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Samsung, TSMC und Intel kämpfen

Wer Advanced Packaging nicht kann, geht unter

3. August 2023, 6:56 Uhr | Heinz Arnold

Samsung will jetzt nicht nur die eigenen High Bandwidth Memories der dritten Generation (HBM3) für Nvidia produzieren, sondern auch die GPUs von Nvidia mit den eigenen HBM3-Speichern auf Basis eigener Advanced-Packaging-Prozesse zur GPU »H100« von Nvidia integrieren.

Nicht mehr nur die Prozessknoten, sondern das Advanced Packaging wird über das Wohl und Wehe der führenden Chip-Hersteller entscheiden. Samsung, TSMC und Intel kämpfen heftig um die Vormachtstellung.

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Denn es kommt nicht mehr wie in der Vergangenheit nur darauf an, die neusten Prozesse für die Fertigung von ICs wie Speicher, Prozessoren im Griff zu haben. In Zeiten von KI müssen die in den neusten Frontend-Prozessen hergestellten Dies bzw. Chiplets mit Hilfe der Advanced Packaging Technologien – auch Heterogenous Integration genannt – so integriert werden, dass ihre Kombination eine höhere Leistung erzielt als jedes einzelne Chiplet alleine. Um nur ein Beispiel zu nennen: Der Erfolg von AMD mit ihren Server-Chips ist nicht zuletzt auf die Advanced-Packaging-Technologien zurückzuführen, mit den die Chiplets integriert werden, aus denen die CPUs aufgebaut sind.

Wir gut die Hersteller diese Technologien beherrschen, wird künftig zum entscheidenden Kriterium für den Erfolg und die Zukunftsfähigkeit der Hersteller werden. Für die Unternehmen, die sie beherrschen werden, eröffnen sich gute Wachstumsaussichten: Die Marktforscher von Yole Intelligence prognostizieren, dass der Advanced-Packaging-Markt von 37,4 Mrd. Dollar im Jahr 2027 auf 65 Mrd. Dollar im Jahr 2027 hochschnellen wird.

TSMC hat derzeit die Nase vorne, zumindest was die Zahl der Patente rund um die Advanced-Packaging-Techniken angeht. Auf 2.946 Patente kommt das Unternehmen, wie LexisNexis ermittelt hat. TSMC würde laut der Analysten auch führen, was die Qualität der Patente angehe. Ermittelt haben sie die Qualität, indem sie die gezählt haben, wie häufig die jeweiligen Unternehmen von anderen Unternehmen zitiert wurden. Auf dem zweiten Platz liegt Samsung mit 2.404 Patenten, gefolgt von Intel mit 1.434 Patenten.

Aus den Daten der Marktforscher geht außerdem hervor, dass TSMC und Samsung seit 15 Jahren kontinuierlich in die Entwicklung von Advanced-Packaging-Technologien investiert haben. Aber auch Intel investiert kräftig in den Bau neuer Back-End-Fabs, die speziell für Advanced-Packaging-Prozesse ausgelegt sind. Ende 2021 hatte Intel angekündigt , für 7,1 Mrd. Dollar eine Advanced Packaging Fab in Penang/Malaysia zu bauen.

TSMC hatte im vergangenen Jahr erklärt, ihre sechste Advanced Packaging Fab in Taiwan zu errichten. Gegenwärtig betreibt TSMC vier Advanced Packaging Fabs, und zwar im Hsinchu Science Park (HSP), im Central Taiwan Science Park (CTSP), im Southern Taiwan Science Park (STSP) und in Longton in Norden von Taiwan. Hier findet vornehmlich Bumping, Advanced Testing und 3D-Packaging statt. Die erst im Juni dieses Jahres hat TSMC die Fab 6 im Zhunan Science Park eröffnet. In ihr laufen erstmals voll automatisierte Advanced-Packaging- und Test Prozesse, um die bisher getrennten Front-End- und Backend-Prozesse zu integrieren. Die Fab ist größer als alle anderen fünf Backend-Fabs von TSMC zusammen und für die Fertigung von über 1 Mio. Wafern pro Monat ausgelegt. Mit Hilfe von TSMCs »SoIC«, »InFO«
und »CoWoS« Prozessen werden dort Chips gefertigt, die unter anderem im High-Performance-Computern in KI-Systemen und in Autos Einsatz finden.

Samsung hatte Ende 2022 eine Advanced-Packaging-Einheit (AVP) ins Leben gerufen. Das AVP-Team beschäftigt sich dediziert mit der Entwicklung von Advanced Packaging Technologien. »Dieses Team wird Produkte kreieren, die derzeit noch gar nicht existieren«, sagte Vice President Kang Moon-soo, der Leiter des AVP Business Teams.

Einen Erfolg konnte Samsung offenbar jetzt für sich verbuchen, wie Business Korea schreibt: Samsung werde jetzt nicht nur die eigenen High Bandwidth Memories der dritten Generation (HBM3) für Nvidia produzieren, sondern auch die GPUs von AMD mit den eigenen HBM3-Speichern auf Basis von Advanced Packaging integrieren. Diese Kombination bildet die Hochleistungs-GPU »H100« von AMD.

Samsung: HBM3 und Advanced Packaging für Nvidia

Bisher hatte Nvidia den größten Teil ihrer Hochleistungs-GPUs vom Typ »H100« mit Hilfe der Advanced-Packaging-Techniken von TSMC fertigen lassen. TSMC verband die GPUs mit den HBM3-Speichern von SK hynix. Wegen des Booms der generativen KI ist die Nachfrage aber derart explodiert, dass die Kapazitäten von TSMC offenbar nicht mehr ausgerecht hätten. Microsoft hatte bereits Service-Unterbrechungen aufgrund des GPU-Mangels angekündigt, was Nvidia dazu gebracht haben könnte, sic nun auch an Samsung zu wenden, die laut Business Korea über genügend Kapazitäten für die Fertigung von HBM3 und über genügend Advanced-Packaging-Kapazitäten verfüge, um die GPUs fertigen zu können.

Samsung Electronics will jetzt die Strategie aufbauen, für alle erforderlichen Prozesse aus einer Hand bieten zu können, angefangen von den Speicher-ICs über die Foundry-Services bis hin zu den neusten Advanced Packaging Technologien.