Top-Trends für 2022 - das sind die Erwartungen

Die Foundry-Industrie begrüßt die Einführung der 3nm-Prozesstechnologie dank TSMCs FinFET- und Samsungs GAA-Technologien. Da sich die Halbleiterfertigungsprozesse allmählich den physikalischen Grenzen nähern, müsse sich die Chipentwicklung nun entweder Änderungen in der Transistorarchitektur oder Durchbrüchen in der Back-End-Packaging-Technologie oder bei den Materialien zuwenden, um schnellere Leistungen, geringeren Stromverbrauch und kleinere Stellflächen zu erreichen. Nach der Einführung der EUV-Lithografie am 7nm-Knoten 2018 wird die Halbleiterindustrie 2022 eine weitere revolutionäre Prozesstechnologie einführen - den 3nm-Knoten. Erwartet wird, dass TSMC und Samsung ihre jeweiligen 3nm-Prozesstechnologien im zweiten Halbjahr 2022 ankündigen werden. Während TSMC die seit dem 1Xnm-Knoten verwendete FinFET-Architektur beibehält, wird Samsung für seine 3nm-Prozesstechnologie zum ersten Mal seine eigene Implementierung des GAAFET, den MBCFET (Multi-Bridge-Channel-Feldeffekttransistor), verwenden. Im Gegensatz zur FinFET-Architektur, bei der das Gate auf drei Seiten mit dem Source-/Drain-Kanal in Kontakt steht, besteht die GAAFET-Architektur aus einem Gate, das den Nanodraht-Kanal auf vier Seiten umgibt, wodurch sich die Kontaktfläche vergrößert. Was die möglichen Anwendungen betrifft, wird erwartet, dass die erste Charge von Produkten, die in 2H22 im 3nm-Knoten in Massenproduktion hergestellt werden, in erster Linie HPC- und Smartphone-Chips sein werden, da diese Produkte relativ hohe Anforderungen an die Leistung, den Stromverbrauch und die Kompaktheit des Chips stellen. Während DDR5-Produkte allmählich in die Massenproduktion gehen, wird die NAND-Flash-Stacking-Technologie die 200-Layer-Marke überschreiten. Die drei dominierenden DRAM-Anbieter (Samsung, SK Hynix und Micron) werden nicht nur allmählich mit der Massenproduktion von DDR5-Produkten der nächsten Generation beginnen, sondern auch die Durchdringungsrate von LPDDR5 auf dem Smartphone-Markt als Reaktion auf die Nachfrage nach 5G-Smartphones weiter erhöhen. Mit einer Speichergeschwindigkeit von mehr als 4800 Mbit/s kann DDR5-DRAM die Rechenleistung durch seine hohe Geschwindigkeit und den geringen Stromverbrauch massiv verbessern. Da Intel seine neuen CPUs, die DDR5-Speicher unterstützen, mit Alder Lake für das PC-Segment und Eagle Stream für das Server-Segment auf den Markt bringt, wird erwartet, dass DDR5 bis Ende 2022 etwa 10 bis 15 Prozent der gesamten Bit-Produktion der DRAM-Anbieter ausmachen wird. Was die Prozesstechnologien betrifft, so werden Samsung und SK hynix mit der Massenproduktion von 1-Alpha-nm-Produkten beginnen, die mit EUV-Lithografie hergestellt werden. Was die NAND-Flash-Produkte betrifft, so haben ihre Stacking-Technologien noch keinen Engpass erreicht. Nachdem die 176L-Produkte im Jahr 2021 in die Massenproduktion gegangen sind, werden die Anbieter im Jahr 2022 weiter zu 200L-Produkten und mehr übergehen, auch wenn die Chipdichten dieser kommenden Produkte bei 512 Gb/1Tb bleiben werden. Was die Speicherschnittstellen betrifft, wird der Marktanteil von PCIe Gen4 SSDs im nächsten Jahr im Consumer-PC-Segment wahrscheinlich sprunghaft ansteigen. Im Server-Segment werden mit dem Eintritt der Intel Eagle Stream CPUs, die PCIe Gen 5 unterstützen, in die Massenproduktion auch auf dem Unternehmens-SSD-Markt Produkte erscheinen, die diese Schnittstelle unterstützen. Im Vergleich zur vorherigen Generation bietet PCIe Gen 5 die doppelte Datenübertragungsrate von 32 GT/s und eine erweiterte Speicherkapazität für Mainstream-Produkte von 4/8 TB, um die HPC-Nachfrage von Servern und Rechenzentren zu erfüllen. