Diese fünf Engpässe bestimmen die Chipverfügbarkeit

Taiwan-Komplex: Nur wenige Unternehmen kontrollieren die globale Halbleiterproduktion. Aber nicht nur der Inselstaat, sondern auch vorgelagerte Rohstoff- und Technologiecluster bestimmen die globale Chipversorgung.

Die Chipsysteme von Nvidia sind zu einer Schlüsseltechnologie für die Entwicklung von Software mit künstlicher Intelligenz (KI) geworden – und die Geschäftszahlen des Chipkonzerns zu einem Gradmesser für den Zustand der KI-Industrie. So lässt der KI-Boom das Geschäft von Nvidia weiter explosiv wachsen. Trotz Zweifel unter Anlegern, ob die gewaltigen Investitionen in KI-Rechenzentren jemals zurückverdient werden. 

Fest steht: Nvidia hat erneut ein Rekordquartal verkündet. So stieg der Umsatz im vergangenen Quartal im Jahresvergleich um 73 % auf gut 68,1 Milliarden Dollar (57,7 Mrd Euro). Nvidia übertraf damit die Erwartungen der Wall Street. Selbst im Vergleich zum Quartal davor gab es ein Plus von 20 %. Für das laufende Vierteljahr stellte Nvidia den nächsten Sprung in Aussicht. 

Nur 21 Unternehmen kontrollieren globale Chipversorgung

Der neue Vulnerability-Report "The Taiwan Complex" des Wiener Supply-Chain-Intelligence-Anbieters Prewave macht jedoch die Kehrseite des Wachstums deutlich: Demnach sei die globale Halbleiterproduktion extrem konzentriert und hänge von einer extrem kleinen Zahl von Unternehmen und geografischen Knotenpunkten ab. So produziere ein einzelner Auftragsfertiger über 90 % aller Chips unterhalb der 7-Nanometer-Technologie. Und gerade einmal 21 Unternehmen würden kritische Produktionsschritte kontrollieren, und lokal begrenzte Störungen wie Naturkatastrophen oder geopolitischen Spannungen könnten Industrie und KI-Entwicklung auf der ganzen Welt beeinträchtigen. "Mit wachsenden KI-Investitionen werden diese Abhängigkeiten zum strategischen Risikofaktor", heißt es von Prewave.

Halbleiter stehen im Fokus des globalen KI-Investitionsbooms. Hochleistungs-Chips für KI-Training werden vor allem von US-Technologiekonzernen wie Nvidia oder Google entwickelt. "Die Fertigung erfolgt jedoch überwiegend bei spezialisierten und viel diskutierten Auftragsfertigern, insbesondere in Taiwan", so Prewave. Das Start-up bezeichnet dieses Phänomen als "Taiwan Complex" und beschreibt es als "eine vereinfachte Sicht auf geopolitische Risiken, die den strukturellen Charakter der Abhängigkeit unterschätzt". Denn nicht nur Taiwan selbst, so Prewave, sondern auch vorgelagerte Rohstoff- und Technologiecluster würden die globale Chipversorgung bestimmen.

Fünf Engpässe im Halbleitermarkt

Welche fünf kritischen Engpässe die weltweite Chipverfügbarkeit prägen, hat der Prewave-Report identifiziert.

1. Rohstoffe: High-Purity Quartz aus North Carolina 

Laut des Reports würden rund 95 % des weltweit benötigten High-Purity Quartz (HPQ) aus einem einzigen Abbaugebiet in Spruce Pine im US-Bundesstaat North Carolina stammen, dominiert von den Unternehmen Sibelco und The Quartz Corp. "Dieser Rohstoff ist unverzichtbar für die Herstellung von Silizium-Wafern, der physischen Grundlage jedes modernen Chips", so Prewave. 

Wie fragil diese Abhängigkeit sei, so das Start-up, hätte sich 2024 gezeigt, als Hurrikan Helene die Region traf. "Da die Weiterverarbeitung von Quarz zu Wafern mehrere Monate dauert, können kurzfristige Ausfälle zunächst abgefedert werden. Bei länger anhaltenden Störungen oder Lieferausfällen würde sich der Effekt jedoch zeitverzögert mit steigenden Preisen und möglichen Engpässen entlang der gesamten Chipproduktion global bemerkbar machen", heißt es. 

2. Waferproduktion: Japan und Südkorea dominieren 

Wafer sind die physische Grundlage der Halbleiter: Jeder Chip wird auf einem solchen Siliziumsubstrat gefertigt. "Dabei konzentriert sich ein wesentlicher Teil dieses kritischen Produktionsschritts auf wenige Anbieter und Standorte, vor allem in Japan und Südkorea", so der Report. Die Unternehmen Shin-Etsu und SUMCO sollen gemeinsam mehr als 50 % der globalen Waferproduktion halten, während Siltronic und SK Siltron einen Großteil der verbleibenden Kapazitäten stellen würden. 

