TSMC in Europa: Eine französische AI-GPU als Aushängeschild

ComputerBase war auf dem TSMC OIP Ecosystem Forum in Amsterdam und konnte vor Ort einen Eindruck davon gewinnen, welche Themen TSMC, aber auch europäische Partner aktuell beschäftigen: Effizienz, Packaging – und einseitig mehr Unabhängigkeit. Ein AI-Beschleuniger mit 288 GB HBM3e aus Frankreich war hingegen für TSMC ein Vorbild.

ComputerBase trifft TSMCs Europa-Chef in Amsterdam

750 Milliarden US-Dollar schwer, so groß ist der Halbleitermarkt im Jahr 2025. Damit liegt er über allen Prognosen, selbst über denen, die erst wenige Jahre alt sind. Das Wachstum wird weltweit primär über Cloud und Datacenter realisiert.

In Europa sind es noch vorrangig klassische Themen wie IoT und Automotive, doch auch Datacenter darf inzwischen nicht mehr vergessen werden. Und bei Robotics hat Europa einen ziemlich guten Stand, erklärt Paul de Bot, TSMCs Europa-Chef, zum Auftakt des 2025 TSMC Europe Open Innovation Platform Ecosystem Forum.

TSMC trägt einen großen Anteil am weltweiten Halbleitermarkt. Die Veranstaltung in Amsterdam war dafür gedacht, den Auftragsfertiger mit Partnern und Kunden zusammenzuführen. Für Europa heißt dies vor allem zu zeigen, dass das Rad nicht noch einmal neu erfunden werden muss, es darf Know-how genutzt werden, welches bereits verfügbar ist. Das Motto: TSMC ist hier um zu helfen.

Klingt gut, ist für ein Europa, das eigenständiger werden möchte, aber durchaus auch ein Hindernis – das wurde in Amsterdam in Gesprächen klar. Die Kehrseite der Medaille: Allein dauert der Weg viel zu lange und die vermutete Kostenersparnis, die zu Anfang oft ein ausschlaggebendes Thema war, führte am Ende oft dazu, dass Produkte viel zu spät fertig geworden sind und dann eventuell überhaupt keine Chance mehr am Markt hatten. Denn wie umfangreich allein das Thema 3D-Stacking ist, zeigten weit über 200 Dokumente im EDA-Segment der Veranstaltung, die sich nur darum drehten.

„Think big, innovate fast .. and use our OIP ecosystem“, lautete daher der Aufruf von Paul de Bot. Auch das Verbleiben in einem Nischenmarkt sei keine Lösung, erläutert Bot im Gespräch mit ComputerBase weiter. Die Unterscheidung von anderen ist freilich weiterhin wichtig, aber ohne eine entsprechend schnelle Umsetzung sei sie am Ende wertlos.

AI-Beschleuniger mit 288 GB HBM3e aus Frankreich

Ein Beispiel ist das Unternehmen Vsora, dem TSMC in Amsterdam sogar die große Bühne als Teil der Keynote gab. Das französische Unternehmen war bisher eher IP-Lieferant für die Automotive-Industrie, hat dadurch aber so viel Wissen angesammelt, dass binnen kurzer Zeit ein eigener AI-Inference-Chip entwickelt wurde und dank des Ökosystems von TSMC nicht nur als 144 Milliarden Transistoren schwerer Chip in 5 nm bei TSMC gefertigt, sondern auch mittels CoWoS-S komplex in einem Package integriert wird: Acht Stacks HBM3e mit insgesamt 288 GByte inklusive.

Das Tape-out ist bereits erfolgt – andere Unternehmen wie Tachyum schaffen dies seit Jahren nicht. Nun soll schnellstmöglich die Marktreife erreicht werden.

CEO Khaled Maalej erklärt auf der Bühne, dass dies mit dem TSMC-Ökosystem mit Partnern wie Cadence, Synopsys, GUC und weiteren „einfach“ möglich sei. Entscheidender Faktor für einen AI-Beschleuniger dieser Art war das Packaging, erläuterte er. Dennoch ermutigte er, dass auch andere Unternehmen den Weg gehen können: Es brauche keine hunderte Millionen für die Entwicklung und viele hunderte Leute in einem Designteam um ein solches Produkt – mit TSMC – umzusetzen.

Über 11.000 Produkte von über 500 Kunden

TSMCs PR-Chefin ergänzt dazu, dass TSMCs Kundschaft auf über 500 Unternehmen angewachsen ist, also nicht nur aus Apple, Nvidia oder Qualcomm besteht. Nach wie vor sei das Unternehmen aktiv bestrebt, auch kleinen Firmen Platz einzuräumen, damit sie ihre Lösungen auf den Markt bringen können. Und schließlich hat Nvidia vor 27 Jahren auch einmal klein angefangen und bei TSMC als Neukunde angefragt. Über 11.000 verschiedene Produkte fertige TSMC derzeit.

