Warum es der Welt an Computerchips mangelt und warum es wichtig ist

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VonDebby Wu, Sohee Kim und Ian King | Bloomberg 27. April 2021 um 12:32 Uhr Sommerzeit VonDebby Wu, Sohee Kim und Ian King | Bloomberg 27. April 2021 um 12:32 Uhr Sommerzeit

Autohersteller drosseln die Produktion. PlayStations sind in den Läden immer schwerer zu finden. Breitbandanbieter sahen sich bei Internet-Routern mit langen Verzögerungen konfrontiert. All diese Phänomene und noch mehr hatten eine ähnliche Ursache: einen abrupten und kaskadierenden Mangel an Halbleitern. Sie werden auch als integrierte Schaltkreise oder besser als Chips bezeichnet und sind möglicherweise das kleinste und zugleich anspruchsvollste Produkt, das jemals auf globaler Ebene hergestellt wurde. Die Kosten und die Schwierigkeit bei ihrer Herstellung haben eine weltweite Abhängigkeit von zwei asiatischen Kraftpaketen gefördert – Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. und Südkoreas Samsung Electronics Co. – eine Abhängigkeit, die 2020 durch die Covid-19-Pandemie und die zunehmenden Spannungen zwischen den USA und China stark erleichtert wurde machte Chips knapp. Hunderte Milliarden Dollar werden in den kommenden Jahren in einem globalen Wettlauf um die Ausweitung der Produktion ausgegeben, mit geopolitischen und wirtschaftlichen Auswirkungen.

1. Warum gibt es Engpässe?

Hier sind einige Faktoren:

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* Die Stay-at-Home-Ära: Dies hat die Chip-Nachfrage über das vor der Pandemie prognostizierte Niveau getrieben. Lockdowns trieben das Wachstum der Laptopverkäufe auf den höchsten Stand seit einem Jahrzehnt an. Heimnetzwerkausrüstung, Webcams und Monitore wurden aufgeschnappt, als die Büroarbeit aus dem Büro zog, und Chromebooks waren heiß, als die Schule die Schule verließ. Auch die Verkäufe von Haushaltsgeräten, von Fernsehern bis hin zu Luftreinigern, stiegen sprunghaft an, die jetzt alle mit maßgeschneiderten Chips ausgestattet sind.

* Schwankende Prognosen: Autohersteller, die zu Beginn der Pandemie drastisch zurückgefahren haben, unterschätzten, wie schnell sich die Autoverkäufe erholen würden. Sie beeilten sich, die Bestellungen Ende 2020 wieder aufzustocken, wurden jedoch abgewiesen, weil die Chiphersteller überfordert waren, Computer- und Smartphone-Giganten wie Apple Inc.

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* Bevorratung: PC-Hersteller begannen Anfang 2020, vor knappen Angeboten zu warnen. Dann begann Huawei Technologies Co. – ein chinesischer Smartphone-Hersteller, der auch den globalen Markt für 5G-Netzwerkausrüstung dominiert – etwa Mitte des Jahres mit dem Aufbau von Lagerbeständen, um sicherzustellen, dass er in den USA überleben kann Sanktionen, die festgelegt wurden, um es von seinen Hauptlieferanten abzuschneiden. Andere Unternehmen folgten diesem Beispiel und hofften, Huawei einen Anteil zu erobern, und Chinas Importe von Chips stiegen im Jahr 2020 auf fast 380 Milliarden US-Dollar, gegenüber 330 Milliarden US-Dollar im Vorjahr.

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* Katastrophen: Ein bitterer Kälteeinbruch im Februar in Texas führte zu Stromausfällen, die Halbleiterfabriken rund um Austin schlossen; Es war Ende März, bevor Samsungs Einrichtungen dort wieder normal waren. Ein Werk in Japan, das von Renesas Electronics Corp., einem großen Anbieter von Automobilchips, betrieben wird, wurde im März durch einen Brand beschädigt, wodurch die Produktion wochenlang unterbrochen wurde. Und Taiwan erlitt die schlimmste Dürre seit Jahrzehnten, was Bedenken aufkommen ließ, dass die Produktion beeinträchtigt werden könnte.

2. Wer ist betroffen?

Es wird erwartet, dass die Chipknappheit in diesem Jahr den Umsatz der Autohersteller in Höhe von 61 Milliarden US-Dollar zunichte macht, wobei sich die Produktion von einer Million Fahrzeugen allein im ersten Quartal verzögert. Samsung warnte im März davor, weltweit ein gravierendes Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage zu erkennen. TSMC prognostizierte im April, dass sich die Engpässe bis 2022 erstrecken könnten. Breitbandanbieter in Europa sahen sich bei der Bestellung von Internet-Routern mit Verzögerungen von mehr als einem Jahr konfrontiert. Apple soll Ende letzten Jahres mit einem Mangel an Chips zu kämpfen haben, die den Stromverbrauch in iPhones steuern. Produkte wie Spielkonsolen, die knapp waren, könnten es bleiben.

