Chip-Knappheit bedroht Spitzentechnologie für die nächste Smartphone-Generation

Die seit zwei Jahren andauernde weltweite Halbleiterknappheit droht sich auf einige der fortschrittlichsten Chips auszuweiten, die für die nächste Generation von Smartphones und für die Rechenzentren, die Anwendungen betreiben, benötigt werden.

Chips mit den kleinsten Transistoren und der höchsten Leistung waren von der Dürre, die die Autoindustrie und andere Elektronikbereiche getroffen hat, weitgehend verschont geblieben. Jetzt haben Probleme, die von Produktionsproblemen bis hin zu einem Mangel an Fertigungsanlagen reichen, Bedenken hinsichtlich der Fähigkeit der beiden weltweit führenden Chiphersteller geweckt, ihre Lieferversprechen gegenüber den Kunden einzuhalten.

Die Probleme könnten sich bereits im nächsten Jahr auf die gesamte Elektronik-Lieferkette auswirken. Ein Analyst warnt vor Lieferengpässen von bis zu 20 % bei den modernsten Chips bis 2024 und darüber hinaus. Ohne verbesserte Chips könnten Technologien wie Hochleistungscomputer, künstliche Intelligenz und weiterentwickelte Formen des autonomen Fahrens nach Ansicht von Branchenanalysten langsamer zum Einsatz kommen.

Ein Teil des Problems besteht darin, dass nur zwei Unternehmen - Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. und Samsung Electronics Co. - aufgrund der hohen Kosten und technischen Hürden in der Lage sind, die modernsten Chips der Branche herzustellen. Beide haben für die kommenden Monate ehrgeizige Pläne.

Einige der TSMC-Kunden (TSM -2,80 %) wurden jedoch gewarnt, dass das Unternehmen möglicherweise nicht in der Lage sein wird, die Produktion im nächsten Jahr und im Jahr 2024 so schnell wie erhofft zu steigern, da es Probleme bei der Beschaffung von Produktionsanlagen gibt, so eine mit der Situation vertraute Person. Das Unternehmen bemühe sich, die Probleme abzuwenden, sagte die Person.

Die Ausrüstung für die Chipherstellung trifft immer später ein als erwartet, und die Vorlaufzeiten für neue Aufträge haben sich in einigen Fällen auf zwei oder drei Jahre verlängert, was vor allem auf einen Mangel an weniger fortschrittlichen Chips zurückzuführen ist.

Hinzu kommen die technischen Probleme. Die Auftragsfertigungseinheit von Samsung, dem weltweit zweitgrößten Auftragsfertiger von Chips, hat einige Kapazitätsengpässe zu verzeichnen. Das in Suwon, Südkorea, ansässige Unternehmen konnte die Ausbeute bei Chips, die im 4-Nanometer-Verfahren hergestellt werden - ein in der Halbleiterwelt verwendetes Maß, das sich grob auf die Größe der in der Produktion verwendeten Transistoren bezieht -, langsamer als erwartet steigern.

Aufgrund der geringen Ausbeute war Samsung nicht in der Lage, in diesem Jahr so viele Chips wie versprochen zu liefern, was wichtige Kunden wie Qualcomm Inc. und Nvidia Corp. dazu veranlasste, Aufträge für ihre Produkte der nächsten Generation stattdessen beim Konkurrenten TSMC zu platzieren, so mit der Angelegenheit vertraute Personen.

Ein Nanometer, oder ein Milliardstel Meter, ist etwa ein Hunderttausendstel der Breite einer Haarsträhne. Je kleiner der Transistor, desto neuer und fortschrittlicher der Chip und desto größer die Anzahl der Chips, die auf einer einzigen Siliziumscheibe hergestellt werden können.

Sowohl TSMC als auch Samsung machen nach eigenen Angaben Fortschritte bei ihren Bemühungen, eine Unterbrechung zu vermeiden.

Auf die Frage nach der Produktion der neuesten 3-Nanometer-Chips von TSMC in einem Telefongespräch mit Analysten im April sagte Chief Executive C.C. Wei, dass das Unternehmen Probleme mit der Lieferung von Fertigungswerkzeugen habe, an denen es arbeite.

"Wir arbeiten im Moment an 2023 und hoffen, dass wir keine großen Probleme haben werden", sagte er.

Bei Samsung kam es zu Verzögerungen bei der Steigerung der Ausbeute seiner 4-nm-Prozesse, aber das Unternehmen befindet sich jetzt wieder auf der erwarteten Kurve zur Verbesserung der Ausbeute", sagte Kang Moon-soo, Executive Vice President von Samsungs Foundry-Geschäft, in einer Telefonkonferenz mit Analysten im vergangenen Monat. Samsung hat erklärt, dass es planmäßig in diesem Monat mit der Massenproduktion der weltweit ersten 3-nm-Chips mit einer neuartigen Transistorarchitektur beginnen wird.

