3D-Stacking in der Halbleiterproduktion TSMC plant Chips mit einer Billion Transistoren

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TSMC plant bis 2030 die Produktion von Chips mit einer Billion Transistoren. Dieser technologische Meilenstein verspricht nicht nur revolutionäre Fortschritte in der Rechenleistung von Computern, sondern könnte auch bedeutende Auswirkungen auf Branchen wie KI, Gesundheitswesen und autonomes Fahren haben.

Mit einer sehr ambitionierten technologischen Roadmap weckt TSMC Hoffnungen auf große Fortschritte bei der Rechenleistung von Computern. Chip-Pakete mit mehr als einer Billion Transistoren will der Chiphersteller bis ungefähr zum Jahr 2030 produzieren können. Die Taiwanesen ziehen damit mit Intel gleich, die bereits ein ähnliches Ziel angekündigt hatten.

Auf der IEDM 2023 (im Dezember 2023 in San Francisco veranstaltet) haben die Ankündigungen von TSMC zum einen den allgemeinen Trend der Industrie zum Stacking bestätigt. Die eine Billion Transistoren sollen nicht auf einem einzelnen Stück Silizium untergebracht werden, sondern auf Sammlungen von Chiplets, die mit Hilfe von 3D-Stacking zu Paketen gebündelt werden.

Zum anderen aber arbeitet der größte Auftragshersteller der globalen Halbleiterindustrie weiterhin an immer komplexeren monolithischen Chips. Noch in diesem Jahrzehnt will TSMC einzelne Halbleiter mit mehr als 200 Milliarden Transistoren herstellen.

TSMC treibt Forschung an Nanometer-Klassen voran

Um dieses Ziel erreichen zu können, arbeitet TSMC eigenen Angaben zufolge an Nodes der 2-Nanometer-Klassen N2 und N2P, sowie an Prozessen der 1,4-Nanometer-Klasse (A14) und 1-Nanometer-Klasse (A10).

Dass die Forschung an 1,4-nm-Nodes bereits sehr fortgeschritten ist, hat TSMC jetzt in San Francisco erstmals offiziell bestätigt. Details wie die Spezifikationen oder wann die Serienfertigung starten wurden allerdings noch nicht genannt. Fachmedien in Taiwan spekulieren, dass dies zwischen 2027 und 2028 der Fall sein könnte.

So oder so ist klar zu sehen, dass TSMC mit eigenen Innovationen seinen Platz in der ersten Liga der Chipindustrie verteidigen will. Ein monolithischer TSMC-Chip mit 200 Milliarden Transistoren wäre immerhin drei Mal so dicht bestückt wie der gegenwärtige Rekordhalter, der „GH100“ von Nvidia.

TSMC stärkt Vertrauen in zukünftige Fortschritte

Je mehr sich die Chipfertigung den Grenzen des Moore’schen Gesetzes nähert, desto wichtiger werden dafür die künftigen Fortschritte beim Packaging (CoWoS, InFO, SoIC, etc.). Mit seiner Roadmap sagt TSMC indirekt, dass es in diesem Bereich für die kommenden Jahre sehr zuversichtlich ist.

Sollten die Taiwanesen ihre Prognosen mit Leben erfüllen und diese ehrgeizigen Pläne tatsächlich umsetzen können, dann hätte das gewaltige Implikationen für eine ganze Reihe von fortgeschrittenen Industrien.

Chips mit einer Billion Transistoren könnten die Ära des „Exascale Computings“ einläuten, in der eine Trillion Kalkulationen (10^18) pro Sekunde möglich werden. Welche neuen Innovationen dies wiederum in Feldern wie der Künstlichen Intelligenz, der Arzneimittelforschung oder für wissenschaftliche Simulationen ermöglicht, ist derzeit noch kaum absehbar.

Potenziale in der personalisierten Medizin

Auch für ein anderes aufregendes Feld im Bereich Healthcare versprechen solche Super-Chips laut einem Bericht von GizChina über die TSMC-Ankündigungen eine „Zukunft voll unergründlichen Potenzials“ - den Bereich der personalisierten Medizin. Patientendaten können dann voraussichtlich in Echtzeit analysiert werden und die Verabreichung von Medikamenten mit gegenwärtig noch unbekannter Präzision ermöglichen.

Für Kl-Anwendungen wie das autonome Fahren oder immer leistungsstärkere Roboter könnten die gewaltigen neuen Rechenleistungen ebenfalls die Basis für neue technologische Durchbrüche sein.

Kl treibt dabei nicht nur die Nachfrage nach immer leistungsstärkeren Chips, es spielt auch eine Rolle bei ihrer Weiterentwicklung. Immer neue Kombinationen von Materialien aus der gesamten Länge und Breite der Periodentabelle können immer schneller für mögliche neue Chip-Designs simuliert werden.

All diese Megatrends belegen für TSMC und seine Konkurrenten wie Intel oder Samsung, dass die Nachfrage nach immer besseren Chips in den kommenden Jahrzehnten ungebrochen bleiben wird. (sb)

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* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking.

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