IBM-Experte über die Zusammenarbeit mit Intel bei der Chipherstellung: "Wählen Sie Ihre Stärke"

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IEEE-Spektrum

1. April 2021

Intel und IBM - zwei der Titanen der US-Halbleiterindustrie der letzten 40 Jahre - haben sich zusammengeschlossen, um die nächste Generation von Logik- und Verpackungstechnologien voranzutreiben. Diese neue Partnerschaft kommt für jeden, der die US-Halbleiterindustrie in den letzten vier Jahrzehnten beobachtet und die Rivalität zwischen den beiden Unternehmen miterlebt hat, ein wenig überraschend.

Der Hintergrund, vor dem sich diese beiden langjährigen Konkurrenten zusammengetan haben, erklärt vielleicht den Zeitpunkt für diese ungewöhnliche Partnerschaft. Letzte Woche hat Intel eine Strategie angekündigt, die es IDM 2.0 nennt. (IDM steht für Integrated Device Manufacturer, im Gegensatz etwa zu TSMC, einem reinen Foundry-Unternehmen). Ein wichtiger Teil dieses Plans besteht darin, die Produktion zu verdoppeln und 20 Milliarden Dollar in neue Fabriken zu pumpen sowie seine Foundry-Services, d.h. die Herstellung von Chips für andere Unternehmen, voranzutreiben.

Branchenbeobachter halten die Wiederbelebung des Foundry-Service-Geschäfts, um dem taiwanesischen Unternehmen TSMC Paroli zu bieten, für einen mutigen Schritt. Es wäre jedoch nicht das erste Mal, dass Intel diese Strategie ausprobiert, wobei der vorherige Versuch wenig erfolgreich war (manche würden ihn als "Fehlschlag" bezeichnen).

Diesmal geht Intel jedoch eine Partnerschaft mit Big Blue ein, das als IDM selbst fast fünfundzwanzig Jahre lang erfolgreich einen Foundry-Service betrieben hatte, bis es das Geschäft schließlich 2014 an Global Foundries verkaufte. Diese jüngste F&E-Partnerschaft mit IBM sollte dazu beitragen, dass Intels Foundry-Geschäft - Intel Foundry Services oder IFS - ein Erfolg wird.

Angesichts des Hintergrunds von IBM sollte das Unternehmen seinem neuen Partner sicherlich einige freundliche Ratschläge geben können, wie man einen Foundry-Service betreibt. Laut MukeshKhare, Vice President of Hybrid Cloud bei IBM Research in Albany, NY, liegt der Schlüssel zum Erfolg der IFS-Initiative darin, dass sich Intel sowohl finanziell als auch durch eine konsequente Konzentration auf seine Kernkompetenzen an IFS beteiligt.

"Es gibt führende Foundries und solche, die es nicht sind. Wählen Sie Ihren Kampf und investieren Sie in große Partnerschaften", sagte Khare. "Jedes Unternehmen, egal wie groß es ist, ist nur in bestimmten Bereichen gut. Entscheiden Sie sich für Ihre Stärke, verdoppeln Sie sie und suchen Sie sich den Markt aus, auf dem Sie sich differenzieren können."

Seit dem Verkauf des Foundry-Geschäfts vor sieben Jahren hat sich der Fokus von IBM eindeutig auf hybrid Cloud und Künstliche Intelligenz (KI) verlagert. Seitdem hat IBM jedoch weiter an Innovationen in der Chiptechnologie gearbeitet, vor allem durch die 3-Milliarden-Dollar-Forschungsinitiative "Seven Nanometers and Beyond", die kurz nach dem Verkauf der Foundry-Sparte gestartet wurde.

Während sich IBM weiterhin auf die Entwicklung modernster Chiptechnologien für sein eigenes Geschäft konzentriert, hat es die wichtigsten Herausforderungen der Halbleiterindustrie im Blick. Zu diesen Herausforderungen zählt Khare die Skalierung (weitere Verbesserung der Dichte) und das Packaging (wie lassen sich Verbindungen mit immer höherer Dichte herstellen).

