Chip-Produktion teilen: Was kann Vietnam von der Welt lernen?

Was ist Multi-Project Wafer?

In einem früheren Artikel ging es um das Nationale Zentrum für die Test-Produktion von Halbleiter-Chips. Der kurze Name auf Englisch ist VNMPW/CC. Dort gibt es das Konzept Multi-Project Wafer. Das ist wie eine Fahrgemeinschaft im Auto. Einige Gruppen teilen sich einen Wafer. Jede Gruppe bekommt eine Ecke auf dem Wafer und druckt dort ihren eigenen Chip. Das Zentrum bezahlt im ersten Jahr alle Kosten und in den nächsten Jahren einen Teil der Kosten.

So muss eine Forschungsgruppe oder ein Startup nicht allein alle Kosten bezahlen. Die Kosten für die optische Maske (mask set) können bis zu einigen Millionen Dollar betragen. Das ist der teuerste Teil bei jeder Test-Produktion (tape-out). Die Test-Produktion ist wichtig, um das Design zu prüfen.

Das klingt einfach. Aber die Welt macht das Modell Multi-Project Wafer schon seit 40 Jahren. Und es gab viele Probleme. Dieser Artikel erzählt von den wichtigsten Problemen und Lehren.

Bild: Ein Doktorand arbeitet an einem Lithografie-System im Reinraum des Nano- und Energie-Zentrums der Universität für Naturwissenschaften, Nationale Universität Hanoi. Foto: Giang Huy - Duong Tam - Huu Danh

MOSIS: Kein Geld mehr, Studenten allein gelassen

Im Jahr 1978 unterrichtet die Chip-Ingenieurin Lynn Conway einen Kurs am MIT. Der Kurs heißt Design von sehr großen integrierten Schaltkreisen (VLSI) mit sehr vielen Transistoren auf einem Chip. Sie sieht: Studenten haben viele gute Ideen, aber kein Geld für die Test-Produktion. Deshalb organisiert sie eine gemeinsame Produktion. So können die Designs wirklich produziert werden. Das war das erste Programm in der Geschichte für Chip-Design mit vielen Universitäten und vielen Projekten.

Drei Jahre später gründet die US-Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsprojekte (DARPA) das Programm MOSIS. MOSIS setzt dieses Modell offiziell um. Bis zum Jahr 2010 hilft MOSIS leise bei der Produktion von zehntausenden Designs. Das ist eine sehr große Zahl für ein Programm, das wenige Menschen außerhalb der Branche kennen.

Aber das Leben ist nicht wie im Traum. Heute arbeitet MOSIS vor allem für kommerzielle Kunden. Das Hilfsprogramm für Universitäten gibt es nicht mehr. Als das öffentliche Geld weniger wird, muss sich das Programm selbst finanzieren. Es braucht mehr zahlende Kunden. Deshalb wird die erste Mission vergessen: armen Studenten helfen, Chips zum Lernen zu bekommen. Ein öffentliches Programm ohne nachhaltigen Finanzplan hilft am Ende nicht mehr der Gruppe, für die es gemacht wurde.

Europractice: Seit 30 Jahren mehr als nur Wafer teilen

Ähnlich wie MOSIS gibt es in Europa das Programm Europractice. Es beginnt im Jahr 1995. Dank Geld von der Europäischen Union (EU) wird das Zentrum größer. Nicht nur Top-Universitäten können mitmachen, sondern auch viele normale Universitäten. Sie können forschen und eine neue Generation von Ingenieuren ausbilden.

Heute hilft Europractice jedes Jahr mehr als 600 Universitäten und Forschungsinstituten. Es bietet ein komplettes Paket: billige Design-Werkzeuge, Produktions-Technologie, Training und komplette technische Hilfe. Der Unterschied bei Europractice ist: Sie denken, MPW ist nicht nur Wafer teilen. Sie verstehen: Forschern und Studenten die Chance geben, eine Test-Produktion zu machen und den eigenen Chip in der Hand zu halten, das muss zusammen mit Design-Werkzeugen und Unterricht passieren. Man muss ihnen zeigen, wie man die Werkzeuge benutzt. So werden Studenten wirklich Profis.

Europractice wird mindestens bis zum Jahr 2028 weiter bestehen. Im Februar 2026 bekommt eine Allianz von fünf Partnern unter der Leitung von imec Geld von der Europäischen Union (EU). Damit kann das Programm bis September 2028 weiterarbeiten. Nach 30 Jahren muss man immer noch nach Budget fragen. Das zeigt: Es ist sehr schwer, dass ein MPW-Modell sich selbst mit eigenem Geld finanziert. Es braucht immer lange Unterstützung vom Staat.

CIC in Taiwan: Mehr Erfahrung für Chip-Ingenieure

Wenn man über die Halbleiter-Industrie in Taiwan spricht, kennen alle TSMC. Aber wenige kennen CIC (Chip Implementation Center). CIC ist das Zentrum für tape-out in Taiwan. Seine Rolle ist ähnlich wie bei MOSIS oder Europractice.

In der Zeit von 1985 bis 1988 steigt die Zahl der Chip-Design-Firmen in Taiwan schnell von 8 auf 50. Bis 1999 werden 91% ihrer Produktions-Bedürfnisse von lokalen Firmen erfüllt. Diese lokalen Firmen produzieren Chips nach dem Design der Kunden. Es gibt einen Ort für tape-out in der Nähe. Er ist billig und leicht zu erreichen. Deshalb ist es verständlich, dass die Zahl der neuen Firmen im Chip-Design schnell steigt.

Ein interessantes Detail kommt vom Forschungsinstitut ITRI (Industrial Technology Research Institute). ITRI gilt als Wiege der Halbleiter-Industrie in Taiwan. Dort entstehen TSMC und CIC. ITRI lässt jedes Jahr aktiv 15% seiner Mitarbeiter nach außen gehen. Das klingt dumm, ist aber eine Methode, um technisches Wissen an private Firmen weiterzugeben. Denn die Erfahrung, wie man einen Chip wirklich macht, ist im Kopf der Menschen, nicht in Dokumenten. Das ist sehr wichtig: Die Kosten für tape-out und Test teilen ist noch nicht das Endziel. Es ist nur eine Übergangsphase. Sie gibt Ingenieuren mehr Erfahrung. Danach nehmen sie die Erfahrung mit in die ganze Branche.

Indien: Klare Zahlen

Indien beginnt spät im Jahr 2021. Aber das Gute ist: Indien veröffentlicht sehr klare und vollständige Zahlen: 24 Startups bekommen Hilfe, sie bekommen fast 4,30 Milliarden Rupien an Wagniskapital, etwa 67.000 Studenten und mehr als 1.000 Ingenieure aus Startups benutzen EDA-Software für Chip-Design, die die Regierung gekauft hat, 122 akademische Designs machen tape-out und 56 Chips werden erfolgreich im 180nm-Prozess produziert, bei den Startups gibt es 16 tape-outs mit