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3. Was ist ein Chip?

Dialektkarte der USA

Es ist die Sache, die elektronische Gegenstände intelligent macht. Aus einem leitfähigen Material, meist Silizium, gefertigt, erfüllt der Chip eine Vielzahl von Funktionen. Speicherchips, die Daten speichern, sind relativ einfach und haben sich durchgesetzt. Logikchips, die Programme ausführen und als das Gehirn eines Geräts fungieren, sind komplexer und teurer. Diese tragen oft Marken wie Apple, Qualcomm oder Nvidia, aber diese Firmen sind eigentlich nur die Designer der Halbleiter, die in Fabriken namens Foundries hergestellt werden.

4. Warum ist es so schwer zu konkurrieren?

Die Herstellung fortschrittlicher Logikchips ist ein Massenunternehmen, das unglaubliche Präzision erfordert, zusammen mit großen langfristigen Einsätzen in einem Bereich, der sich schnell ändern kann. Der Bau und die Ausrüstung von Anlagen kosten Milliarden, und sie müssen rund um die Uhr auf Hochtouren laufen, um die Investition amortisieren zu können. Aber es ist nicht nur das. Eine Gießerei verschlingt zudem enorme Mengen an Wasser und Strom und ist selbst kleinsten Störungen ausgesetzt, sei es durch Staubpartikel oder ferne Erdbeben.

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5. Wer sind die großen Hersteller?

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* TSMC leistete in den 1980er Jahren mit staatlicher Unterstützung Pionierarbeit im Foundry-Geschäft – der reinen Herstellung von Logikchips für andere – und produziert heute die fortschrittlichsten Chips. Jeder schlägt einen Weg zu seiner Tür, um die besten Chips zu bekommen; sein Anteil am weltweiten Gießereimarkt ist größer als der der nächsten drei Wettbewerber zusammen.

* Samsung dominiert bei Speicherchips und versucht, sich an der Goldmine von TSMC zu beteiligen. Es hat seine Produktionstechnologie verbessert und neue Aufträge von Unternehmen wie Qualcomm Inc. und Nvidia Corp.

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* Intel Corp., der letzte US-Champion auf diesem Gebiet, hat mehr Umsatz als jeder andere Chiphersteller, aber sein Geschäft konzentriert sich stark auf die Herstellung seiner eigenen Markenchips, die als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) für Laptops und Desktop-Computer dienen. Produktionsverzögerungen haben es für Konkurrenten anfällig gemacht, die mit TSMC Marktanteile gewinnen, um ihre Designs zu produzieren. Intel hat im März ein ehrgeiziges Angebot vorgelegt, um seinen Vorsprung in der Fertigung zurückzugewinnen und in das Gießereigeschäft einzusteigen, indem es 20 Milliarden US-Dollar für den Bau zweier neuer Fabriken in Arizona ausgibt.

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* Kleinere Hersteller sind die US-amerikanischen GlobalFoundries Inc., die chinesische Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC) und die taiwanesische United Microelectronics Corp. Sie liegen jedoch mindestens zwei bis drei Generationen hinter der Technologie von TSMC zurück. Berühmte Namen wie Texas Instruments, IBM und Motorola, allesamt US-amerikanische Unternehmen, haben es aufgegeben oder aufgegeben, mit der fortschrittlichsten Fertigung Schritt zu halten.

6. Wie läuft der Wettbewerb?

Die beiden Giganten geben viel aus, um ihre Dominanz zu festigen: TSMC sagte im April, es werde seine Investitionsausgaben in den nächsten drei Jahren auf 100 Milliarden US-Dollar erhöhen, darunter etwa 30 Milliarden US-Dollar für Kapazitätserweiterungen und Upgrades im Jahr 2021, von einem Rekordwert von 17 Milliarden US-Dollar im letzten Jahr . Samsung stellt etwa 116 Milliarden US-Dollar für ein jahrzehntelanges Projekt bereit, um seinen taiwanesischen Rivalen zu fangen. China drängt darauf, aufzuholen, um die Abhängigkeit des Landes von US-Technologie zu verringern. Schritte unter US-Präsident Donald Trump, um Chinas Technologiegiganten zu lähmen, indem der Zugang zu amerikanischem geistigem Eigentum wie Software und Ausrüstung für das Design von Chips eingeschränkt wird, hat zusätzlichen Auftrieb gegeben. Aber China hat noch einen langen Weg vor sich. Im Automobilsektor beispielsweise hat China in den letzten Jahren eine große Anzahl von Chipdesign-Unternehmen entwickelt, die jedoch immer noch nicht in der Lage sind, die fortschrittlichen Chips zu entwickeln, die als Gehirn für die immer intelligenteren Autos von heute dienen. Im März versprach China erneut, die Ausgaben zu erhöhen und die Forschung an hochmodernen Chips als Teil seines neuen Fünfjahres-Wirtschaftskonzepts voranzutreiben. Während sich monatelang keine Einzelheiten herausstellen werden, hat SMIC bereits Pläne für eine 2,35-Milliarden-Dollar-Anlage mit Finanzierung durch die Stadt Shenzhen angekündigt. Die Anlage soll bis 2022 mit der Produktion beginnen und schließlich 40.000 12-Zoll-Wafer pro Monat oder etwa eine halbe Million pro Jahr produzieren. (Wafer werden zur Herstellung von Chips verwendet.) Zum Vergleich: TSMC hat im Jahr 2020 etwa 12,4 Millionen solcher Wafer ausgeliefert.

