Chipdesign unter US-Sanktionen Huawei faltet Chips; Huang bremst die Euphorie

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Mit LogicFolding und dem Tau-Skalierungsgesetz will Huawei die Leistung künftiger Chips über kürzere Signalwege und effizientere Architekturen steigern. In China wird der Ansatz als Durchbruch gefeiert. Nvidia-Chef Jensen Huang sieht darin zwar einen Fortschritt für Huawei, aber noch keine Bedrohung für TSMCs führende Fertigungsprozesse.

Der chinesische Technologiekonzern Huawei hat ein neues Designprinzip für Chips vorgestellt, das deren Leistung durch einen schnelleren Fluss der Signale und Daten steigern soll. Mit der Alternative zur immer weiteren Miniaturisierung nach der Logik des Mooreschen Gesetzes will Huawei die Boykotte der USA umgehen und bis 2031 eigene Spitzenchips bauen, deren Transistordichte 1,4-Nanometer-Prozessen entspricht.

Dieses neue „Tau-(τ)-Skalierungsgesetz“, wir berichteten, hat He Tingbo, die Leiterin der Halbleitersparte von Huawei, kürzlich vorgestellt. „Die geometrische Skalierung zu verlieren bedeutet nicht, auch die zeitliche Skalierung zu verlieren“, zitierte das Wirtschaftsportal 36Kr die Huawei-Managerin.

Chip-Design

Huawei will 1,4-nm-Äquivalent bis 2031 erreichen

Immer mehr Transistoren auf immer kleinerem Raum zu konzentrieren, das war in den vergangenen Jahren technisch immer schwerer und auch teurer geworden. Für Huawei war die Suche nach alternativen Leistungsboostern noch dringender, seit das Unternehmen 2019 von der US-Regierung auf die berüchtigte „Entity List“ gesetzt wurde, die der Firma den Zugang zu fortgeschrittener Halbleiter-Technologie aus den USA verwehrt.

Weil die USA auch die Niederlande und Japan diplomatisch massiv unter Druck gesetzt haben, ihren „Technologiekrieg“ gegen China zu unterstützen, ist etwa die Einfuhr von EUV-Lithografiemaschinen des niederländischen Monopolherstellers ASML in die Volksrepublik schwer bis unmöglich geworden.

Ohne sie lassen sich Chips unterhalb von etwa sieben Nanometern bislang nicht wirtschaftlich in wirklich großen Serien fertigen. Viel weiter ist China trotz aller Anstrengungen bisher auch mit der Miniaturisierung noch nicht gekommen, während TSMC in Taiwan schon 2-nm-Prozesse produziert und ab 2028 mit der Fertigung von 1,4-Nanometer-Prozessen beginnen will. Erst vor diesem Hintergrund wird die Ankündigung des 1,4-Nanometer-Ziels von Huawei bis 2031 verständlich.

Ähnlichkeit statt Kopie

Huawei versucht also nicht selbst 1,4 nm zu erreichen, sondern will stattdessen weniger dicht mit Transistoren bestückte Halbleiter ähnlich leistungsstark machen. Der elektrische Widerstand wird gesenkt, damit die Signale auf dem Weg durch die Schaltkreise weniger Zeit brauchen. Daher kommt der von Huawei verwendete Begriff „Tau-Skalierung“; nach dem griechischen Buchstaben τ (tau), der in der Elektrotechnik für die Zeitkonstante und in der Chipfertigung für die Signallaufzeit steht.

Dabei wird die Signallaufzeit über alle Ebenen hinweg verkürzt, vom einzelnen Transistor über den Schaltkreis bis hin zum Gesamtsystem, also über den gesamten Computingstack. So können die Rechenleistung und die Energieeffizienz gesteigert werden, ohne die Transistoren selbst zu verkleinern.

Konkret nutzt Huawei dafür ein neues Chipdesign namens „LogicFolding“. Dabei werden die Logikschaltungen eines Chips nicht mehr flach nebeneinander angeordnet, sondern gefaltet und in zwei Lagen übereinandergestapelt.

„Vor LogicFolding dauerte es drei Jahre, die Transistordichte von 126 auf 155 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter zu steigern“, sagte He bei der Vorstellung der neuen Architektur. „Im Jahr 2026 bringt LogicFolding sie in einem einzigen Schritt auf 238 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter.“

Eine um 55 Prozent höhere Transistordichte und eine um 41 Prozent bessere Energieeffizienz nennt Huawei für die neue Bauweise.

Technik für Smartphones

Als Erstes soll die nächste Generation der Smartphone-Chips der Marke Kirin mit LogicFolding gebaut werden, gab das Unternehmen bekannt. Sie sollen im Herbst auf den Markt kommen. Später, bis 2030, sollen auch die Ascend-Chips damit optimiert werden, auf denen Chinas Hoffnungen für bessere KI-Rechenzentren ruhen. Auch große KI-Cluster aus Hunderten oder Tausenden von Chips sollen dann damit beschleunigt werden.

„Was Huawei vorschlägt, ist eine Verlagerung von der traditionellen, knotengetriebenen Skalierung hin zu einer Skalierung der Effizienz auf Systemebene“, sagte He Hui, Direktor für Halbleiterforschung beim Marktforscher Omdia. Statt allein auf immer kleinere Transistoren zu setzen, konzentriere sich Huawei darauf, die Verbindungen zu verkürzen, die Latenz zu senken und den Datenfluss im Chip zu verbessern.

Getrieben durch eine clevere PR-Strategie von Huawei und den in China allgemein verbreiteten Wunsch, den Amerikanern und der Regierung Trump Paroli zu bieten, überschlugen sich chinesische Medien mit überschwänglichem Lob für die neue Huawei-Architektur.

„Huawei stürzt das Mooresche Gesetz“, titelte das Technologieportal Huxiu. Zum ersten Mal habe ein chinesischer Hersteller ein neues Leitprinzip für die globale Halbleiterindustrie vorgeschlagen, schrieb die Volkszeitung (Renmin Ribao). Überall war von einem „Durchbruch in der Halbleiterfertigung“ die Rede, genau wie in Pressetexten von Huawei.

Experten bremsen

Es brauchte einen klugen Kopf und nachgewiesene Experten wie Jensen Huang, um wieder ein wenig Luft aus diesem aufgeblähten Tau-Ballon zu lassen. „Das ist ganz bestimmt ein Durchbruch für Huawei“, sagte der CEO von Nvidia. Es sei aber bisher nicht unbedingt eine Bedrohung für den Weltmarktführer TSMC, so Huang. Auch das Mooresche Gesetz bleibe relevant. Was Huawei da mache, sei beeindruckend, so der Nvidia-Chef, aber auch nicht völlig neu. So arbeite man in Taiwan schon seit vielen Jahren an Die-Stacking, 3D-Packaging und Hybrid Bonding, also vergleichbaren Optimierungsversuchen.

Andere Analysten bremsten die chinesische Euphorie mit dem Verweis auf noch ungelöste technische Hürden für das „LogicFolding“. Das Falten und Stapeln von Schaltkreisen erhöht unter anderem die Komplexität der Architekturen und erschwert die Wärmeabfuhr.

Auch He Tingbo von Huawei räumte ein, dass mit Tau-Skalierung nicht über Nacht der „Chipkrieg“ mit den USA zu gewinnen ist. „Angesichts all der verschiedenen Beschränkungen haben wir einige ziemlich gute Lösungen gefunden. Ich kann mit Zuversicht sagen, dass unsere Lösungen für mobiles Computing und KI-Computing in den kommenden zehn Jahren wettbewerbsfähig sein werden“, sagte sie. Immerhin. (sb)

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