„Einem Ingeniör ist nix zu schwör!“ Was Intel richtig macht

Die Chip-Legende Intel verlor im Laufe der vergangenen Jahre seine Technologieführerschaft durch paranoides Erbsenzählen. Die Branche innovierte auf und davon. Unter der Führung eines visionären Elektro-Ingenieurs wagt das Unternehmen jetzt eine wilde Aufholjagd zu den Vorreitern. Reicht dem einstigen Halbleiter-Pionier die Puste?

Jetzt aber im Ernst: Mal hoffen. Denn Intel steckt zwar zwischen Baum (AMD) und Borke (Nvidia), aber die Chip-Industrie hat noch ein größeres Problem. Es nennt sich „Wiedervereinigung Chinas“ – mit Taiwan versteht sich.

„Fabless“? Tücken der Chip-Fertigung „as-a-Service“

Chip-Anbieter von AMD über Broadcom, Nvidia bis hin zu Qualcomm sind fast alle „fabless“. Sie übernehmen die Entwicklung und Vermarktung von Halbleitern, lagern jedoch die Fertigung an spezialisierte Foundry-Dienstleister aus. Das minimiert die Kapitalbindung, hat jedoch dazu geführt, dass die gesamte Industrie von einer einzigen Halbleiterschmiede abhängt: TSMC, dem weltweit führenden unabhängigen Auftragsfertiger für Halbleiter.

Bisher hat es ja auch funktioniert. Die Nemesis von Intel, AMD, sowie Nvidia und zahlreiche andere sind mit diesem Ansatz sehr gut gefahren. Die TSMC stellt sowohl die „Epyc“-Prozessoren und die „Instinct“-Beschleuniger von AMD als auch die „Tensor“-Kerne für die „A100“ und „H100“ GPUs von Nvidia her.

Intels heutige Schwierigkeiten gehen auf den problematischen 10-Nanometer-(nm)-Prozessknoten zurück; einige gravierende Fehltritte der legendären Halbleiterschmiede haben seinen Rivalen AMD und Nvidia ihren Siegeszug im lukrativen Rechenzentrumsmarkt ermöglicht. Während die beiden Chip-Anbieter – selbst „fabless“ – den fortschrittlichsten Prozessknoten der Welt nutzen konnten, drehte Intel beharrlich an den Stellschrauben der eigenen Fertigung und geriet nach und nach ins Hintertreffen – sowohl als eine Halbleiterschmiede als auch in seiner Kapazität als Chip-Designer.

So konnte AMD mit der Rückendeckung von TSMC in nur sieben Jahren seinen Marktanteil an Server-CPUs von mageren 0,8 Prozent im Jahre 2017 auf respektable 33 Prozent (gemessen am Umsatz) ausbauen.

Auch Nvidia hat von den Missgeschicken des CPU-Marktführers in Zeiten der KI-Revolution massiv profitiert. Das Unternehmen konnte sein Geschäftsjahr 2024 (30. Januar 2023 bis 28. Januar 2024) mit Einnahmen in Höhe von 60,9 Milliarden Dollar abschließen.

Intel hat es im vergleichbaren Zeitraum (Kalenderjahr 2023) über alle Geschäftssparten hinweg gerade einmal auf 54,2 Milliarden Dollar gebracht und damit einen Rückgang um 14 Prozent gegenüber dem Vorjahr erzielt. AMD hat in dieser Zeit 24,2 Milliarden Dollar erwirtschaftet und ein respektables Umsatzwachstum eingefahren.

Heute hat AMD eine doppelt so hohe Marktkapitalisierung wie Intel. Der Börsenwert von Nvidia übersteigt jenen von Intel sogar um das 22-fache.

TSMC feuert inzwischen weiter auf allen Zylindern fröhlich vor sich hin. Bekannt für seine Technologieführerschaft und kompromisslose Qualität, bleibt das Unternehmen ein Dreh- und Angelpunkt der Wertschöpfungsketten der wichtigsten Chip-Anbieter der Welt. Dort lassen außer AMD auch Nvidia, Qualcomm, Amazon, Google und sogar Intel selbst fertigen.

Intel ist neulich über den eigenen Schatten gesprungen und hat das Chip-Design und die -Fertigung voneinander getrennt. Zwei Geschäftssparten befolgen jetzt ein gemeinsames Ziel: technologische Führerschaft durch kompromisslosen Pragmatismus.

