Plattformkompatibilität und geringere Betriebskosten gewünscht TSMC greift bei der globalen Produktion von Mikrochips zu AMD Epyc-Prozessoren

Redakteur: Ulrike Ostler

TSMC, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, ist eine der führenden Produktionsstätten für Halbleiter-Wafer, der größte Halbleiter-Auftragsfertiger. Das Unternehmen fertigt Chips für (fast) jeden Spieler im Prozessormarkt: Apple und Hi-Silicon, Nvidia und Broadcomm, ... Intel und AMD. Welch ein Prestigegewinn für AMD, dass TSCM künftig „AMD Epyc“-Prozessoren ausgerechnet bei der globalen Produktion von Microchips einsetzt.

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Der weltgrößte Halbleiter-Auftragfertiger Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) stellt Prozessoren unter anderem für Intel den Konkurrenten AMD her. Die Server-CPUs „AMD Epyc“stützen nun die Datacenter-IT und die Produktionsmaschinen des Herstellers.
Der weltgrößte Halbleiter-Auftragfertiger Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) stellt Prozessoren unter anderem für Intel den Konkurrenten AMD her. Die Server-CPUs „AMD Epyc“stützen nun die Datacenter-IT und die Produktionsmaschinen des Herstellers.
(Bild: TSMC)

TSMC wurde 1987 gegründet und gilt heute als der weltweit führende Auftragsfertiger für die Halbleiterindustrie. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Hsinchu, Taiwan, leistet seit 1987 Pionierarbeit bei der Fertigung von Microchips.

TSMC unterstützt ein florierendes Ökosystem von globalen Kunden und Partnern mit führender Prozesstechnologie und einem Portfolio von Design-Enablement-Lösungen, um kontinuierliche Innovationen der Halbleiterbranche zu gewährleisten. Mit Niederlassungen in Asien, Europa und Nordamerika ist TSMC ein globales Schlüsselunternehmen für die voranschreitende Digitalisierung.

Ob für Smartphones, Computer, Spielekonsolen, Fernseher oder die Automobilindustrie, TSMC spielt mit seinen Produktionsstätten eine zentrale Rolle bei der Fertigung von Chips. So baute das Unternehmen auch die weltweit ersten 7- und 5-Nanometer-Produktionskapazitäten auf. Die Inbetriebnahme einer 3-Nanometer-Fertigungsstätte ist im Laufe diesen Jahres geplant.

Mittlerweile bietet AMD die dritte Generation der Server-Prozessoren „Epyc“ an.
Mittlerweile bietet AMD die dritte Generation der Server-Prozessoren „Epyc“ an.
(Bild: AMD)

TSMC stellt nicht nur Halbleiter her, sondern ist auch stark in weiteren Forschungs- und Entwicklungsbereichen engagiert, um die eigene IT-Infrastruktur und Produktionsstätten zu optimieren. Kontinuierliches Innovationspotential zeichnen das Unternehmen aus: So wurden im vergangenen Jahr bei TSMC 281 verschiedene Prozess- und Fertigungstechnologien eingesetzt und 11.617 Produkte für 510 Kunden weltweit angefertigt.

Die Wahl

Von Europa über Asien bis in die USA benötigten die mehr als 50.000 Mitarbeiter leistungsstarke IT-Services, um nahtlos zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten, und dass bei gleichzeitiger Reduzierung der Gesamtbetriebskosten. Als führende Fertigungsstätte von Halbleiter-Wafern hat TSMC einen großen Bedarf bei der Modernisierung der eigenen Infrastruktur von Rechenzentren.

Obwohl TSMC als Auftragsfertiger das Unternehmen ist, dass 7nm-Produkte für AMD herstellt, bedeutete dies nicht, dass Epyc-Prozessoren automatisch erste Wahl für TSMC sein würden. Allerdings zeigte sich schnell, dass TSMC seine Unternehmensziele mit Hilfe von EPYC-Prozessoren schneller erreichen konnte. Mit der Einführung der AMD Epyc-Prozessoren war bei TSMC das Ziel verbunden, die eigene Innovationskraft und Produktivität zu erhöhen und gleichzeitig die Betriebskosten im Unternehmen signifikant zu senken.