Jegliche Bedenken des Marktes in Bezug auf das Foundry-Geschäft seien übertrieben und unbegründet, sagte Kang während der Telefonkonferenz.

Qualcomm verfolgt seit Jahren die Strategie, seine Chips von mehreren Herstellern zu beziehen, und Samsung und TSMC sind beide wichtige Partner, sagte eine Unternehmenssprecherin. Nvidia lehnte eine Stellungnahme ab.

Ein Großteil der Ausrüstung, die TSMC benötigt, wird auch für die Herstellung von Chips älterer Bauart verwendet und war sehr gefragt, auch in China. Einige Chiphersteller wollen, dass die Ausrüstungshersteller ihren chinesischen Kunden weniger Priorität einräumen, um ihren Bedarf schneller decken zu können, wie mit der Angelegenheit vertraute Personen sagten, obwohl sich die Ausrüstungshersteller dagegen gewehrt haben.

TSMC hat nach Angaben von Personen, die mit der Angelegenheit vertraut sind, Führungskräfte zu Verhandlungen mit Ausrüstungsherstellern geschickt, um künftige Auswirkungen auf seine Wachstumspläne abzuwehren. Zu Beginn dieses Jahres hatte das Unternehmen Gespräche über den Erwerb weiterer Anlagen von ASML Holding NV geführt, so eine der Personen. ASML stellt eine Reihe von wichtigen Maschinen für die Herstellung der modernsten Chips her.

Ein Sprecher von ASML sagte, dass die Nachfrage nach den Systemen des Unternehmens derzeit größer ist als seine Fähigkeit, Aufträge zu erfüllen. Das Unternehmen versucht, dem entgegenzuwirken, indem es den Kunden hilft, mit den vorhandenen Werkzeugen und anderen Maßnahmen mehr Leistung zu erzielen.

Es besteht ein Missverhältnis zwischen dem Geldbetrag, den fortschrittliche Chip-Unternehmen für die Ausweitung ihrer Produktion auszugeben hoffen, und dem prognostizierten Umsatz der Fertigungsausrüstungsindustrie. Die Chip-Ausrüstung, die den größten Teil der Kosten für die Errichtung neuer Chip-Fabriken ausmacht, wird nach Angaben des Branchenverbands SEMI in diesem Jahr weltweit einen Umsatz von etwa 107 Milliarden Dollar erzielen. Die geplanten Investitionsausgaben der Chiphersteller werden jedoch laut der Chipberatungsfirma International Business Strategies Inc. mit 180 Mrd. $ höher ausfallen als dieser Betrag.

Die Auswirkungen der hohen Nachfrage und der Ausrüstungsengpässe auf die noch weiter fortgeschrittene 3-Nanometer- und 2-Nanometer-Produktion werden erheblich sein, so Handel Jones, Geschäftsführer von IBS. Er schätzt, dass es in diesem Bereich in den Jahren 2024 und 2025 zu Lieferengpässen von 10 bis 20 % kommen könnte.

Chipdesign-Unternehmen, die auf Auftragsfertiger angewiesen sind, haben vor technologie- und fertigungsbedingten Risiken gewarnt, die sich auf ihr Geschäft auswirken könnten. Qualcomm erklärte in seinem jüngsten Quartalsbericht, dass die Entwicklung oder Beibehaltung führender Prozesstechnologien, einschließlich der Umstellung auf kleinere Geometrien, die Fertigungserträge und die Zuverlässigkeit beeinträchtigen könnte.

"Einige unserer Zulieferer haben in der Vergangenheit versucht, ihre Kapazitätsverpflichtungen uns gegenüber einseitig zu reduzieren, und könnten dies auch in Zukunft tun", so Qualcomm in seinem jüngsten Quartalsbericht.

Jensen Huang, der Vorstandsvorsitzende von Nvidia, dem nach Marktkapitalisierung größten Chiphersteller der USA, sagte, die Lieferkette werde weiterhin kompliziert und eingeschränkt sein, aber sein Unternehmen habe für längerfristige Zusagen seiner führenden Lieferanten bezahlt.

"Eine Vereinbarung ist eine Vereinbarung, und wir sind ziemlich zuversichtlich, was unsere angeht", sagte er.

Die US-amerikanische Intel Corp. will ein Geschäft aufbauen, das Chips für andere herstellt, aber diese Pläne befinden sich noch in einem frühen Stadium, und Intel kann noch nicht als Alternative zu Samsung und TSMC dienen.