GF Technology Summit: High-Tech abseits von Nanometern
Beim GF Technology Summit stellt Globalfoundries Kunden aus dem EMEA-Raum (Europa, Mittlerer Osten, Afrika) seinen Technologiefahrplan vor. Neben dem Management-Team des Unternehmens steht auch noch ein anderer Redner in der Dresdner Fab 1 auf der Bühne: Kurt Sievers, CEO von NXP, ist für eine Keynote angereist – wie zuvor beim Technology Symposium von TSMC .
Eröffnet wird der Technology Summit allerdings von GFs CEO Thomas Caulfield. Caulfield startet mit einem Überblick über das Technologie-Portfolio von GF, der Schwerpunkt seines Vortrags aber liegt auf der wachsenden Bedeutung der Halbleiterbranche und der engen Zusammenarbeit mit den Kunden. Man befinde sich nach zwei Jahren Chip-Knappheit viel mehr auf Augenhöhe, GF wolle auch weiterhin seine Produktionskapazitäten ausbauen. Bis 2025 will das Unternehmen, verglichen mit 2020, 50 Prozent mehr Wafer im Jahr fertigen.
Eine ungewöhnliche Partnerschaft
Einen großen Anteil daran hat Dresden: Hier wurde die Produktionskapazität bereits innerhalb von drei Jahren fast verdreifacht, 2023 sollen 850.000 300-mm-Wafer pro Jahr produziert werden, 2020 waren es 300.000. Daneben entsteht in Europa noch eine neue Fabrik im französischen Crolles . Dort ist GF eine recht ungewöhnliche Kooperation eingegangen: Das Unternehmen baut ein bestehendes Werk von STMicro aus und liefert die Fertigungstechnologie – unter anderem aus Dresden.
Die sich ankündigende Rezession bereitet Caulfield offenbar keine schlaflosen Nächte: Die Bedeutung der älteren Fertigungsprozesse, GF nennt sie Feature-rich Nodes (dazu später mehr), werde noch zunehmen. Als Beispiel nennt Caulfield ein Auto: Während Halbleiter 2021 8 Prozent der Kosten ausmachten, sollen es 2030 29 Prozent sein – zum großen Teil gefertigt mit älteren Prozessen. Das bedeutet glänzende Aussichten für GF, etwa ein Drittel seines Umsatzes macht das Unternehmen in Europa mit Chips für die Automobilindustrie.
Durch die hohe Nachfrage seien, so Caulfield, GF und seine Kunden mittlerweile mehr auf Augenhöhe. GF sieht sich hier als Partner: Man stehe, was auch CTO Gregg Bartlett später betonen wird, in engem Austausch, um passende Technologien zu entwickeln. Erst einmal lobt jedoch Gast Kurt Sievers die gute Partnerschaft.
"Vor zwei Jahren hat niemand GF gekannt"
Die Vorlage von Caulfield über die Bedeutung älterer Prozessknoten nimmt Sievers auf und führt sie weiter aus: Durch die enorm wachsende Chip-Nachfrage für Autos und Maschinen erwartet er bis 2026 Knappheit – bei den älteren Prozessknoten zwischen 22 und 90 nm. Genau hier kommen GF und NXP zusammen: NXP versorgt beide Wachstumsbranchen mit Chips, die GF herstellt.
Wichtig sind für Sievers dabei nicht die kleinsten Transistoren, sondern verlässliche Technik – Chips für sicherheitskritische Systeme in Fahrzeugen müssen mit einem Automotive Safety Integrity Level (ASIL)(öffnet im neuen Fenster) zertifiziert werden – sowie ein breites Angebot an Fertigungstechnologie, um NXPs Familie Code-kompatibler Mikrocontroller mit verschiedenen Leistungsklassen kostengünstig fertigen zu können.
Sievers sieht GF, das "vor zwei Jahren noch niemand gekannt hat" , als Gewinner der Chip-Krise, die Bedeutung des Unternehmens für NXP betont er mehrfach. Ein Grund hierfür sind die komplexen Produktionsprozesse, mit denen GF Komponenten auf Silizium-Wafern vereinen kann, die ursprünglich verschiedene Substrate brauchten.