Über den eigenen Schatten gesprungen

Durch die Bereitstellung von Foundry-Services – also Auftragsfertigung von Halbleitern – will Intel neue Einnahmequellen erschließen und die Abhängigkeit vom Verkauf eigener Chips reduzieren. Damit dieses Vorhaben im großen Maßstab gelingen kann, muss Intel erst aber den Rückstand zu den Technologieführern aufholen.

Zu guter Letzt geht es aber darum, zur Avantgarde der Halbleiterfertigung aufzuschließen, also muss Intel innovieren und investieren. Das chinesische Sprichwort „Aller Anfang ist schwer“ findet hier sicherlich Anwendung (im O-Ton aus China: 万事开头难).

Als Chip-Anbieter lanciert Intel fortgeschrittene Lösungen für KI/ML-Arbeitslasten und setzt dabei – zum ersten Mal in seiner Geschichte – auf marktführende Fertigungsexpertise einer externen Foundry, um eigene CPU-Kerne zu produzieren. So hat Intel die Produktion von „Gaudi 3“ in 5nm-Technik auf seinen Rivalen TSMC ausgelagert. Für „Lunar Lake“, der Flaggschiff-Prozessor von Intel für die nächste Generation von KI-PCs, vertraut die Chip-Legende auf den N3-Prozess (3nm) von TSMC in extremer ultravioletter Lithografie.

Die Intel-Chips „Sapphire Rapids“ (Prozessoren für Cloud Computing, Künstliche Intelligenz, Big Data und High Performance Computing) und „Alder Lake“ (für Desktops und Laptops) fertigt Intel im Intel 7 Prozess, ehemals als 10nm „Enhanced Superfin“ bekannt, und kriegt es gerade noch selbst auf die Reihe. Für „Meteor Lake“-Prozessoren, die seit 2023 auf dem Markt sind, kommt der Intel 4 Prozess in 7nm zum Tragen.

Als Nächstes will man – noch dieses Jahr – die High-End-Prozessoren „Arrow Lake“ (für Desktops und Laptops) in Intel-3-Prozesstechnologie bauen. Danach geht es dann aber Schlag auf Schlag.

Schlag auf Schlag

In der zweiten Jahreshälfte 2024 beginnt Intel die Massenfertigung in „Intel 20A“. Diese Prozesstechnologie markiert den Beginn der Angstrom-Ära. (Bloß keine Angst! Die Einheit Ångström entspricht 0,1 Nanometer.) Verbesserungen in 20A umfassen „Intel Powervia“ (Backside Power Delivery) und die „RibbonFET“-Transistorarchitektur (Gate-All-Around, kurz GAA).

Die Einführung von „18A“ hat Intel auf die zweite Jahreshälfte vorgezogen. „Clearwater Forest“ (für Server und HPC) und „Panther Lake“ (für Desktops und mobile PCs) sollen bereits den Intel 18A-Prozess nutzen. Highlights umfassen GAA und Backside Power Delivery-Technologien.

Wer zuletzt lacht…

So sieht ein Single-Point-of-Failure einer ganzen Industrie aus: Mit einem Marktanteil von 61,7 Prozent im ersten Quartal 2024 hat die TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) als Anbieter von Fertigungsdiensten für Halbleiter eine marktbeherrschende Stellung inne.

Die Nummer Zwei, Samsung Electronics, kommt auf einen Marktanteil von gerade einmal 11 Prozent. Die zehn größten Halbleiterschmieden erreichen zusammengerechnet rund 95 Prozent; für die übrigen Akteure bleibt kaum noch was übrig.

Intel zählt bisher nicht zu den Top 10 und muss sich bisher mit den Krümeln begnügen. Intel Foundry brachte es im ersten Quartal 2024 mit Ach und Krach auf einen globalen Marktanteil von gerade einmal einem Prozent (in Zahlen: 1 Prozent). Interessante Aufträge fließen Intel erst für künftige Knoten der Angstrom-Ära zu.

