Woher Chipkapazität kommt: Fabs, Materialien und die 5-Stunden-Linie

„Kapazität" klingt nach einer einfachen Zahl: wie viele Wafer eine Anlage pro Monat durchbekommt. So einfach ist es nicht. Kapazität ist eine Kette aus Prozessen, Materialien und Maschinen. Das schwächste Glied setzt die Obergrenze.

Woher diese Obergrenze kommt, zeigen Berichte von IEEE Spectrum, Tom's Hardware, TechCrunch, CNBC, Texas Instruments und Construction Physics.

Die erste automatisierte Linie war schneller

IEEE Spectrums Geschichte von IBMs Project SWIFT ist der beste Ausgangspunkt. Sie zeigt, wie weit sich die Branche von der Fertigung an einem einzigen Tag entfernt hat. 1970 schlug Bill Harding, damals Leiter der Manufacturing Research Group von IBM in East Fishkill, New York, eine vollautomatische Waferfertigungslinie vor. Sie sollte integrierte Schaltungen in weniger als einem Tag produzieren. Damals, so IEEE Spectrum, entstanden ICs wie Random-Access-Memory-Chips üblicherweise in einem einen Monat dauernden Hin und Her durch Dutzende manuelle Arbeitsstationen. Die Zahlen in diesem Bericht von IEEE Spectrum sind es wert, festgehalten zu werden. SWIFT brauchte im Schnitt 5 Stunden, um jede Schicht seines Fertigungsprozesses abzuschließen. Die schnellsten modernen Fabs brauchen laut demselben Artikel 19 Stunden pro Prozessschicht, der Branchendurchschnitt liegt bei 36 Stunden. Moderne ICs werden mit deutlich mehr Schichten auf größeren Wafern gebaut, und die Prozessführung ist komplexer. IEEE Spectrum argumentiert jedoch, dass diese Faktoren die Lücke nicht vollständig schließen.

Hardings automatisierte Fertigungslinie war wirklich, wahrhaftig schnell.

Die milliardenteuren Fabs von heute messen die Fertigungszeit eines fortgeschrittenen IC in Wochen, nicht in Tagen, berichtet IEEE Spectrum. Der Artikel hält außerdem fest, dass SWIFTs Innovationen in hoch automatisierten Chipproduktionen heute alltäglich sind, ihre Durchlaufzeit aber nie erreicht wurde. So sollte man Kapazitätsaussagen lesen: Der Ausstoß einer Fab hängt davon ab, wie viele Schichten sie wie schnell bearbeiten kann, nicht nur davon, wie groß das Gebäude ist.

Nationale Programme bauen Kapazität auf, keine Schichten

Regierungen konkurrieren inzwischen direkt über Kapazität. Am 15. Juli 2026 berichtete TechCrunch, Indien habe ein Mobile Phone Manufacturing Scheme über 625 Milliarden Rupien (rund 6,5 Milliarden Dollar) vorgestellt. Das Fünfjahresprogramm belohnt Smartphone-Hersteller auf förderfähige Verkäufe mit Anreizen von 2,25% bis 5%, plus zusätzlich 1,5% für die Beschaffung zentraler Komponenten und Baugruppen in Indien.

Neu-Delhi sagte zudem weitere 1,28 Billionen Rupien (etwa 13,3 Milliarden Dollar) zu, um die heimische Halbleiterfertigung zu stärken, und erweiterte damit ein 2021 gestartetes Chip-Förderprogramm über 10 Milliarden Dollar. Das Ausmaß der Lücke steht im selben TechCrunch-Artikel. China kam 2025 auf 63% der weltweiten Smartphone-Produktion, Indien auf 18%, so Counterpoint Research. Indiens Smartphone-Programm läuft bis März 2031, und die Regierung erwartet in diesem Zeitraum eine Handyproduktion von insgesamt rund 39 Billionen Rupien (etwa 405 Milliarden Dollar) sowie rund 60.000 direkte Arbeitsplätze durch das Programm. Apple begann 2017 mit der Montage von iPhones in Indien, und inzwischen werden laut TechCrunch etwa 25% seiner iPhones dort gefertigt.

Malaysia geht einen anderen Weg in dieselbe Kette. CNBC berichtete am 18. April 2024, Malaysia halte 13% des Weltmarkts für Chip-Verpackung, Montage und Testdienstleistungen, laut einem auf den 18. Februar datierten Bericht der Malaysian Investment Development Authority. Finanzminister Amir Hamzah Azizan sagte CNBCs Karen Tso bei den Frühjahrstagungen des IWF in Washington: „Der Halbleiterbereich befindet sich jetzt im Aufschwung, und Malaysia wird davon profitieren."