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Freigabe von PCIe Gen 5 SSDs die durchschnittliche Datenspeicherkapazität pro Servereinheit schnell erhöhen wird. Was den Servermarkt anbelangt, haben flexible Preissysteme und verschiedene von CSPs angebotene Dienste die Nachfrage von Unternehmen nach Cloud-Diensten in den vergangenen zwei Jahren direkt angetrieben. Aus Sicht der Server-Lieferkette hat sich das vorherrschende Geschäftsmodell allmählich von traditionellen Servermarken zu ODM Direct gewandelt, was bedeutet, dass traditionelle Servermarken grundlegende strukturelle Veränderungen in ihren Geschäftsmodellen erleben werden, wie beispielsweise die Bereitstellung von Colocation-Servern oder Full-Service-Cloud-Migrationssupport. Diese Verschiebung bedeutet auch, dass sich die Unternehmenskunden angesichts eines unsicheren globalen Umfelds auf flexiblere Preisregelungen und verschiedene Maßnahmen zur Risikominderung verlassen werden. Während die Pandemie im Jahr 2020 die Veränderungen im Arbeits- und Alltagsleben beschleunigte, wird erwartet, dass Hyperscaler im Jahr 2022 fast 50 Prozent der Gesamtnachfrage nach Servern ausmachen werden. Darüber hinaus wird erwartet, dass das Wachstum bei den ODM Direct Server-Lieferungen ebenfalls über 10 Prozent im Jahresvergleich liegen wird. Die Halbleiterindustrie der dritten Generation wird sich auf 8-Zoll-Wafer und neue Gehäusetechnologien zubewegen und gleichzeitig die Produktionskapazitäten ausweiten. Die schrittweise Abschaffung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren durch verschiedene Regierungen im Zeitraum von 2025 bis 2050 wird sowohl das Tempo der EV-Verkäufe beschleunigen als auch die Durchdringungsrate von SiC- und GaN-Bauelementen/Modulen erhöhen. Die weltweiten Aktivitäten zur Energiewende sowie das rasche Wachstum von Telekommunikationsanwendungen wie der 5G-Technologie haben auch zu einer anhaltenden Aufwärtsbewegung auf dem Markt für Halbleiter der dritten Generation geführt, was zu einem starken Absatz von SiC- und Si-Substraten geführt hat. Da die derzeitigen Anstrengungen in der Substratproduktion und -entwicklung jedoch relativ begrenzt sind, können die Anbieter eine gleichmäßige Ausbeute an SiC- und GaN-Substraten nur durch die Herstellung mit 6-Zoll-Wafern sicherstellen. Diese Einschränkung hat wiederum zu einem langfristigen Engpass bei den Produktionskapazitäten der Foundries und IDMs geführt. Als Reaktion auf diese Problematik planen Substratlieferanten, darunter Cree, II-VI und Qromis, nun nicht nur eine Erweiterung ihrer Produktionskapazitäten im Jahr 2022, sondern auch die Umstellung ihrer SiC- und GaN-Produktion auf 8-Zoll-Wafer, in der Hoffnung, dass diese Pläne den vorherrschenden Mangel auf dem Halbleitermarkt der dritten Generation allmählich lindern werden. Auf der anderen Seite versuchen Foundries wie TSMC und VIS, die Herstellung von 8-Zoll-Wafern für die GaN-auf-Si-Technologie umzustellen, während Infineon Produkte auf der Grundlage der neuesten CoolSiC-MOSFETs auf den Markt bringt. Schließlich hat auch der Anbieter von Telekommunikationsbauteilen Qorvo eine neue GaN MMIC Kupfer Flip Chip Packaging Architecture für militärische Anwendungen vorgestellt.