Optoelektronik, Radar: Alles auf Silizium
Was CEO Caulfield gestreift hat, führt CTO Greg Bartlett weiter aus: Er stellt GFs Technologiefahrplan genauer vor. Spektakuläres ist demnach erst einmal nicht zu erwarten, in erster Linie werden Entwicklungen auf andere Technologieknoten portiert. Insgesamt will GF bald 120 verschiedene Prozesse anbieten – vom planaren 28-nm-CMOS über Silicon Photonics bis zur Fertigung mit Silizium-Germanium- und Galliumnitrid-Substraten.
Die Spezialität des Unternehmens ist es, Schaltungen, die zuvor etwa auf Silizium-Germanium-Substraten gefertigt wurden, in den normalen Silizium-Prozess zu integrieren. Das sind in erster Linie Hochfrequenzkomponenten für Radare, Funk-Chips oder die Kommunikation mittels Licht. Letzteres nennt GF Fotonix und ist hier als einziger Fertiger in der Lage, optische Modulatoren, Fotodioden und Wellenleiter zusammen mit normalen Transistoren in einem Siliziumprozess zu fertigen.
So können optische Wandler mit Verstärkern und digitalen Schaltungen auf einem Chip integriert werden. Das hat gleich mehrere Vorteile: Aufwendige Multi-Chip-Lösungen werden überflüssig, zudem sind Silizium-Wafer günstiger als die normalerweise für Optoelektronik genutzten Silizium-Germanium-Kristalle.
Schrittweise Entwicklung
Die Fotonix-Fertigung steht beispielhaft für den Entwicklungsprozess bei GF: Er wurde aus dem Prozess für Hochfrequenz-Komponenten (HF) entwickelt, mit dem GF ebenfalls auf Silizium Funk-Chips für Frequenzen von bis zu 360 GHz fertigt. Auch hier können analoge Schaltungen und digitale Logik mit integriert werden.
Bestehende Prozesse werden zudem kontinuierlich weiterentwickelt: Bei Fotonix wird GF demnächst die Integration von Laser-Dioden aus Indium-Phosphid anbieten, den 22-nm-Prozess 22FDX konnte man so verbessern, dass Schaltungen mindestens 20 Prozent schneller wurden, die Transistoren kleiner.
Produktion in Dresden sichergestellt
Als letzter Redner kommt Manfred Horstmann, Leiter der Fab 1 in Dresden, auf die Bühne. Bei ihm geht es nicht um neue Produktionsprozesse, sondern um die Maßnahmen, die in Dresden ergriffen wurden, um die Produktion am Laufen zu halten – eine eindeutige Botschaft an die anwesenden Kunden: Ihr bekommt eure Chips. Erstmals habe man darüber nachgedacht, als 2021 mit der Ever Given im Suezkanal eine Lieferung Fotolack feststeckte.
Er ist für die Chip-Fertigung ebenso zentral wie der Strom, der 2022 aufgrund eines möglichen Stopps der Gaslieferung ans hauseigene Kraftwerk auszugehen drohte. All diese Probleme habe man aber im Griff: Bei Chemikalien und Gas baute man alternative Lieferketten auf. Strom kann die Fab 1 mittlerweile aus dem öffentlichen Netz beziehen. Das eigene Kraftwerk heizt die Fab aber auch, das erledigen im Notfall jetzt Dieselheizungen.
Langfristig sollen diese Behelfslösungen durch Veränderungen in der Energieversorgung abgelöst werden: 2023 werden auf den Dächern der Fab 1 Solarzellen installiert, die allerdings nur fünf Prozent des Strombedarfs decken. Ab 2025 soll dann Wasserstoff 20 Prozent des Energiebedarfs liefern. Woher er kommt, erwähnte Horstmann allerdings nicht. Selbst für den allergrößten Notfall gibt es einen Plan: Alle Prozesse, mit denen in Dresden gefertigt wird, laufen auch in anderen Fabs, die Produktion könnte also zumindest teilweise verlagert werden. Auch helfen sich die einzelnen Standorte bei kurzfristigen Engpässen, etwa bei Chemikalien oder Ersatzteilen, gegenseitig aus. Da sie auf drei Kontinenten liegen, haben sie andere Lieferketten, Ausfälle lassen sich so kompensieren.