Auf die Frage nach der Konkurrenz aus China und den USA sagte Amir Hamzah, das Land sehe China, Malaysias größten Handelspartner, nicht als Rivalen: „Ich denke, die Realität ist, dass es genug Wachstum gibt, das verteilt wird. Also wird jeder davon etwas abbekommen." Er fügte hinzu, Malaysia gehe nicht „frontal auf das Ende des High-End-Wettbewerbs zu, wo vielleicht die USA alle Teile zusammenbringen."

Eine einzige Stadt und ein einziges Material

Kapazität hängt auch von Materialien ab, die selten Schlagzeilen machen. Spruce Pine in North Carolina beherbergt Minen für hochreinen Quarz. Daraus entsteht ultrareiner Quarz, der für die Tiegel gebraucht wird, in denen geschmolzenes Silizium zu Ingots verarbeitet wird. Tom's Hardware berichtete am 1. Oktober 2024, Hurrikan Helene habe über zwei Fuß Regen nach Spruce Pine gebracht, Straßen abgeschnitten und Bewohner ohne Strom zurückgelassen. Die Schäden bei den beiden Bergbauunternehmen Sibelco North America und The Quartz Corp ließen sich nur schwer einschätzen. The Quartz Corp sagte gegenüber The Verge, es sei zu früh, um festzustellen, ob seine Produktionsanlage für hochreinen Quarz betroffen sei, so Tom's Hardware, das hinzufügte, Sibelco habe eine Betriebsunterbrechung angeblich bestätigt. Tom's Hardware wies außerdem darauf hin, dass ein Brand von 2008 in der Stadt den Fluss von hochreinem Quarz zum Weltmarkt gestört habe und ein Produktionsstopp heute schwerere Folgen haben könnte, da die Welt mehr Chips braucht als 2008.

Construction Physics prüfte in einem am 8. November 2024 veröffentlichten Beitrag die Behauptung, die gesamte Halbleiterfertigung hänge von Quarz aus Spruce Pine ab. Das Urteil: Quarz aus Spruce Pine ist nicht ganz ein unersetzlicher Angelpunkt, doch die Alternativen sind alle eine Kombination aus noch nicht entwickelt, nicht ganz so gut und nicht ganz so billig. Eine Unterbrechung der Lieferung würde Halbleiter wahrscheinlich nicht völlig abwürgen, aber sie würde bedeuten, dass die Ausbeuten sinken und die Kosten steigen, so die Analyse.

Derselbe Beitrag legt die Prozessgrenzen im Detail dar. Die meisten modernen Halbleiter bestehen aus Silizium mit 99,9999999% Reinheit, bekannt als 9N, für Mikrochips, und etwas weniger rein, 6N bis 8N, für Solarzellen. Monokristallines Silizium entsteht fast vollständig im Czochralski-Verfahren, bei dem Polysilizium in einem Quarztiegel bei mehr als 1400 Grad Celsius geschmolzen wird. Quarztiegel kosten mehrere tausend Dollar pro Stück, sind auf rund 400 Betriebsstunden begrenzt, und eine Arbeit schätzte, dass 30% der Fertigungskosten monokristalliner Silizium-Ingots auf die Tiegel entfielen, berichtet Construction Physics.

Materialien, nicht nur Maschinen

Chiphersteller erweitern ihre Kapazität auch bei bestimmten Materialien. Texas Instruments gab am 24. Oktober 2024 bekannt, mit der Produktion von Galliumnitrid-Leistungshalbleitern in seinem Werk in Aizu, Japan, begonnen zu haben. Zusammen mit der bestehenden GaN-Fertigung in Dallas, Texas, wird TI damit viermal mehr GaN-basierte Leistungshalbleiter selbst fertigen, sobald Aizu hochfährt. Mohammad Yunus, Senior Vice President Technology and Manufacturing bei TI, sagte in der Ankündigung, das Unternehmen habe „unsere 200-mm-GaN-Technologie erfolgreich qualifiziert" und wolle die interne Fertigung bis 2030 auf mehr als 95% steigern.

TI erklärte, man habe die GaN-Fertigungsprozesse bereits früher im Jahr 2024 auf 300-mm-Wafern erprobt, und die erweiterten GaN-Prozesse seien vollständig auf die 300-mm-Technologie übertragbar. Das Unternehmen teilte außerdem mit, es habe sich verpflichtet, bis 2027 in seinen US-Betrieben und bis 2030 weltweit zu 100% Strom aus erneuerbaren Quellen zu nutzen. Nichts davon ändert die Rechnung einer Fab, aber es ändert, wer sie beliefern kann.

Zusammengenommen legt die Quellenlage nahe, Kapazität als Stapel zu verstehen: die Prozesslinie und ihre Schichtzeiten, die nationalen Förderprogramme, die neue Werke bezahlen, und die Minen und Tiegel, die sie versorgen. Das IBM-Beispiel setzt den historischen Maßstab. Moderne Fabs, nach IEEE Spectrums eigenen Zahlen, schlagen ihn noch nicht.