der Betrieb der Maschinen in großem Maßstab erfordert ein unglaubliches Maß an Erfahrung .

Angesichts des Charakters des Themas haben Sie wahrscheinlich schon die geopolitischen Implikationen erraten. Einige der Komponenten der EUV-Maschinen stammen aus den Vereinigten Staaten. Dann gibt es noch die Beziehungen zwischen der US-Regierung und der Regierung der Niederlande. Aufgrund dieser Gespräche und des aktuellen Stands der Dinge werden keine EUV-Maschinen nach China geliefert.

Der Fall Nvidia

Im August 2022 unternahmen die USA einen weiteren Schritt, um Chinas Ambitionen im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) durch weitere Beschränkungen für die Ausfuhr ganz bestimmter Halbleiter zu begrenzen :

• Nvidia darf den A100-Grafikprozessor nicht in China, Hongkong und Russland verkaufen

• Außerdem wird Nvidia daran gehindert, seine kommenden Grafikchips der H100-Serie auf denselben Märkten zu verkaufen

• Zu den Nutzern der A100 gehören Alibaba, Tencent und Baidu - Unternehmen, die einige der größten Cloud-Computing-Infrastrukturen Chinas bereitstellen

Nvidia ist das sichtbarste Unternehmen in Bezug auf diese Art von Chips und hatte zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels die größte Marktkapitalisierung unter den Halbleiterunternehmen. Es würde uns nicht überraschen, wenn in Zukunft noch weitere Firmen genannt werden könnten, die über Chips mit ähnlichen Fähigkeiten verfügen.

Schlussfolgerung: Kann China einen "Alleingang" wagen?

Wir könnten an diesem Punkt einen Schritt zurücktreten und denken: Moment mal, China verfügt doch über enorme Ressourcen. Warum stellen sie nicht einfach ihre eigenen Chips her? Wir schließen nicht aus, dass China durchaus in der Lage wäre, seine eigenen Chips herzustellen, aber die Frage ist eher, wie lange das dauern würde und wie fortschrittlich diese Chips sein könnten. Für das EUV-Verfahren waren sowohl massive Investitionen als auch etwa 20 Jahre erforderlich. ASML ist in der Lage, die Maschinen herzustellen und Unternehmen wie TSMC zu unterstützen, die in großem Maßstab tätig sind, denn sie haben den Vorteil, aus allen Fehlern nebenbei zu lernen. China kann sicherlich Anstrengungen auf dem Weg dorthin unternehmen, aber einfach nur Geld ausgeben wird nicht zu einem effektiven EUV-Prozess führen, mit dem die modernsten Chips in großem Maßstab hergestellt werden können - der Schlüssel ist "in großem Maßstab ohne hohe Fehlerquote".

In den vier Jahren bis 2024 werden in China voraussichtlich 31 große Halbleiterfabriken fertiggestellt. Bis 2025 werden voraussichtlich 40 Prozent der weltweiten Kapazitäten zur Herstellung von Chips mit 28-Nanometer-Knoten in China liegen . Dies zeigt uns, dass China große Investitionen abseits der absoluten Spitze tätigt - und wir dürfen nicht vergessen, dass die Welt auch diese Chips braucht.

Es wird für jedes Land sehr schwierig sein, alle Aspekte der Halbleiter-Lieferkette vollständig zu übernehmen, aber wir sehen bemerkenswerte Anstrengungen in diese Richtung im Jahr 2022, die wahrscheinlich weitergehen werden.

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Quellen:

1: Quelle: Yang, Zeyi. "Inside the software that will become the next battle front in US-China chip war." (Einblicke in die Software, die zur nächsten Kampffront im Chipkrieg zwischen den USA und China werden wird.) MIT Technology Review. 18. August 2022.

2: Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Apple_M1

3: Quelle: Thompson, Clive. "Inside the Most Complicated Machine on the Planet". (Im Inneren der kompliziertesten Maschine der Welt) MIT Technology Review. Band 124, Nummer 6, November/Dezember 2021.

4: Quelle: Thompson, November/Dezember 2021.

5: Quelle: Lin, Liza & Dan Strumpf. "Latest U.S. Chip Curbs Deliver Setback to China’s AI Ambitions." Wall Street Journal, 1. September 2022

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