Wetterextreme, Oligopolbildung, Territorialansprüche Bricht die Versorgung mit Highend-Chips bald zusammen?

Autor Michael Eckstein

Elektronikfirmen weltweit – und mit ihnen hochtechnisierte Gesellschaften – hängen am Tropf weniger Mega-Chip-Foundries in Fernost. Ausgerechnet diese Fabriken haben mit zunehmenden Wetterextremen zu kämpfen. Und, im Falle Taiwans, mit chinesischen Territorialansprüchen. Eine brisante Mischung.

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TSMC Fab 16: Die weltweit wichtigsten Chipfabriken stehen in Regionen, die in mehrfacher Hinsicht gefährdet sind.
TSMC Fab 16: Die weltweit wichtigsten Chipfabriken stehen in Regionen, die in mehrfacher Hinsicht gefährdet sind.
(Bild: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Der plötzliche harte Wintereinbruch in Texas hat für einige Verwerfungen gesorgt – nicht nur politisch, sondern auch wirtschaftlich. Schneemassen und extreme Kälte führten zu Stromausfällen. Mehrere Halbleiterfabriken mussten ihren Betrieb zeitweise einstellen. Betroffen waren unter anderem Fabs von Qualcomm, Renesas, Samsung, Infineon (Cypress) und NXP. Dieser Vorfall zeigt, wie abhängig die hochtechnisierte Welt vom Wetter ist. Und das wird zunehmend extremer.

Hinzu kommt: Die Abhängigkeit ganzer Industriezweige von wenigen Einzelunternehmen nimmt zu. Paradebeispiele sind die Halbleiterfertiger TSMC und Samsung: Nur diese beiden Konzerne sind derzeit in der Lage, CMOS-Chips mit 5-nm-Knoten zu fertigen. Wobei TSMC die Technik schon so gut beherrscht, dass es sich bereits auf den Produktionsprozess für 3-nm-Knoten fokussiert. Nach eigenen Angaben ist man hier der Planung voraus, die Massenproduktion soll bereits im Herbst 2021 starten.

TSMC – so scheint es – gelingt mit Leichtigkeit, woran Intel seit Jahren scheitert. Der frühere Prozessorprimus laboriert immer noch an seinem 10-nm-Verfahren herum und fertigt seine aktuellen Highend-Chips im optimierten 14+++-nm-Prozess. Zur Ehrenrettung Intels sei gesagt, dass bei letzterem die Transistoren ähnlich dicht gepackt sind wie bei TSMCs 7-nm-Verfahren, wie Aufnahmen mit einem Scanning Electron Microscop (SEM) belegen sollen.

Drohende Oligopolisierung bei der Halbleiterfertigung

Trotzdem: Unter seinem neuen CEO Pat Gelsinger muss der Konzern eine Herkulesaufgabe bewältigen. Gelingt es ihm nicht, schnell funktionierende 7- und 5-nm-Prozesslinien an den Start zu bringen, droht er technologisch den Anschluss zu verlieren. Am Ende könnte auch Intel als fabless-Chiphersteller dastehen – genau wie AMD und unzählige andere Firmen.

Doch wenn auch Intel zukünftig immer mehr bei TSMC fertigen lässt – was ist, wenn diese Chipquelle einmal versiegen sollte? Nicht nur in der Schaltungs- und Systementwicklung sowie in der Distribution gibt es den wichtigen Grundsatz, potenzielle Single Points of Failure unbedingt zu vermeiden. Und gerade bei der Versorgung mit Highend-Chips steht dieser Grundsatz nun zur Disposition? Die Gefahr ist real. Dafür gibt es mehrere Gründe.

Akuter, anhaltender Wassermangel in Fernost

Einer davon ist der Klimawandel. Er ruft zunehmend Wetterextreme hervor – siehe oben. Der eisige Wind, der den Texanern derzeit ins Gesicht bläst, ist aber nur ein Beispiel. Ein weiteres ist akuter Wassermangel genau in den Regionen, in denen TSMC und Samsung (und andere bedeutende Halbleiterhersteller wie UMC oder Winbond) ihre Hauptproduktionsstandorte haben. Für TSMC ist das die Insel Taiwan, für Samsung Südkorea. Konkrete Zahlen untermauern die Bedeutung der Region: Taiwan allein hatte 2018 einen Anteil von 21,8% an der globalen Chipversorgung, gefolgt von Südkorea mit 21,3%. Tendenz steigend.

Aktuell berichten mehrere Quellen wie die Taipei Times oder Business Korea von zunehmenden Dürreperioden und deren Auswirkungen. In einer Pressekonferenz in Taipei hat Lai Chien-hsin, Generaldirektor der taiwanesischen „Water Resources Agency“ – zu Deutsch etwa „Behörde für Wasserressourcen“ – letzte Woche erklärt, wie dramatisch die Lage ist: Fast alle Gebiete im Westen des Landes sind mittlerweile in irgendeiner Form von Wasserrestriktionen betroffen.

