GlobalData-Report 5G und KI: Chipindustrie muss sich neu erfinden

| Redakteur: Jürgen Schreier

Die Halbleiterindustrie muss sich in den kommenden Jahren auf gravierende Veränderungen einstellen. So ersetzen die Tech-Konzerne im KI -Umfeld "Standardware" zunehmend durch leistungsstarke proprietäre Chipdesigns. Auch der neue 5G-Mobilfunk stellt hohe Ansprüche hinsichtlich der Prozessorarchitekturen und Materialien.

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Unabhängige Foundries dürften davon profitieren, dass die großen Tech-Unternehmen immer häufiger auf proprietäre Chip-Designs setzen.
Unabhängige Foundries dürften davon profitieren, dass die großen Tech-Unternehmen immer häufiger auf proprietäre Chip-Designs setzen.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Angesichts der niedrigen Latenz und hohen Bandbreite des neuen Mobilfunkstandards 5G sieht die Halbleiterindustrie beträchtlichen Ansprüchen ausgesetzt. Erforderlich sind neue Architekturen, Materialien und Geschäftsmodelle, so der jüngste Report "‘Tech, Media, & Telecom Trends 2020 – Thematic Research" von GlobalData. Die zentrale Herausforderung besteht darin, riesige Datenmengen schnell zu verarbeiten und das bei viel geringerer Leistungsaufnahme pro gespeichertem, verarbeitetem und bewegtem Bit als bisher.

Mäßiges Wachstum der Industrie

Zunehmend werden die Daten Maschinen, Autos, Robotern, Drohnen und verbundenen Geräten in den Geräten selbst verarbeitet werden - nicht zuletzt um Performance-Probleme der Netzwerke zu umgehen und die Cyber-Bedrohungen zu reduzieren. Im Folgenden werden die wichtigsten Technologietrends im Bereich der Halbleiter aufgeführt, die von GlobalData identifiziert wurden.

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Das Jahr 2019 erwies sich nach dem sprunghaften Wachstum der letzten beiden Jahre als - vorsichtig formuliert - sehr unbefriedigend. Die Hauptprobleme der Halbleiterbranche lassen sich am besten vor dem Hintergrund der durch den Handelskrieg zwischen den USA und China verursachten Unsicherheiten, der enormen Überkapazitäten im Speichersektor, der schwachen Nachfrage nach Mikroprozessoren sowie des abflachenden Wachstums der Smartphone-Verkäufe verstehen.

Um die Scharte wieder auszuwetzen, müsste die Branche im Jahr 2020 um mehr als vier Prozent zu wachsen, so die Berechnungen von GlobalData. Doch sind die Absatzaussichten selbst bei fortschrittlichen Prozessoren nicht wirklich ermutigend, da die Investitionen in (neue) Rechenzentren in naher Zukunft nur ein bescheidenes Wachstum aufweisen dürften.

Künstliche Intelligenz erfordert algorithmische Chips

KI-Systeme müssen große Datenmengen schnell verarbeiten. Die Leistung von Allzweck-Chips hat sich zwar stark verbessert. Aber um eine neue Generation der KI-Technologie anzustoßen, müssten sie mit dem exponentiellen Anstieg der Datenmenge, die KI-Systeme verarbeiten, Schritt halten können. Das ist aber nicht der Fall, was wiederum zur Entwicklung schnellerer Hardware mithilfe algorithmenspezifischer Chips (embedded KI) und zu einem hohen Grad an Spezialisierung bei den KI.-Architekturen geführt hat.

Der gigantischen Mengen an Echtzeitdaten, die IoT-Geräte generieren, treibt die Forschung bezüglich neuer Chip-Architekturen und Materialien sowie in der Silizium-Photonik voran. Eine zunehmende Zahl von IoT-Geräten wird inzwischen mit eigenen Mikrocontrollern und Analysegeräten ausgestattet, um die Daten schneller (in Echtzeit) verarbeiten zu können und die Geräte weniger anfällig gegen Hackerangriffe zu machen.

Mikrochips schwächeln bei Cyberattacken

Fahrzeuge mit modernen Fahrerassistenzsystemen sind vernetzte Computer auf Rädern. Halbleiter werden 80 Prozent der Innovationen liefern, die erforderlich sind, um die Industrie zu vollständig autonomen Fahrzeugen der Stufe 5 zu bewegen. In den nächsten Jahren dürfte sich laut GlobalData der Wettbewerb um Design-Gewinne unter den wichtigsten Erstausrüstern (OEMs) verschärfen.

Die Stiftung RISC-V hat aktuell über 300 aktive Mitglieder, die die Möglichkeiten zur Entwicklung von Open-Source-, lizenz- und gebührenfreien RISC-Prozessordesigns für eine Vielzahl von Anwendungen ausloten. In den nächsten zwei Jahren werden RISC-V-Designs vor allem in China zügig eingeführt werden. Die auf RISC-V basierenden Entwicklungen von Alibaba im Bereich IoT-Chips wurden vor der Blockade der US-Exporte gegenüber Huawei abgeschlossen.

Der zunehmende Einsatz von IoT-Geräten erweitert die potenzielle Angriffsflächen für immer raffiniertere staatliche und private Cyber-Angriffe. Die Meltdown- und Spectre-Skandale aus dem Jahr 2018 haben die Schwächen von Mikrochips für Cyberangriffe aufgedeckt. Die Branche muss folglich die Sicherheit ihrer Produkte, aber auch der gesamten Lieferkette erhöhen.

Tech-Giganten setzen auf eigene Chip-Designs

Die Technologieriesen stehen unter zunehmendem Differenzierungsdruck und nabeln sich deshalb immer mehr von ihren traditionellen Lieferanten zugunsten eigener proprietärer Chip-Designs ab. Die Welt der Halbleiter wird sich deshalb auch weiterhin von Allzweckprozessoren weg hin zu spezifischen, anwendungsspezifischen Prozessoren bewegen. Die Technologiegiganten zunehmend die Chips im eigenen Haus.

Unabhängige Halbleiterhersteller dürften durch wachsende Zahl reine Design-Unternehmen und durch die proprietären Designs der Tech-Giganten Auftrieb erhalten. Es wird erwartet, dass in den nächsten Jahren weltweit rund 50 Milliarden Dollar für neue Chipfabriken ausgegeben werden - die Hälfte davon in China. Herausforderungen für die Foundries werden der weiterhin schrumpfende Formfaktor der Bauelemente (mit immer mehr Transistoren), die wachsende Höhe der 3D-Stack-Architekturen sowie die Weiterentwicklung von funktionalen Standard-Chipsätzen zu anwendungsspezifischen Chipsätzen sein.

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