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Tausendsassa unter den Foundries

So plant GlobalFoundries die Zukunft

14. Juli 2025, 14:30 Uhr | Iris Stroh

Gregg Bartlett, GlobalFoundries: »Bei FD-SOI befinden wir uns jetzt in der Phase der beschleunigten Akzeptanz.«

GlobalFoundries im Technologie-Check: CTO Gregg Bartlett spricht mit Markt&Technik über FD-SOI, SiGe, MRAM, RRAM, den Ausbau in Dresden, die Lehren aus der Chipkrise – und warum strategische Vielfalt, Flexibilität und neue Speicherlösungen jetzt entscheidend sind.

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Markt&Technik: GlobalFoundries bietet viele verschiedene Prozesstechnologien an, einschließlich FD-SOI, SiGe, Photonics etc. Welche Technologie ist derzeit die wichtigste für GlobalFoundries?

Gregg Bartlett: Das hängt davon ab, was Sie mit wichtig meinen. Vom Standpunkt des schieren Volumens her betrachtet, ist es unsere 40-nm-embedded-Flash-Technologie. Sie ist die einzige Technologie, die wir in allen unseren 300-mm-Fabs fertigen, sprich in Singapur, Dresden und den USA. Mit dieser Technologie bedienen wir das 32-Bit-MCU-Geschäft aller unserer Kunden für den Automotive-Markt.

Auch vom Umsatz her ist diese Technologie wichtig, aber das trifft auch auf unsere FinFET-Technologie zu. Hier ist das Volumen zwar kleiner, der ASP aber ziemlich hoch. Diese Technologie stellt auch eine wichtige Wachstumsmöglichkeit für GlobalFoundries dar.

Und wie sieht es mit der FD-SOI-Technologie aus?

Klar, diese Technologie ist ebenfalls von großer Bedeutung. Wie bekannt, haben wir bereits 2015 mit der Entwicklung unserer FDX-FD-SOI-Technologie begonnen. Heute produzieren wir sie im 22-Nanometer-Knoten.

Wie bei vielen neuen Technologien folgt auch hier die Einführung der typischen S-Kurve: Anfangs verläuft die Etablierung langsam, doch sobald der Durchbruch geschafft ist, nimmt die Nutzung rasant zu.

Genau in dieser Phase der beschleunigten Akzeptanz befinden wir uns jetzt.

In den letzten Jahren konnten wir eine Vielzahl neuer Kunden gewinnen, die sich für diese Technologie entschieden haben – und viele dieser Projekte befinden sich nun in der Umsetzung.

Besonders starkes Interesse sehen wir im Bereich der automobilen Radarsysteme, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 77 bis 80 GHz, je nach Systemarchitektur.

Gibt es Pläne, die FD-SOI-Technologie auf kleinere Strukturen zu portieren?

Ja, in unserer Roadmap heißt sie »Next-Gen-FDX«. Ursprünglich hatten wir sie 12-nm-FDX genannt, und der neue Knoten wird auch in diesem Bereich liegen, aber wenn es so weit ist, können es auch 11 oder 10 nm sein.

Gibt es dazu einen Zeitplan?

Es steht noch kein Termin fest, wann mit dieser Technologie produziert wird. Was wir derzeit machen: Wir stellen unseren Kunden – insbesondere im Automotive- und Edge-IoT-Bereich – frühe Design-Kits für die Evaluierung zur Verfügung, sodass sie ihre eigenen Analysen durchführen können.

Ich denke, dass wir auf Grundlage der Ergebnisse im Laufe dieses Jahres über den genauen Zeitplan für die Umsetzung entscheiden werden.

Und wie sieht es mit SiGe aus?

Eine durchaus interessante Technologie, die wir bekanntermaßen durch die Übernahme von IBM Microelectronics ins eigene Unternehmen gebracht haben. Dank der Entwicklungsanstrengungen bei IBM verfügen wir in dieser Technologie über fundiertes Know-how.