Plattformkompatibilität: Entscheidender Entwicklungs- und Erfolgsfaktor

Mit der 7-Nanometer-Fertigung bei TSMC, die unter anderem auch bei AMD-Produkten zum Einsatz kommt, wurde diese Technologie auf breiter Basis für nahezu alle Halbleiterproduzenten und alle Marktsegmente verfügbar. Entscheidend für eine solche Innovationskraft sind zuverlässige Lieferketten, kontinuierlicher Informationsaustausch und eine effiziente IT-Infrastruktur.

Allein die schiere Größe des dezentral organisierten und über die gesamte Welt verteilt arbeitenden Infrastrukturteams bei TSMC machte eine nahtlosen Ablauf bei der Umstellung auf eine neue Serverplattform erforderlich. Damit verbunden waren ein erheblicher Planungs- und Testaufwand. Denn, TSMC musste die Server-Core-Dichte innerhalb der Rechenzentrumsumgebung nahtlos gewährleisten und austarieren.

Simon Wang, Director of Infrastructure and Communication Services Division bei TSMC, führt aus: „Unsere bestehenden Rechenzentren waren durch Speicherkapazitäten und Leistungsvolumen begrenzt. Deshalb konzipierten und implementierten wir die Virtualisierung von Rechenleistung, Speicher und Netzwerk, und das alles in unserer Standard-Vorlage der Service-Architektur. Es galt, Produkte zu finden, die direkt in diese Standardvorlage integriert werden können, um sie dann schnell in unseren Rechenzentren einzusetzen, ohne die Architektur dabei neu designen zu müssen.“

Integration in zwei VM-Konfigurationen

Er fährt mit der Beschreibung seiner Umgebung fort: „Wir haben zwei VM-Konfigurationen für unsere Workloads, abhängig von der Komplexität.“ Der Grund:Es sei suboptimal, wenn mehrere VMs auf einem Server liefen. Wenn ein Server beispielsweise 20 VMs unterstützt, fallen auch 20 aus, wenn nur ein Server streike.

„Deshalb haben wir zwei Arten von VM-Server-Konfigurationen, um dieses Risiko zu reduzieren." Die Hardware-Plattformen müssen in dieses Konzept passen. Wang erläutert: „Kompatibilität war hier der Schlüsselfaktor, als wir mit dem großflächigen Einsatz von Epyc begonnen haben.“

Keinerlei Bedenken sind in puncto Performance aufgetreten. Wang sagt: „Was die Leistung angeht, hatten wir keine Zweifel. Wir haben Epyc bereits mit wichtigen Anwendungen getestet und die Performance war ausgezeichnet." Ebenso problemlos waren offenbar die die Bereiche Fertigung, allgemeinen Workloads so wie die Support-Funktionen. Hier „gab es ebenfalls keinerlei Probleme mit der Kompatibilität“, so der Director of Infrastructure and Communication Services.

Senkung der Betriebskosten

TSMC entschied sich bei der Umstellung auf eine neue Serverplattform für eine Partnerschaft mit HPE und AMD. Genutzt wird „HPE DL325 G10“ mit der „AMD Epyc 7702“, also die AMD-Server-CPU der zweiten Generation mit 64 Kernen, einer Basistaktfrequenz von 2 GHz und einem Boost-Takt von bis zu 3,35 Gigahertz (GHz) .

TSMC weitet nun den Einstz von „AMD Epyc“-Prozessoren auf das gesamte Unternehmen aus.
TSMC weitet nun den Einstz von „AMD Epyc“-Prozessoren auf das gesamte Unternehmen aus.
(Bild: TSMC)

Wang erläutert: „Für allgemeine Workloads ist die Speicherdichte beziehungsweise -Kapazität ein kritischer Aspekt. Die Ergebnisse mit den AMD Epyc-Prozessoren waren hier wirklich gut.“

Bei der HCI-Implementierung werden weniger Ressourcen für jede virtuelle Instanz benötigt und gleichzeitig eine bessere Leistung erzielt. Das hat Kosteneinsparungen ergeben - durch weniger physische Server aufgrund der Kerndichte pro Prozessor. Das wiederum spart Verwaltungs- und Stromkosten und reduziert den Platzbedarf im Rechenzentrum.