TSMC nutzt für die Massenproduktion der fortschrittlichsten Chips den N3P-Prozess in FinFET-Architektur (3nm); dieses Verfahren liefert eine hervorragende Kombination aus Leistung, Energie-Effizienz und Chipdichte. Samsung liegt mit seinem SF3-Prozess (ebenfalls 3nm) in GAA-Technologie eigenen Angaben zufolge rund fünf Jahre hinter TSMC zurück.

Vor diesem Hintergrund hat sich Intel-CEO Pat Gelsinger ein ehrgeiziges Ziel vorgenommen: Intel Foundry soll zum Technologie- und Marktführer TSMC aufholen. In vier Jahren wollte Intel fünf Knotenpunkte vorankommen – das Äquivalent von einem Marathon im Sprint-Tempo.

Ein Pokerspiel

Gelsinger blufft nicht. Er pokert. Intel hat seine Foundry-Roadmap überraschend beschleunigt und den Marktführer TSMC offenbar auf dem falschen Fuß erwischt.

Der 18A-Prozess von Intel soll mit einer ähnlichen Leistung wie der N2-Prozess (2nm-Klasse) von TSMC aufwarten können. TSMC will sich jedoch mit dem N2-Prozess bis zur zweiten Jahreshälfte von 2025 Zeit lassen. N2P, eine verbesserte Version des N2-Knotens, soll Ende 2026 folgen, allerdings ohne die ursprünglich geplante rückseitige Stromversorgung.

Die Massenproduktion des A16-Prozessknotens von TSMC für High-Performance-Computing und Smartphones ist für die zweite Hälfte des Jahres 2026 geplant. Die ersten Produkte sollen im Jahre 2027 auf den Markt kommen. Bis dahin kann noch vieles passieren.

Gute Chancen für 18A

Mit dem Intel 18A Prozess geht Intel voraussichtlich in Führung. Der 18A-Prozessknoten und dessen Nachfolger 14A, der auf der fortschrittlichen High-NA EUV-Lithographie basieren wird, zeigen Intels Bereitschaft, über den eigenen Schatten zu springen, um für die Kunden technologische Spitzenleistung zu erbringen.

Intel 14A (1,4 nm) wird voraussichtlich im Jahre 2026 in Produktion gehen. Zu jenem Zeitpunkt dürfte sich die TSMC immer noch mit dem 2nm-Prozess befassen. Die so begehrten Skaleneffekte würden dann Intel Foundry zugutekommen.

Intel könnte so mit der Implementierung des ersten 1-nm-Knotens, „Intel 10A“, gegen Ende 2027 beginnen, wenn alles nach Plan läuft, versteht sich. Kurz auf den Punkt gebracht: Wer zuletzt lacht, lacht am besten.

Intel inside: Fabelhafte „Megafabs“

Intel steht vor erheblichen finanziellen Herausforderungen. Das Geschäft der Halbleiterfertigung ist extrem kapitalintensiv. Erst erhebliche Skaleneffekte können die Profitabilität und damit den Fortbestand technologischer Überlegenheit sichern.

Intel Foundry braucht somit externe Kunden und das Unternehmen will deswegen Chips für seine direkten Mitbewerber fertigen. Pat Gelsinger hat da keine Berührungsängste, ganz im Gegenteil: „Ich will jeden KI-Chip der Industrie bauen,“ sagte der Chef. Intel Foundry sei eine Halbleiterschmiede für das KI-Zeitalter eben.

Intel will „westliche Fertigungskapazitäten im großen Maßstab wiederaufbauen“. Zusätzlich zur Wafer-Lithografie öffnet Intel sein komplettes Ökosystem für fortschrittliche Verpackung, Chipmontage und Tests gegenüber seinen Kunden. Unternehmen können einen vollständig fertigen Chip von Intel erhalten oder nur die einzelnen Dienste in Anspruch nehmen, die sie gerade benötigen sollten.

Fremde Auftraggeber

Die Idee ist bislang auf viel Zuspruch in der Industrie gestoßen. Intel hat bereits Aufträge mit einem erwarteten Gesamtwert von mehr als 15 Milliarden Dollar (über die gesamte Laufzeit) mit externen Kunden wie Microsoft abschließen können. Zum Vergleich: Die Vertriebspipeline für den Gaudi-3-Beschleuniger sei laut Hersteller rund 2 Milliarden Dollar wert.