Zum ersten Mal seit 56 Jahren habe es 2020 nicht einen einzigen, wasserspendenden Taifun über der Insel gegeben, zitiert das taiwanesische Nachrichtenportal Anue das taiwanesische Wirtschaftsministerium. Das habe zu einem Wassermangel in mehreren Regionen geführt, darunter Hsinchu, Tainan und Taichung. TSMC betreibt hier insgesamt 12 Fabs. Viele Wasserreservoirs führten nur einen Bruchteil der sonst üblichen Menge. So sei etwa der Stausee Hsinchu Baoshan nur zu 15,8% gefüllt, das Mingde Reservoir in Miaoli nur noch zu 11,6% – Pegeltendenz sinkend. Bei anderen sieht es aktuell nicht besser aus. Sporadische Niederschläge hätten die Situation nicht entschärft.

„Die Lage ist ernst“: Wasserrestriktionen schränken Handlungsspielraum ein

Laut Anue hat die taiwanesische Regierung im Oktober letzten Jahres erstmals ein zentrales Katastrophenschutzzentrum für Dürre eingerichtet – und beschlossen, die Wassereinsparungsrate für Industrien in den Regionen Hsinchu, Miao und Zentraltaiwan von 7% auf 11% zu erhöhen.

Auch die Taipei Times berichtet von zunehmender Wasserknappheit in Taiwan. So habe Wirtschaftsminister Wang Mei-hua auf einer Pressekonferenz in Taipeh gesagt, dass zwar 40 mm Regen über den chinesischen Neujahrsfeiertag gefallen sei, dies aber nicht ausreiche, um die schwindenden Wasserreserven des Landes aufzufüllen. Mittlerweile ist für mehrere Regionen die zweithöchste Wassermangel-Warnstufe ausgerufen worden. Weitere Einschränkungen seien daher notwendig.

Demnach empfehle die Water Resources Agency, dass der industrielle Wasserverbrauch in Hsinchu, Miaoli und Taichung um 11% und in Tainan und Chiayi um 7% gesenkt werden müsse. Unternehmen, die sich nicht an die Vorgaben halten, solle das Wasser abgestellt werden. „Die Lage ist ernst“, zitiert Taipei Times Wirtschaftsminister Wang.

Die Trockenzeit endet erst im Mai. Und die Wetterfrösche haben laut Tapei Times vorhergesagt, dass auch der März trockener sein wird als üblich. Daher habe die Regierung bereits Notfall-Wasserressourcen mobilisiert, etwa eine Notfall-Entsalzungsanlage im Bezirk Hsinchu und Notfall-Brunnen, um die Versorgung zu unterstützen.

Dürre kontra extrem hoher Wasserbedarf der Halbleiter-Fabs

Das Problem: Chipfabriken brauchen Wasser. Sehr viel Wasser. Zwischen den einzelnen Prozessschritten in der IC-Fertigung müssen die Oberflächen der Silizium-Wafer aufwendig bis in den nanoskopischen Bereich gereinigt werden. Dafür sind viele Chemikalien nötig – und eben massenhaft hochreines Wasser.

TSMC hatte bereits in der Vergangenheit Probleme mit der Wasserversorgung und hat verschiedene Wasserrecycling-Strategien entwickelt. So sammelt das Unternehmen Kondensatwasser aus Klimaanlagen und Regenwasser und baut Wasserrückgewinnungsanlagen. Noch 2021 sollen zwei Anlagen in Yongkang, Tainan im Süden Taiwans und im TSMC Tainan Science Park in der Lage sein, die Fabs mit täglich 10.000 l Wasser zu versorgen.

Auf seiner Webseite gibt das Unternehmen an, 2019 eine durchschnittliche Recyclingrate von immerhin knapp 87% des in Produktionsprozessen verwendeten Wassers erreicht zu haben. Die Gesamtmenge des von TSMC recycelten Wassers habe in diesem Jahr 133,6 Mio. t erreicht. Daraus ergibt sich ein Gesamtverbrauch für die Produktion von rund 155 Mio. t. Zum Vergleich: Das entspricht nahezu dem Gesamtvolumen des Forggensees bei Füssen in Bayern. Über 21 Mio. t musste TSMC als Frischwasser zuführen – damit ließe sich einmal die Listertalsperre in Nordrhein-Westfalen füllen.

Seit einigen Tagen lässt sich TSMC Wasser sogar per Tankwagen liefern, berichtet unter anderem der Nachrichtendienst Reuters. Sollte die Dürre anhalten, könnte TSMC gezwungen sein, seine Wafer-Produktion zu drosseln – was zu einer weiteren Verschärfung der ohnehin angespannten Situation in Punkto globale Chipversorgung führen würde.