Ein Nebeneffekt: Weniger Server bieten nun mehr Raum für die Erweiterung des Rechenzentrums, wenn das Unternehmen weiterwächst. Außerdem: Die Umstellung von Dual- auf Single-Socket bedeutet ebenfalls Einsparungen bei den Hardware-, Betriebs- und Softwarekosten sowie einen geringeren Stromverbrauch.

Epyc kommt nun auch in der Fertigung zum Einsatz

TSMC weitet den Rollout der Epyc-Prozessoren nun auf das gesamte Unternehmen aus. Wang erläutert den Staus quo: „Aktuell führen wir die Epyc-Server auch für unsere Fertigungsteams ein." Er setzt mit Blick auf den Prozessor „Epyc 7F72“ mit 24 Kernen und einer Basistaktfrequenz von 3,2 GHz hinzu: „Es ist die CPU, die wir für Forschung und Entwicklung in Betracht ziehen. Das ausschlaggebende Kriterium ist die hohe Taktfrequenz.“

In der Produktion von TSCM
In der Produktion von TSCM
(Bild: TSMC)

Man brauche nicht unbedingt mehr Sockel oder Kerne. „Wenn wir für Forschung und Entwicklung zwei Sockel verwenden, könnte das zu unerwünschten Effekten führen. Es könnte bedeuten, dass eine CPU mit einer anderen CPU kommunizieren muss, was Overhead produziert. “Deshalb wählen wir für Forschung und Entwicklung eine Ein-Sockel-CPU“, so Wang.

Die Automatisierung in den TSMC-Fabriken erfordere, dass jeder Maschine ein x86-Server zugeordnet ist, um die Betriebsgeschwindigkeit und die Bereitstellung von Wasser, Strom und Gas oder den Stromverbrauch zu steuern, fügt Wang hinzu. „Diese Maschinen sind sehr kostspielig. Sie können Milliarden von Dollar kosten." Im Vergleich dazu seien die Server, die sie steuerten, viel billiger.

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Produktion von 3-Nanometer-Chips

TSMC hat im März dieses Jahres angekündigt, in der zweiten Hälfte dieses Jahres mit der Fertigung von 3-nm-Chips zu beginnen. Zum Start plant der Konzern eine Produktions-Kapazität von rund 30.000 Wafer pro Monat. Im kommenden Jahr soll diese bei 55.000 Wafer im Monat liegen und 2023 könnten 105.000 Wafer pro Monat gefertigt werden.

Das entspricht seiner jetzigen Produktion an Chips mit 5-nm-Strukturbreite. Diese lag im vierten Quartal 2020 bei rund 90.000 Wafer im Monat. Mittlerweile liegt die Fertigungs-Kapazität bei etwa 105.000 Wafer pro Monat.

Ausfälle dürfen nicht sein. „Wir müssen sicherstellen, dass wir eine hohe Verfügbarkeit an Hardware haben, falls ein Rack ausfällt. Nur dann können wir einfach ein anderes Rack verwenden, um die Maschine zu unterstützen", beschreibt Wang dies Unternehmenspolitik. Mit einem Standardbaustein ließen sich etwa 1.000 virtuelle Maschinen erzeugen, die 1.000 Fabrik-Tools in unseren Cleanrooms steuern können.

TSMC plant für 2021 die Implementierung von AMD Epyc-Prozessoren in zwei weiteren Rechenzentren. „Aufgrund unserer globalen Führungsposition, muss unsere IT-Abteilung ständig die neuesten Technologie nutzen, um das Unternehmen zu befähigen, die Welt auch weiterhin mit neusten Innovationen voranzubringen,“ so Wangs abschließendes Credo.

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