Dennoch stellt Intel Foundry für den Konzern ein massives Unterfangen dar. Intel wird in den kommenden Jahren unweigerlich etliche Milliarden Dollar aufs Spiel setzen, bis die nötigen Skaleneffekte in Fertigungsknoten der Ångström-Ära erreicht sind.

Bis zum Jahre 2030 will der Chip-Pionier – heute ein Federgewicht – die zweitgrößte Foundry der Welt werden, so Gelsinger auf dem Intel Foundry Direct Connect-Event 2024. Intel positioniert sich dahingehend als ein Verbündeter der Verteidigungsindustrie westlicher Nationen. Dieses Argument kann die TSMC für sich nicht in Anspruch nehmen.

Das Damokles-Schwert über TSMC

China strebt bekanntlich eine „Wiedervereinigung mit Taiwan“ an. Präsident Xi Jinping hält dieses Ziel laut einem Bericht der Nachrichtenagentur Reuters für eine „historisch bedingte Unvermeidbarkeit“. Diese Wiedervereinigung würde eine umfassende Neugestaltung der globalen Versorgungsketten der Chip-Industrie verursachen und dem einen oder anderen Käufer einen Strich durch die Rechnung ziehen.

Intel zählt inzwischen zu den Nutznießern von Fördermitteln aus dem CHIPS and Science Act der Vereinigten Staaten und dem European Chips Act. Der "CHIPS and Science Act" der USA stellt 39 Milliarden Dollar für direkte Subventionen und Finanzhilfen zur Errichtung und Erweiterung von Halbleiterfabriken, 11 Milliarden Dollar für die Forschung und Entwicklung sowie 24 Milliarden Dollar für Steueranreize bereit.

Seit der Verabschiedung des Gesetzes haben Unternehmen mehr als 200 Milliarden Dollar an privaten Investitionen in den Vereinigten Staaten angekündigt. Intel konnte 8,5 Milliarden Dollar an Zuschüssen und 11 Milliarden Dollar an Darlehen plus eine Steuergutschrift sichern.

Subventionen hüben wie drüben

TSMC erhielt 6,6 Milliarden US-Dollar an Zuschüssen und 5 Milliarden Dollar an Darlehen zur Unterstützung seiner Fabrikationsanlagen im U.S.-Bundesstaat Arizona. Die Finanzspritzen sind in beiden Fällen an spezifische Bedingungen geknüpft, wie die Erfüllung bestimmter Investitions- und Entwicklungsmeilensteine.

Auch in Europa hat Intel bedeutende Unterstützung durch den "European Chips Act" erhalten. Intel plant unter anderem den Bau einer großen Produktionsanlage in Magdeburg. Sie soll als ein führender Standort für die Wafer-Fertigung dienen. Mit rund 33 Milliarden Euro an Investitionskapital gilt das Vorhaben als die größte ausländische Direktinvestition in der modernen Geschichte Deutschlands.

Der Bau der Fabrik wird etwa 3.000 dauerhafte High-Tech-Arbeitsplätze bei Intel sowie Zehntausende von Arbeitsplätzen bei seinen Partnern und Zulieferern schaffen. „Wir stärken das europäische Chip-Ökosystem“, sagt Max Milbredt, Program Manager bei Intel in Magdeburg.

Pat Gelsinger schlägt in dieselbe Kerbe. Intels holistische Investmentstrategie würde „ein europaweites Chip-Ökosystem der Weltklasse“ schaffen.

Intel erhöht unter anderem seine Investitionen in Irland auf über 30 Milliarden Euro, um die Intel 4-Prozesstechnologie nach Europa zu bringen. Diese Bemühungen sollen den Marktanteil Europas an der globalen Halbleiterproduktion von 10 Prozent auf 20 Prozent anheben.

Ein neues Forschungszentrum in Frankreich soll tausend neue High-Tech-Arbeitsstellen schaffen. In Polen erweitert Intel sein Forschungslabor, um Produkte in den Bereichen tiefer neuronaler Netze, Audio, Grafik, Rechenzentren und Cloud-Computing zu entwickeln.

Außerdem hat Intel strategische Partnerschaften mit Unternehmen wie Cadence, Ansys, Microsoft, Siemens und Synopsys etabliert. Diese Kooperationen sind Teil von Gelsingers Vision, Intel zur „Foundry für die Welt“ zu entwickeln.

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