Wachsendes Verlangen: China will Taiwan

Ein weiterer Grund dafür sind geopolitische und wirtschaftsstrategische Interessen: China drängt mit Nachdruck zu mehr Unabhängigkeit von ausländischen Hochtechnologien. Und Taiwan zählt nach Lesart der chinesischen Führung zu Festlandchina. Der aktuelle Status des bislang demokratischen Inselstaats (semipräsidentielle Republik, offizieller Name: Republik China) hat möglicherweise ein Verfallsdatum, das nicht mehr so weit in der Zukunft liegt. Seit Jahren werden das Säbelrasseln und die Rufe lauter, Taiwan zur Not mit Gewalt heim ins Reich der Mitte zu holen. Damit hätte China von einem Tag auf den anderen vollen Zugriff auf den weltweit wichtigsten und technologisch führenden Halbleiterfertiger: TSMC.

In seinem gerade veröffentlichten „Research Brief: The China Conundrum“ wird Malcom Penn vom Branchenanalyst Future Horizon deutlich: „Einfach den Strom abzustellen und die Fabriken von TSMC stillzulegen ist alles, was es braucht, um Amerika und den Rest der westlichen Welt in die Knie zu zwingen.“ Er schätzt, dass die nahezu sofort eintretenden Auswirkungen auf den globalen Handel und die Weltwirtschaft um Größenordnungen schlimmer wären als der Lehman-Brothers-Crash 2008 oder der erste harte Covid-19-Lockdown im Frühjahr 2020.

Für die Falken in China gibt es laut Penn keinen besseren Zeitpunkt zum Losschlagen als jetzt: Die nicht-chinesische Welt kämpft weiterhin mit der Covid-19-Pandemie, die US-Demokratie und -Regierung „wurde durch eine brutale und spaltende Präsidentschaftswahl zerschlagen und unterminiert“ und die Weltwirtschaft leidet unter einem globalen Chipmangel.

China hat eine starke Position – und weiß diese einzusetzen

Von Sanktionsdrohungen hat sich die chinesische Führung bislang weitgehend unbeeindruckt gezeigt – und wird das voraussichtlich auch weiterhin tun. Einen militärischen Konflikt wird wegen den „Ein-China“-Bestrebungen auch keine andere Macht vom Zaun brechen wollen. Im Gegenteil: Der Westen ist gespalten wie selten zuvor, eine gemeinsame Strategie für den Umgang mit China ist nicht erkennbar.

Mehr noch: „Anders als im Kalten Krieg scheint es keinen globalen Konsens darüber zu geben, ob die Unterstützung der Unabhängigkeit Taiwans von China es wert ist, China zu verärgern, insbesondere für einige Länder, deren größter oder ein entscheidender Handelspartner China ist“, gibt Penn zu bedenken.

Der Analyst befürchtet: Im Falle einer fortschreitenden Konfrontation würden herkömmliche Maßnahmen – etwa das Abriegeln von Seeverkehrswegen um den chinesischen Im- und Export zu stören oder der Ausschluss Chinas von den Kapitalmärkten – kaum Effekt zeigen in einer Welt, in der ein maßgeblicher Teil der Versorgung mit Highend-Chips über Nacht abgeschaltet wurde.

EU- und US-Chipinitiativen: „Schlecht durchdachte Kurzschlussreaktionen“

Der aktuelle Chipmangel hat bereits verheerende Auswirkungen unter anderem auf die Automobilindustrie. Und ist wohl doch nur ein kleiner Vorgeschmack auf die Situation, die bei einem tatsächlichen Ausfall taiwanesischer Halbleiterproduzenten eintreten würde. Grundsätzlich ist es daher sicher richtig, wenn die USA und verstärkt auch Europa nach Wegen suchen, wieder unabhängiger in Punkto Chipversorgung zu werden.

Die derzeitigen Herangehensweisen verbucht Penn allerdings eher als hektischen Aktionismus: „Die US-Initiative ‚Chips for America‘ und die EU-Initiative ‚European Initiative on Processors and Semiconductor Technologies‘ sind eher schlecht durchdachte Kurzschlussreaktionen als eine konzertierte Antwort auf ein ernstes globales Problem.“

Immerhin ist TSMC auf die Avancen der US-Regierung eingegangen und will in Arizona die modernste Halbleiterfabrik außerhalb Taiwans aufbauen. Diese soll Chips mit 5-nm-Knoten fertigen können. Auch Samsung denkt offenbar darüber nach, seine Fertigungskapazitäten in den USA auszubauen. Beides könnte die angespannte Chipversorgungssituation etwas entspannen. Bis zum nächsten extremen Wetterphänomen.

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