"Das sind die beiden Bereiche, in denen wir mit Intel im Rahmen dieser Partnerschaft arbeiten werden", sagte Khare. "Wie können wir die Roadmap für die Logiktechnologie weiter vorantreiben? Und wie können wir zusätzlichen Wert in der Gehäusetechnologie schaffen, so dass wir den wirtschaftlichen Wert erhalten können?"

Sowohl Intel als auch IBM arbeiten an der nächsten Generation des Chipdesigns nach finFet, benannt nach den flossenähnlichen Rippen aus stromführendem Silizium, die aus der Oberfläche des Chips herausragen. Die Lebenserwartung von finFet ist mehr oder weniger auf den 7-Nanometer-Knoten festgelegt worden. Wenn er noch kleiner wird, lassen sich die Transistoren nur noch schwer abschalten: Die Elektronen treten aus, selbst bei den dreiseitigen Gates.

Um dieses Problem zu lösen, haben Intel und IBM wichtige Entwicklungen bei den so genannten Gate-Allaround-Bauelementen eingeleitet, bei denen Nanodrähte das Gate vollständig umgeben, was Elektronenlecks verhindert und Strom spart. Beide Unternehmen haben auch Fortschritte bei den so genannten Nanoblech-Bauelementen gemacht, bei denen jeder Transistor aus drei gestapelten horizontalen Siliziumblechen besteht, die jeweils nur wenige Nanometer dick und vollständig von einem Gate umgeben sind.

Die Partnerschaft soll auch neue Ansätze für das Packaging integrierter Schaltkreise (IC) fördern, wie z.B. Chiplets. Intel hat seine besonderen Fähigkeiten bei Chiplets unter Beweis gestellt. Bei dieser Methode werden Prozessoren durch das Zusammenfügen von kleineren, weniger kostspielig zu produzierenden Chiplets über Verbindungen mit hoher Bandbreite in einem einzigen Gehäuse hergestellt.

Khare stellt sich vor, dass die Ingenieure von IBM und Intel bei diesen Projekten zusammenarbeiten. Es ist nicht beabsichtigt, die Verantwortlichkeiten zwischen den beiden Unternehmen je nach ihrer Expertise aufzuteilen. Stattdessen soll von der Prämisse ausgegangen werden, dass beide Unternehmen über Fachwissen in denselben Bereichen verfügen. Er sagt, dass die Synergien zwischen den beiden Unternehmen durch die gegenseitige Befruchtung von Ideen entstehen werden, die sich aus der gemeinsamen Arbeit ergeben.

Die Partnerschaft zwischen den beiden Unternehmen wird mit dem Austausch von Forschern und Ingenieuren wahrscheinlich in der zweiten Hälfte dieses Jahres beginnen, so Khare. Es wird wahrscheinlich ein heikler Prozess sein, bei dem es um geistiges Eigentum für die einzelnen Ingenieure und Unternehmen geht.

"Für Intel sind Prozesstechnologie und Packaging-Technologien so etwas wie die Kronjuwelen des Unternehmens. Es ist also das erste Mal, dass diese Ingenieure in einem so hochsensiblen Bereich zusammenarbeiten", sagte Khare.

Ein Unterton, der die Partnerschaft beeinflusst, ist ein explizites nationales Initiativ-Element. Im Januar hat der US-Kongress ein bahnbrechendes Gesetz verabschiedet, das darauf abzielt, die Herstellung von Halbleitern und fortschrittlichen Verpackungen in den Vereinigten Staaten zu fördern. Khare sieht die Partnerschaft als ein "Superteam, das das Spiel für die US-Halbleiterindustrie gewinnt".

"Diese Partnerschaft ist nicht nur großartig für unsere beiden Unternehmen, sondern auch für die führende Rolle der USA im Halbleiterbereich", sagt er. "Es bedeutet, dass die beiden Titanen der Halbleiterinnovation in den [Vereinigten Staaten], die, um ehrlich zu sein, viele, viele Jahre lang miteinander konkurriert haben, nun zusammenkommen. Das ist großartig für das Land und es wird großartig für die Welt sein."