Die jüngsten Fortschritte bestehen darin, dass wir diese Technologie mittlerweile auch auf Basis von 300-mm-Wafern fertigen können. Wir verfolgen dementsprechend aktive Programme für 300-mm-SiGe in Singapur und den USA.

Besteht denn so viel Bedarf an dieser Technologie?

Ja, durchaus, nur ein Beispiel: Unsere Radar-ICs basieren heute auf unserer 22-FDX-Technologie, das sind monolithische Halbleiter für 77 bis 80 GHz. Sollen die Radarsysteme höherauflösend werden, dann sind 140 GHz gefragt.

Heute setzen einige Hersteller auf die Trennung zwischen Logik-IC und einem separaten SiGe-Leistungsverstärker. Unsere 22FDX-Technologie bietet ausreichend RF-Headroom, sodass diese Trennung überhaupt nicht notwendig ist.

Es gibt mittlerweile aber auch Entwicklungen, bei denen ein 300-mm-HBT-Bauelement – also ein Silizium-Germanium-Heterojunction-Bipolartransistor (SiGe-HBT) – in einem fortschrittlichen Packaging gemeinsam mit einem 22-nm-IC integriert wird, quasi als Kombination aus dem »Besten beider Welten«. Denn die maximale Transitfrequenz dieses HBTs liegt bei 500 bis 600 GHz und diese Frequenzreserve ist notwendig, wenn man 140-GHz-Systeme realisieren will.

Und dann gibt es natürlich auch noch Kunden, die ihre SiGe-HBTs derzeit auf 200-mm-Wafern fertigen lassen, aber auf 300-mm-Wafer wechseln möchten.

GlobalFoundries hat noch viele weitere Prozesstechnologien …

Ja, wir haben fünf Produktlinien. Die erste ist ULP CMOS, sprich Ultra Low Power CMOS, mit zwei Plattformen: 12-nm-FinFET und 22-FD-SOI. Die nächste Produktlinie ist GF Fotonix, bei der photonische Komponenten mit CMOS-Schaltungen monolithisch kombiniert werden. Diese Technologie basiert auf 45-nm-Strukturen. Dazu kommt noch unsere HF-Produktlinie, mit drei Plattformen: RF-SOI, SiGe und RF-GaN.

Seit wann arbeitet GlobalFoundries mit GaN?

Das ist eine »imec-Geschichte«. Wir waren jahrelang Mitglied des GaN-Programms vom imec. 2021 haben wir die 650-V-GaN-Technik in unsere Fab in Burlington transferiert und können sie ebenfalls unseren Kunden zur Verfügung stellen.

Im nächsten Schritt werden wir eine 100-V-GaN-Technologie verfügbar machen. Auch wenn viele glauben, dass es besser wäre, mit GaN auf 900 V zu gehen, um mit SiC konkurrieren zu können, sehen wir den Bedarf vielmehr bei 100 V und zwar für die Leistungswandlung in Datenzentren. Dort besteht die Anforderung, 480 V auf 0,8 V für die Versorgung der ICs zu wandeln, und dafür eignet sich 100-V-GaN.

Zurück zu den Produktlinien. Eine weitere basiert auf unserer »Feature-rich CMOS Technology«. Sie ist derzeit unsere größte Produktlinie mit dem größten Anteil am Gesamtumsatz. Diese Produktlinie umfasst alles von 90 über 65, 40 bis hinunter zu 28 nm, alle mit embedded Flash.

Dazu kommen noch Bildsignalprozessoren, also ISPs. Wir produzieren in Dresden ISPs mithilfe einer 40-nm-Technologie. Diese ISP werden dann auf den CMOS-Bildsensor gebondet. Wir entwickeln aber auch eine digitale Plattform mit SPAD-Komponenten (Anm. der Red.: Spad steht für Single-Photon Avalanche Diode). Diese Komponenten können beispielsweise detektieren, wenn man die Kopfhörer im Ohr hat. Hier arbeiten wir bereits an Prototypen.