Europa braucht aber dennoch ein, zwei oder drei große Firmen, nicht 27 kleine, die an der Weltspitze mitspielen wollen, betonte Paul de Bot. Wenn diese dann eine entsprechende Nachfrage erzeugen können, dann folgt auch der Rest. Dies schließt auch Produktionsstätten ein, wie bei TSMC aktuell sichtbar wird: Die Ausbauten in den USA und Japan, aber auch Deutschland sind Teil dieses Weges: Die Nachfrage ist da, also kommt auch die Produktion.

Für Deutschland bedeutet die Speciality-Fab, die TSMC zusammen mit Partnern in Dresden errichtet, ein Schritt in die Zukunft. Noch sind bei Automotive & Co primär 2D-Transistoren an der Tagesordnung, doch die klassischen Chips für die Branche entwickeln sich langsam von 65 nm über 40 nm zu 28 nm, 22 nm und noch kleineren Strukturen. Damit hält auch in diesem Bereich erstmals FinFET Einzug – ein Novum.

Die Lehre muss aufholen

Apropos FinFET. Wie TSMC im Gespräch ebenfalls deutlich machte, kommen auch auf die Universitäten und Lehranstalten neue Aufgaben zu. Viele lehren noch planare Transistoren, während TSMC im High-End-Bereich zu Nanosheets alias Gate all around übergeht und FinFETs seit über zehn Jahren an der Tagesordnung sind. Auch hier sei eine Aufholjagd nötig.

Hier setzt TSMC bereits auf AI

Über allem schwebte auch in Amsterdam AI, allerdings mit einem Fokus auf den Einsatz bei TSMC inklusive der Anmerkung, dass „AI“ als Machine Learning schon länger in den eigenen Prozessoren Verwendung findet. Aber der Einsatz von AI wird aktuell mit Hochdruck voran getrieben und hilft auch TSMC und Partnern, Produkte und Prozesse mitunter viel effizienter zu gestalten. Bei absoluten High-End-Chips ist das noch nur geringfügig der Fall, aber das Routing durch das Substrat via AI zu optimieren, kann laut TSMC bereits eine Steigerung um den Faktor 100 bei der Produktivität im Designprozess bedeuten. Für die kritische „time to market“ sei das extrem von Vorteil.

TSMCs Fokus rückt auf Effizienz

Die Welt lechzt nach mehr Leistung, gleichzeitig kommt dem Thema Effizienz – nicht zu verwechseln mit einer auch absolut sinkenden Leistungsaufnahme – eine stetig wichtigere Rolle zuteil. Denn wenn ein Bestandteil etwas weniger Strom verbraucht, lässt sich aus einem Gesamtpaket mehr Leistung herausholen.

Und das gilt nicht nur für AI-Beschleuniger in „Gigafabriken“, sondern beispielsweise auch für Chips für den Automotive-Markt. Dort werden mit fortschreitender Automatisierung Chips gefragt sein, die über 1000 TOPS an Leistung bieten, um Autonomes Fahren nach Level 4+ zu ermöglichen (siehe Nvidias Thor-Chip). Und dass die Ausstattung für Cockpit auf 300+ TOPS mitwächst, überrascht auch nicht.

Super Power Rail (Backside Power Delivery)

Die Roadmap, die TSMC in Amsterdam erneut bestätigt, geht mit dem Eintritt in das GAA-Zeitalter mit TSMC N2 derzeit einen weiteren Schritt in Richtung Effizienz, mit dem darauf folgenden A16 soll die Effizienz hingegen signifikante Fortschritte machen: Super Power Rail heißt die dafür eingesetzte Technologie bei TSMC und steht für die rückseitige Stromversorgung der Transistoren.

Packaging bleibt ein Erfolgsfaktor

Immer mehr Chips im Packaging zu stapeln, bleibt die zweite große Herausforderung und ein entscheidender Erfolgsfaktor der kommenden Jahre. Immer größere Interposer („Basisplatten“) mit zusätzlichem Platz für Chips und Speicher werden benötigt und auch von TSMC angeboten. Immer größere und immer bessere Interposer zu liefern, wird für den Erfolg eines Auftragsfertigers immer wichtiger werden.

CoWoS-L als aktuell fortschrittlichste Ausbaustufe für „Chips on Wafer on Substrate“ kann über diverse Parameter wie integrierte Spannungsregler (IVR) bereits angepasst werden. Dazu wird die Kapazität der Embedded Deep Trench Capacitors (eDTC) direkt im Silizium oder Interposer stetig erhöht, die Fluktuationen abfangen. Und wenn CoWoS nicht reicht, bleibt auch das System on Wafer (SoW) eine Option für die Zukunft, die eventuell bald öfter anzutreffen sein könnte.