Nach den Vorträgen haben wir noch kurz die Gelegenheit, mit CTO Bartlett und Chief Business Officer (CBO) Mike Hogan zu sprechen.
Alle Knoten waren mal leading edge
CTO Bartlett gibt Golem.de im Anschluss an die Veranstaltung noch einige Auskünfte zur Entwicklung des Silicon-Photonics-Prozesses: Hier habe GF die Bedürfnisse seiner Kunden aufgegriffen. Da anfangs kein einheitlicher Prozess existierte – es sei gewesen "wie im wilden Westen" , jeder habe versucht, seine Ideen umzusetzen – habe GF zusammen mit den Kunden einen entwickelt.
Alle Komponenten in einen normalen Siliziumprozess zu bringen, sei eine Herausforderung gewesen. Für Fotodioden etwa müssen defektfreie Germanium-Kristalle wachsen. Kunde Psyquantum verwendet gar das noch exotischere Niobnitrid(öffnet im neuen Fenster) für seine optischen Quantencomputer. Auch auf den Anschluss der Lichtleiter ist Bartlett stolz: Hierfür wird eine V-förmige Kerbe (v-grove) hergestellt, hier muss die Faser nur eingelegt werden und ist perfekt zum Silizium-Wellenleiter ausgerichtet – im Detail ist aber auch das kompliziert, etwa weil die Verbindung hohe Temperaturen aushalten muss.
Da GF eigentlich alte Fertigungsprozesse kontinuierlich weiterentwickelt, nennt das Unternehmen sie feature-rich nodes – bei anderen Unternehmen wie TSMC heißen sie schlicht mature nodes, also ausgereifte Prozessknoten. Das impliziere, so Bartlett, dass hier kein Fortschritt mehr stattfinde und werde den Prozessen nicht gerecht. Schließlich seien sie auch alle einmal Spitzentechnologie gewesen.
Investitionen in Bestand
CBO Mike Hogan erläutert noch einige Details zur Investitionsstrategie von GF. Man wolle keine komplett neuen Fabs bauen (Greenfield), sondern konzentriere sich darauf, bestehende Kapazitäten zu erweitern. Dabei seien auch in Zukunft ungewöhnliche Partnerschaften wie mit STMicro denkbar, allerdings nur wenn sie erfolgversprechend seien. GF investiere nicht spekulativ, sondern abhängig von der Nachfrage.
Diese ist so groß, dass das Unternehmen Vorauszahlungen in Milliardenhöhe von Kunden erhalten hat. Dieses Geld wiederum fließt in den Ausbau der Fertigungskapazität. Auch Modelle, in denen ein Kunde, etwa ein Automobilkonzern, einen Kapazitätsausbau mitfinanziert, sind für Hogan denkbar. Ob es hier konkrete Verhandlungen gibt, verriet er allerdings nicht.
In Dresden wird weiter geforscht
Pressesprecher Jens Drews spricht zum Abschluss noch kurz über die weiteren Pläne in Dresden: Da mittlerweile im Bundeshaushalt ein Budget für die zweite Auflage des Important Project of Common European Interest (IPCEI) für Mikroelektronik eingeplant ist, wolle man hier Fördermittel beantragen. Damit sollen neue Prozesse entwickelt und in die Produktion gebracht werden, zuletzt waren das ferroelektrische Speicher .
Auch auf europäischer Ebene strebt die Fab 1 ein großes Projekt an, Details dazu ließ Drews noch nicht durchblicken – dafür sei es noch zu früh. Auf jeden Fall werden die Fertigungsprozesse bei GF noch um einige Features reicher.
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