Verzögerungen bei 28- und 22-Nanometer-Halbleiterchips

Die Halbleiterbranche kämpft häufiger mit unvorhergesehenen Schwierigkeiten, weil sie neu entwickelte Produkte in Millionenstückzahlen mit Verfahren fertigt, die teilweise selbst erst ein bis zwei Jahre zuvor entwickelt wurden. Je nach Chip-Typ und Umstellungsaufwand kommt es deshalb zu Verzögerungen, Schwierigkeiten oder Engpässen. Zurzeit ist das anscheinend vor allem beim Umstieg von 45- auf 32-Nanometer-SOI-Technik beim AMD-Zulieferer Globalfoundries der Fall, beim anstehenden Wechsel von 40- auf 28-nm-Technik bei mehreren Auftragsfertigern sowie bei Intels "Shrink" von 32- auf 22-nm-Fertigungstechnik.

Für die Lieferschwierigkeiten der Serie-A-/Llano-Prozessoren macht AMD Globalfoundries verantwortlich. Nun gibt es mehrere unabhängige Berichte, wonach Globalfoundries auch mit der Fertigung von 28-nm-Chips für AMD kämpft: Das soll der Grund dafür sein, weshalb AMD Anfang 2012 statt neuer 28-nm-Chips zunächst weiterhin 40-nm-Chips aus der TSMC-Produktion liefern wird. Öffentlich hat AMD allerdings nie ganz genau erläutert, welche 28-nm-Produkte von welchem der beiden Zulieferer Globalfoundies und TSMC gefertigt werden sollen. Bekannt ist jedoch, dass die "Southern Islands"-Grafikchips, die wohl noch knapp vor Jahresende als Radeon HD 7000 starten könnten, von TSMC kommen. Dort verkündet man auch stets, die Einführung der 28-nm-Fertigung verlaufe planmäßig. Allerdings können ja nicht bloß bei der eigentlichen Wafer-Verarbeitung Probleme auftreten, sondern auch bei der Schaltung selbst oder bei nachgelagerten Fertigungsschritten wie dem Packaging. TSMC jedenfalls liefert nach eigenen Angaben bereits serienmäßig gefertigte Wafer mit 28-nm-Chips an einige Kunden aus.

Eine solche Aussage hat Globalfoundries bisher nicht veröffentlicht. Hier wurde der "High Power"-28-nm-Fertigungsprozess mit HKMG-Technik überhaupt erst im August mit der Fertigungssparte von Samsung "synchronisiert": Globalfoundries und Samsung gehören wie etwa auch STMicroelectronics zur IBM-Fertigungsallianz. Wer einen Chip für deren 28-nm-HKMG-High-Power-Prozess ausgelegt hat, kann ihn laut der Pressemitteilung von Globalfoundries in der Dresdner Fab 1, in der im Bau befindlichen Fab 8 in New York oder bei Samsung in Austin (Fab S2) oder Südkorea (S1) produzieren lassen. Obwohl also die IBM-Partner schon seit August die 28-nm-High-Power-HKMG-Technik "snychronisiert" haben und die Low-Power-Version schon im Jahr zuvor, hatte Samsung Electronics erst im September eine 32-nm-Version des ARM-SoC Exynos 4212 angekündigt, dessen Serienfertigung wohl erst 2012 anlaufen wird. Konkrete Liefertermine für 28-nm-Produkte der IBM-Partner scheinen bisher nicht veröffentlicht worden zu sein, obwohl die Fertigung noch 2011 starten sollte.

Die EETimes macht unterdessen darauf aufmerksam, dass Globalfoundries den Aufbau eines geplanten Werks in Abu Dhabi hinauszögert, wie die arabische Zeitung The National meldet. ATIC, der Haupteigentümer von Globalfoundries, nennt die Unsicherheit der ökonomischen Entwicklung als Grund.

Laut Digitimes zeichnen sich bei TSMC hingegen schon Kapazitätsengpässe ab. Dort lässt etwa Qualcomm eine S4-Variante des Snapdragon-SoC produzieren und will als erste Firma einen solchen Smartphone- und Tablet-Prozessor mit 28-nm-Strukturen ausliefern. Wie auch Intel setzt TSMC beim 28-nm-HKMG-Prozess auf das Konzept "Gate Last", die IBM-Partner hingegen zumindest beim 28-nm-"Node" auf "Gate First". Nach Schätzung von TSMC könnte der Umsatzanteil von 28-nm-Chips im Laufe des Jahres 2012 auf 10 Prozent ansteigen.

Intel wiederum fertigt nach eigenen Angaben bereits 22-nm-Prozessoren in Serie, also wohl die nächste Core-i-Generation "Ivy Bridge". Vor drei Jahren plante Intel noch OEM-Lieferungen dieser Core-i-3000-Prozessoren vor Ablauf des Jahres 2011. Zuletzt war dann auf inoffiziellen Roadmaps ein Starttermin gegen Ende des ersten Quartals zu sehen. Jetzt heißt es, dass sich auch der Ivy-Bridge-Start etwas verzögern könnte, nämlich auf April. Bekanntlich hat sich bei Intel auch die Einführung des Xeon E5 deutlich verspätet und wird ebenfalls erst im nächsten Frühling erwartet – obwohl es sich noch um 32-nm-Chips handelt.

Die jeweiligen Struktur-"Shrinks" sind mit unterschiedlich viel Entwicklungsaufwand verbunden, und zwar sowohl beim eigentlichen Chip als auch bei der Fertigungstechnik. So kam etwa beim Übergang von der 45- auf die 32-nm-SOI-Technik bei Globalfoundries – also auch AMD – erstmals High-k/Metal-Gate (HKMG) zum Einsatz und auch bei den 28-nm-Verfahren von Globalfoundries und TSMC ist HKMG neu. Intel brachte HKMG unterdessen schon mit den seit Anfang 2008 ausgelieferten 45-nm-Chips.

Bei der Fertigung von DRAM- und NAND-Flash-Chips kommen deutlich andere Verfahren zum Einsatz als für Logik-Chips, zudem sind viel weniger Metalllagen im Spiel. Hier sind Sub-30-Nanometer-Verfahren schon längst in der Massenfertigung angekommen. Doch auch DRAM- und Flash-Hersteller haben immer wieder mal Schwierigkeiten bei der Umstellung. Bei sogenannten Commodity-Produkten wie Speicherchips fallen die aber nicht so stark auf, weil es einerseits nicht so gravierende Unterschiede gibt zwischen zwei verschiedenen Fertigungsgenerationen und andererseits genügend andere Firmen gleichwertige Ersatzprodukte liefern können. (ciw)