3. Fertigungsmaschinen: Schlüsseltechnologien bestimmen Kapazität 

Laut des Prewave-Reports liege ein oft unterschätzter Engpass nicht in den Chips selbst, sondern in den Fertigungsanlagen. Besonders kritisch sei der niederländische Hersteller ASML, "der weltweit eine nahezu einzigartige technologische Stellung bei der EUV-Lithografie einnimmt", wie es heißt. Diese Technologie sei unverzichtbar für die Fertigung moderner Hochleistungschips unterhalb der 7-Nanometer-Strukturbreite. Das seien Chips, die für künstliche Intelligenz, Cloud-Infrastrukturen oder moderne Smartphones benötigt werden. 

Lam Research halte dem Report zufolge rund 45 % der Anlagen für hochpräzise Ätzprozesse, mit denen Transistorstrukturen in Silizium geformt werden. Applied Materials sei mit etwa 30 % Marktanteil führend bei Depositionsanlagen, mit denen atomare Schichten für die Chipproduktion aufgetragen werden. Gleichzeitig würden kritische Komponenten wie Optiken, Laser oder Vakuumsysteme häufig von einzelnen Zulieferern stammen, für die sich kurzfristig keine Alternative finden ließen. 

4. Foundries: Taiwan als globaler Produktionskern 

"Die strukturelle Abhängigkeit gipfelt in der eigentlichen Chipfertigung", heißt es von Prewave. Hier nehme Taiwan eine Schlüsselrolle ein. Der Auftragsfertiger TSMC halte etwa 65 bis 70 % Marktanteil und produziere über 90 % aller Chips unterhalb der 7-Nanometer-Technologie. Samsung sei derzeit der einzige weitere Hersteller, der Chips auf diesem technologischen Niveau in relevantem Maßstab produzieren könne. 

Gleichzeitig blieben auch ältere Fertigungstechnologien geografisch stark konzentriert und von regionaler Infrastruktur abhängig. "Trotz massiver Investitionen in neue Fabriken in den USA und Europa wird es Jahre dauern, bis alternative Produktionskapazitäten aufgebaut sind und stabile Ausbeuten erreichen", so der Report. Taiwan bleibe "damit auf absehbare Zeit ein zentraler Knotenpunkt der globalen Halbleiterproduktion und damit ein kritischer Faktor im globalen KI- und Technologiewettlauf". 

5. Packaging und Test: wenige Anbieter dominieren den letzten Produktionsschritt 

Ein weiterer hochkonzentrierter Produktionsschritt ist Assembly, Test und Packaging, der nach der eigentlichen Chipfertigung folgt. In diesem Segment halte ASE rund 45 % Marktanteil, so der Report, gefolgt von Amkor mit etwa 15 % und JCET mit rund 10 %. 

Die Konzentration auf Taiwan, Südostasien, China und Mexiko mache die Lieferkette anfällig für regionale Störungen. "Gleichzeitig hängen moderne Packaging-Verfahren nahezu vollständig von spezialisierten Materialien wie dem ABF-Filmharz von Ajinomoto ab", heißt es. Engpässe in diesem Produktionsschritt könnten die Auslieferung fertiger Chips verzögern, selbst wenn die eigentliche Chipfertigung stabil laufe. 

Verborgene Abhängigkeiten

Der Prewave-Report macht zudem deutlich, warum europäische Unternehmen ihre Abhängigkeiten oft erst spät erkennen. So zeige eine Analyse von 169 europäischen Unternehmen, dass nur etwa 24 % direkte Abhängigkeiten zu kritischen Halbleiter-Knotenpunkten auf Tier-1-Ebene hätten. Der Großteil der Abhängigkeit liege tiefer in der Lieferkette: 69 % der Unternehmen seien indirekt über Tier-2- oder Tier-3-Zulieferer betroffen, und bis zu 79 % würden ihre strukturelle Abhängigkeit erst auf Tier-4-Ebene erkennen.

Das bedeute, so Prewave, dass selbst Unternehmen mit scheinbar diversifizierten Lieferketten faktisch von denselben wenigen Upstream-Produzenten abhängig seien. "Diese strukturellen Abhängigkeiten bleiben oft verborgen, bis es zu einer tatsächlichen Störung kommt – zu einem Zeitpunkt, an dem alternative Beschaffungsoptionen meist nicht mehr kurzfristig verfügbar sind".