Und zu guter Letzt gibt es noch eine Power-Produktlinie mit den wichtigen Plattformen BCD und BCDLite. In Dresden und Singapur nutzen wir 55- und 130-nm-Strukturen, plus die bereits erwähnte 650-V-GaN-Technik.

GlobalFoundries hat sich vor Jahren entschlossen, aus dem Wettstreit um die kleinsten CMOS-Technologien auszusteigen. Können Sie sich ein Szenario vorstellen, das GlobalFoundries dazu bewegen könnte, diese Entscheidung wieder zurückzunehmen?

Schauen Sie sich den Markt an: Derzeit gibt es noch drei Foundries, die 10 nm fertigen können: Samsung, TSMC und Intel. Bei 7 nm werden es wieder vier Foundries sein, denn SMIC aus China ist in die Runde vorgestoßen. Und bei 2 nm werden es wieder fünf sein, weil Rapidus dann ebenfalls im Markt aktiv sein will.

Ich würde sagen: Man soll nie »nie« sagen, aber die Entscheidung, aus diesem Rennen auszusteigen, hatte durchaus ihre Gründe, die Unternehmen investieren bis zu 4 Mrd. Dollar in die Prozessentwicklung. Aber angenommen, es gäbe nationale oder Security-Gründe, die eine Fertigung in einer Region notwendig machen, und keiner kann das. Dann könnte ich mir natürlich vorstellen, dass GlobalFoundries wieder in diese Technologien einsteigt.

SMIC hat es ja auch relativ schnell geschafft …

Ja, aber die Foundry wird sehr stark von der chinesischen Regierung unterstützt und einer der zwei Co-CEOs war früher bei TSMC.

Gehäusetechnologien spielen im HPC-Bereich eine wichtige Rolle. Welchen Wert haben Gehäusetechnologien für GlobalFoundries?

Sie haben vorhin gefragt, welche Technologien besonders wichtig sind. Ich habe Ihnen daraufhin sowohl eine Antwort in Bezug auf den Umsatz als auch in Bezug auf das Wachstum gegeben. Advanced Packaging wiederum ist aus strategisch-technologischer Sicht von zentraler Bedeutung.

Am 17. Januar dieses Jahres haben wir in den USA unser neues »Advanced Packaging and Photonics Center« angekündigt. Dort liegt der Fokus auf fortschrittlichen Gehäusetechnologien für Siliziumphotonik. Besonders für Rechenzentren ist dieses Packaging wichtig, weil es die heterogene Integration verschiedener Chips ermöglicht – ein Einsatzgebiet, in dem Siliziumphotonik eine zentrale Rolle spielt.

Es ist mittlerweile unumgänglich, dass elektrische ICs mit photonischen ICs verbunden werden – zunächst häufig über Mikrobumps, später zunehmend über Hybridbonding mit durchgängigem Kupferkontakt. Ein entsprechendes Programm läuft derzeit in unserem Werk im Bundesstaat New York. Zusätzlich haben wir in unserem Werk in Singapur eine neue Initiative zum Die-Wafer-Bonding gestartet.

Und vor kurzem haben wir angekündigt, dass wir unsere Kapazitäten im Bereich Advanced Packaging ausbauen möchten – basierend auf einem neuen MoU mit der Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapurs führender staatlicher Forschungs- und Entwicklungsorganisation.

Darüber hinaus arbeiten wir in diesem Bereich auch intensiv mit dem imec zusammen. Sie sehen also: Wir sind in diesem Bereich sehr aktiv.