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7. Was ist außerhalb Asiens?

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Die USA, die immer noch weltweit führend im Chip-Design sind, versuchen, Unternehmen zu ermutigen, fortschrittliche Fabriken im Inland zu bauen oder zu erweitern, um das zu bekämpfen, was Handelsministerin Gina Raimondo eine Lieferkettenkrise und ein Risiko für die nationale und wirtschaftliche Sicherheit nannte. Bei einem Treffen im Weißen Haus im April sagte Präsident Joe Biden den Führungskräften des Unternehmens, dass er überparteiliche Unterstützung für seinen Vorschlag habe, 50 Milliarden US-Dollar für die Unterstützung der Halbleiterfertigung und -forschung auszugeben. Seine Regierung wird eine Rolle bei der Formulierung von Steueranreizen für ein geplantes 12-Milliarden-Dollar-TSMC-Werk in Arizona und eine 17-Milliarden-Dollar-Anlage spielen, die Samsung möglicherweise in Texas erwägt. In ähnlicher Weise prüft die Europäische Union Möglichkeiten zum Bau einer fortschrittlichen Halbleiterfabrik in Europa, möglicherweise mit Unterstützung von TSMC und Samsung, als Teil ihres Ziels, die Chipproduktion bis 2030 auf 20 % des Weltmarkts zu verdoppeln. Im April intervenierte Großbritannien 40-Milliarden-Dollar-Deal des kalifornischen Nvidia für den britischen Halbleiterdesigner Arm Ltd. aus Gründen der nationalen Sicherheit.

8. Wohin geht die Technologie?

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Da sich 5G-Mobilfunknetze immer mehr ausbreiten – die Nachfrage nach datenintensivem Video- und Spiele-Streaming steigen – und immer mehr Menschen von zu Hause aus arbeiten, wird der Bedarf an leistungsfähigeren, energieeffizienteren Chips weiter steigen. TSMC und Samsung arbeiten daher daran, Transistoren immer mikroskopischer zu machen, damit mehr in einen einzigen Chip passen. Selbst kleine Verbesserungen können zu erheblichen Kosteneinsparungen führen, wenn sie auf den gesamten Umfang von etwas wie Amazon Web Services Inc., einem Cloud-Computing-Anbieter, übertragen werden. Der Aufstieg der künstlichen Intelligenz ist ein weiterer Innovationstreiber, da KI auf massive Datenverarbeitung angewiesen ist. Effizientere Designs werden auch dazu beitragen, das sogenannte Internet der Dinge zu entwickeln – ein Universum intelligenter oder vernetzter Geräte von Telefonen bis hin zu Lichtschaltern und Kühlschränken.

9. Wie passt Taiwan in all das?

Die Inseldemokratie entwickelte sich zum dominierenden Akteur, zum Teil aufgrund einer Regierungsentscheidung in den 1970er Jahren, die Elektronikindustrie zu fördern, unterstützt durch einen Technologietransfervertrag mit RCA Corp., dem ehemaligen US-Elektronikriesen, und dem Trend im Westen zum Outsourcing. Es würde Jahre dauern und ein Vermögen kosten, seine Größe und seine Fähigkeiten jetzt zu erreichen: Die Boston Consulting Group und die Semiconductor Industry Association schätzten mehr als 1 Billion US-Dollar in den USA in 10 Jahren, um eine vollständige Selbstversorgung bei der Herstellung von Chips zu erreichen. Der chinesische Präsident Xi Jinping hat zugesagt, bis 2025 1,4 Billionen US-Dollar in Schlüsseltechnologien wie Halbleiter zu investieren. Politische Spannungen könnten das Rennen jedoch stören. Die Biden-Regierung hat signalisiert, dass sie Trumps Bemühungen fortsetzen wird, Chinas Zugang zu modernster amerikanischer Technologie – einschließlich der in Taiwans Gießereien verwendeten – einzuschränken. Noch unheilvoller könnten die USA in Schwierigkeiten geraten, wenn sie abgeschnitten wären. China hat Taiwan seit langem als abtrünnige Provinz beansprucht und mit einer Invasion gedroht, um seine Unabhängigkeit zu verhindern.

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