TSMCs Interposer sind gefragt

TSMC hat auf diesem Feld in der Tat viel Expertise vorzuweisen. So kommt es letztlich nicht von ungefähr, dass Speicherhersteller in Kürze ihre Base-Dies (Interposer) für HBM wohl fast alle von TSMC beziehen werden. Vor allem die zweite Generation HBM4 als Custom-Lösung (C-HBM4E) verspricht viel Potenzial um Kundenwünsche noch spezifischer umzusetzen – und alle Speicherhersteller haben diese Technologie deshalb auf ihren Roadmaps. Auch Compute in Memory (CIM) wird in Zukunft deutlich effizienter und so vielleicht etwas für einen breiteren Markt.

Silicon Photonics

Neben der „Memory Wall“, also der Speicherbandbreite als ein Hindernis bei der AI-Skalierung, ist Silicon Photonics eines der Zukunftsthemen – und deshalb auch in Amsterdam bei TSMC wieder präsent. Silicon Photonics (die Verbindung von Chips über Lichtleiter) hat noch viel Optimierungsspielraum in Hinblick auf die Effizienz. Es kommt dabei sehr auf die Umsetzung an. Wird es nur angeflanscht, oder direkt auf dem Package oder ist es gar voll integriert? Die Antwort auf die Frage macht durchaus einen gewaltigen Unterschied bei der Effizienz.

Die Komplexität wächst enorm

Der Komplexitätszugewinn bei neuen Produkten, die auf derartige Technologien setzen, ist jedoch nicht zu unterschätzen, erklärten führende TSMC-Ingenieure auf der Bühne: Noch mehr Integration, höhere Stromstärken und dadurch Wärmequellen, die Stromversorgung durch mehrere Lagen Chips – Standardisierung kann helfen, der Komplexität Herr zu werden und TSMC arbeitet mit Partnern unter Hochdruck daran.

Denn vor allem sind es Partnerlösungen, mit denen es am Ende Probleme geben kann, weil Grenzfälle auftauchen, die zuvor ohne Gesamtkonstrukt nicht zu sehen waren oder limitierten. In einem Partnergespräch wurde hier unter anderem AMDs X3D-Lösung genannt. Das Stapeln der Chips war im Endeffekt – einmal gelöst – kein Problem, doch dann kam das Problem der thermischen Isolation des CPU-Dies durch den L3-Cache-Die bei der 1. und 2. Generation X3D-CPUs auf. Die Problemlösung ab der neuen Generation in Ryzen 9000 war bekanntlich, den L3-Cache von der Ober- auf die Unterseite zu legen, der Hotspot CPU wurde nun nicht mehr nach oben hin zum Kühler abgeschirmt.

Weitere Vorträge in Amsterdam deckten ein breites Feld ab, in denen Partner über ihre Möglichkeiten und Herangehensweise an bestimmte Probleme sprachen und sie zumindest zum Teil auch offenlegten. Dabei ging es von kleinsten Schnittstellen noch im Designprozess bis hin zum Finalisieren eines zukünftigen Produkts, welches bald in den Markt eintritt, wie beispielsweise LPDDR6-14400 oder auch Qualcomms Ausführungen zur Entwicklung eines kommenden Chips der die N2/N2P-Fertigungstechnologie nutzt, die sich von bisherigen FinFETs eben mitunter doch deutlich unterscheidet.

An TSMC führt aktuell kaum ein Weg vorbei

Alles in allem wurde in Amsterdam einmal mehr das Offensichtliche sichtbar: TSMC ist derzeit der unangefochtene Platzhirsch unter den Chip-Auftragsfertigern. Und das gilt inzwischen nicht mehr nur für die reine Belichtung der Wafer, sondern auch und insbesondere für das, was mit den einzelnen Chips auf einem Package dann noch umgesetzt werden kann.

ComputerBase wurde von TSMC zum Europe Open Innovation Platform Ecosystem Forum in Amsterdam eingeladen. Das Unternehmen übernahm dabei die Reisekosten. Eine Einflussnahme des Unternehmens auf den Bericht fand nur insofern statt, dass keine eigenen Fotos und Videos erstellt werden durften. Im Nachgang sollte Material durch TSMC bereitgestellt werden. Dazu kam es mit Verweis auf „Qualitätsprobleme“ am Ende nicht. Der Bericht muss daher ohne Fotos von der Veranstaltung auskommen. Eine Verpflichtung zur Veröffentlichung bestand nicht.

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