Geht es um das KI-Training, sind kleinste Strukturen erforderlich, aber im Edge kommen ganz andere Faktoren zum Tragen. Ich schätze, dass Ihre FD-SOI-Technologie hier ihre Vorteile ausspielen kann …

Ja klar, FD-SOI ist für solche Anwendungen hervorragend geeignet, und nicht nur, weil sie sehr energiesparend ist, sondern weil sich mit diesem Prozess auch durchaus leistungsfähige Prozessoren realisieren lassen. Denken Sie nur an eine Überwachungskamera: Sie muss das Inferenzieren durchführen können, und das braucht Rechenleistung.

Wobei ich noch anmerken möchte, dass es oft weniger um die Transistortechnologie geht, sondern um die Möglichkeiten, die ein Prozess eröffnet, beispielsweise in Hinblick auf die Größe des SRAMs. In vielen dieser Anwendungen werden kleine SRAM-Blöcke benötigt, und das ist mit unserer 22-FDX-Plattform problemlos möglich.

Und nachdem solche Edge-AI-Anwendungen oft auch kommunizieren müssen, können Entwickler dies ebenfalls problemlos mit der 22FDX-Technologie realisieren, denn wie bereits gesagt: Sie zeichnet sich durch eine sehr gute HF-Leistung aus. Darüber hinaus stehen natürlich noch andere HF-Technologien zur Verfügung.

Embedded Flash stößt bei der Skalierung an seine Grenzen. Welche Alternativen bietet Globalfoundries für eine weitere Skalierung?

Für die meisten Unternehmen war bei 40 nm Schluss. Wir konnten noch einen Schritt weitergehen und haben einen 28-nm-Knoten mit embedded Flash realisiert, dank unseres Gate-First-Ansatzes. Aber jetzt ist auch bei uns Schluss.

Es gibt drei Möglichkeiten, embedded Flash zu ersetzen. Die erste ist MRAM, ein sehr leistungsstarker und zuverlässiger Speicher. Allerdings ist er auch relativ teuer, wenn man ihn als eingebetteten Speicher nutzen möchte.

Die meisten Edge-Geräte benötigen eingebetteten Speicher, und hier gibt es die Option, RRAM zu nutzen, also einen Speicher, der auf Widerstandsänderungen basiert. Mittlerweile interessieren sich aber auch Automobilhersteller für diese auch automotive-qualifizierte Speichertechnologie. GlobalFoundries bietet beide Speichertechnologien an: RRAM und MRAM auf Basis von 22-nm-Strukturen.

Ist abzusehen, ob sich die Automobilindustrie für eine der beiden Speichertechnologien entscheidet?

Ich denke, sie wird beide Technologien nutzen, auch weil der Speicherbedarf in diesen Anwendungen sehr hoch ist. Wir haben letztes Jahr einen Umsatz im Automotive-Bereich von über 1 Mrd. Dollar erzielt, 2023 waren es noch 300 Mio. Dollar, 2022 waren es 100 Mio. Dollar. Und dieses Wachstum ist komplett auf unsere 40-nm-embedded-Flash-Technik zurückzuführen.

Geht es um sicherheitskritische Systeme, setzen die Kunden auf MRAM. Geht es beispielsweise um eine Sitzverstellung, also keine sicherheitskritische Funktion, kommen 5-Dollar-Mikrocontroller zum Einsatz. Hier sind also die Kosten entscheidend. Und wenn sich die Kosten um einen Dollar aufgrund des MRAMs erhöhen würden, würde man für eine Leistung bezahlen, die für diese Anwendung gar nicht notwendig ist, also kommt RRAM zum Einsatz.

MRAM ist wirklich deutlich zuverlässiger als RRAM: Die MRAMs erreichen eine extrem hohe Zuverlässigkeit – bis zu 10⁹ Schreib-/Löschzyklen. RRAM liegt oft nur bei etwa 10⁶, MRAM ist also um Größenordnungen langlebiger.

Und die dritte Speichervariante sind embedded Phase-Change-Memories, die beispielsweise STMicroelectronics auch für Automotive-Anwendungen anbietet.

Die Automobilindustrie ist typischerweise zögerlich, wenn es um neue Technologien geht. Wie sieht es aus, wenn es um Alternativen zu embedded Flash geht?

Sie hat keine andere Wahl. Jeder weiß, dass er mit embedded Flash und 40-nm-Strukturen nicht das Leistungsniveau erreichen kann, das er braucht, und jeder weiß auch, dass Flash nicht weiter skalierbar ist, bei uns bis 28 nm, bei allen anderen bis 40 nm.

Während der Halbleiterkrise haben sich einige GlobalFoundries-Kunden bereit erklärt, Langzeitabkommen zu unterschreiben. Die Krise ist vorbei, haben diese Verträge immer noch Gültigkeit?

Ich bin natürlich der CTO und nicht der CEO. Aber aus meiner Sicht ist klar: Alle, die diese Abkommen unterzeichnet haben, haben es freiwillig getan, weil sie extreme Bedenken um die Versorgungssicherheit hatten. Aber richtig, wenn der Markt sich ändert und die Lagerbestände steigen, dann ist es notwendig, zu handeln. Ich denke, wir haben große Anstrengungen unternommen, um die meisten dieser Vereinbarungen neu zu verhandeln.

Aber aus meiner Sicht ist ein anderer Punkt entscheidend: Welche Lehren wurden daraus gezogen? Eine wichtige Erkenntnis betrifft die Lieferkette. Gerade in der Automobilindustrie wurde deutlich, dass viele Unternehmen ihre eigene Lieferkette gar nicht richtig verstanden haben. Ich glaube, das ist eine dauerhafte Lektion, die sie nun verinnerlicht haben: Sie sind heute deutlich disziplinierter beim Bestandsmanagement und achten stärker auf Flexibilität in der Lieferkette.

Und was haben wir gelernt? Wir haben erkannt, wie wichtig es ist, unseren Kunden Flexibilität zu bieten. Ich habe es bereits erwähnt: Unsere 40-nm-Flash-Technologie ist an drei Standorten verfügbar – Singapur, Dresden und Malta. Diese Standortdiversifikation ermöglicht Skalierbarkeit, je nach Bedarf – also sowohl bei steigendem als auch bei sinkendem Volumen.

Ich denke, dass unterm Strich sowohl das Unterzeichnen als auch das spätere Neuverhandeln der Verträge für beide Seiten in Ordnung war.

Verfolgt GlobalFoundries derzeit irgendwelche Pläne, weitere Kapazitäten aufzubauen?

Es ist kein Geheimnis, dass wir unsere Fab in Dresden im Rahmen des European Chip Act erweitern möchten. Aber in Europa dauern Prozesse nun einmal Zeit. Das Thema ist nach wie vor in der Diskussion, aber wir kommen dem Ziel schrittweise näher. Wir machen viele kleine Fortschritte, aber mit jedem weiteren Schritt werden die Schritte kleiner und langsamer.

Wir haben in Singapur während der COVID-Pandemie eine neue 300-mm-Fab gebaut. Diese Anlage ist heute vollständig betriebsbereit und bereit für einen sehr schnellen Hochlauf der Produktion.

In Dresden besteht – vorausgesetzt, die Förderung durch den European Chips Act (ECA) kommt zustande – die Möglichkeit, die Kapazität um etwa 15 Prozent zu erweitern. Das mag nach wenig klingen, aber da es sich bereits um eine große Fertigungsanlage handelt, entspricht das einem beträchtlichen Kapazitätszuwachs.

Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Planung: Wenn man eine Fertigung hochfahren möchte, beträgt die Reaktionszeit oft 12 bis 24 Monate. Deshalb ist es entscheidend, frühzeitig auf Marktsignale zu achten.

Derzeit haben wir noch ausreichend freie Kapazitäten in unserem globalen Fertigungsnetzwerk. Aber – wie Sie wissen – sobald der nächste Nachfrageanstieg kommt, kann diese freie Kapazität sehr schnell knapp werden.