Wafer

Ein Wafer ist eine runde, sehr dünne Scheibe aus Silizium. Silizium ist das Material, aus dem auch Sand zu großen Teilen besteht, nur wird es für Wafer extrem aufwendig gereinigt. Die Scheibe ist typischerweise 30 Zentimeter breit und weniger als einen Millimeter dick, und ihre Oberfläche ist auf atomarer Ebene glatt poliert. Auf dieser Fläche werden Computerchips hergestellt: die winzigen Bauteile, die in Handys, Autos und Rechenzentren das Rechnen übernehmen. Dabei entsteht nicht ein Chip pro Scheibe, sondern es entstehen viele gleichzeitig, ordentlich in einem Raster nebeneinander. Erst ganz am Ende wird die Scheibe zersägt, und jedes einzelne Rechteck wird zu einem fertigen Chip.

Warum die Scheibengröße über den Chippreis entscheidet

Die Herstellung eines Wafers ist teuer, aber der Preis hängt kaum davon ab, wie viele Chips am Ende darauf sind. Eine Fabrik verarbeitet die Scheibe als Ganzes, Schritt für Schritt. Je mehr brauchbare Chips eine Scheibe liefert, desto billiger wird der einzelne Chip. Deshalb ist die Industrie über Jahrzehnte von kleinen Scheiben auf immer größere umgestiegen. Der heutige Standard sind 300 Millimeter Durchmesser.

Entscheidend ist außerdem die Ausbeute, auf Englisch Yield. Damit ist der Anteil der Chips auf einer Scheibe gemeint, die tatsächlich funktionieren. Ein einziges Staubkorn oder ein Fehler im Material kann einen Chip unbrauchbar machen. Bei sehr modernen Fertigungsverfahren fällt anfangs oft ein erheblicher Teil der Chips durch. Steigt der Yield später an, sinken die Kosten pro funktionierendem Chip deutlich, ohne dass sich am Prozess viel ändert.

Für Anleger und Nachrichten ist das relevant, weil große Chipfirmen ihre Kapazität in Wafern pro Monat angeben. Eine Fabrik, die 100.000 Wafer im Monat schafft, ist eine andere Hausnummer als eine mit 20.000. Wenn Nvidia oder Apple mehr Chips brauchen, müssen sie sich Waferkapazität bei einem Auftragsfertiger wie TSMC sichern. Diese Kapazität ist knapp und wird oft Jahre im Voraus gebucht.

Vom Kristall zur zersägten Scheibe

Am Anfang steht ein einziger großer Siliziumkristall. Er wird aus einer glühenden Schmelze langsam nach oben gezogen und wächst dabei zu einem Zylinder von etwa einem Meter Länge. Dieser Zylinder wird in Scheiben gesägt, geschliffen und poliert. Das Ergebnis ist der blanke Wafer, auf dem noch keinerlei Schaltung zu sehen ist.

Danach folgen hunderte Bearbeitungsschritte in der Fabrik. Immer wieder wird eine hauchdünne Schicht aufgetragen, mit Licht ein Muster darauf belichtet und das überschüssige Material weggeätzt. Man kann sich das wie das Drucken von sehr vielen Ebenen übereinander vorstellen, wobei jede Ebene exakt zur darunterliegenden passen muss. So entstehen Schicht für Schicht die Leiterbahnen und Transistoren eines Chips.

Zum Schluss wird jeder Chip auf der Scheibe elektrisch getestet. Defekte Exemplare werden markiert und später aussortiert. Dann zersägt eine Maschine den Wafer in die einzelnen Rechtecke, die Dies genannt werden. Jedes gute Die kommt in ein Gehäuse mit Anschlüssen und ist damit der Chip, den man auf einer Platine sieht.

Wafer in Nachrichten über Chipfabriken und KI

Der Begriff taucht meist auf, wenn es um Lieferengpässe oder neue Fabriken geht. Wenn eine Meldung von einer Fabrik für 40.000 Wafer pro Monat spricht, beschreibt das ihre Produktionsmenge. Auch Subventionen wie der europäische Chips Act werden häufig in geplanter Waferkapazität gemessen. Das ist die übliche Währung der Branche, nicht die Zahl fertiger Chips.

In der KI-Welt gibt es einen Sonderfall, der oft für Verwirrung sorgt. Die Firma Cerebras zersägt ihre Scheibe nicht, sondern baut aus einem kompletten Wafer einen einzigen riesigen Chip. Dieser Wafer Scale Engine ist etwa so groß wie ein Essteller und für das Training von KI-Modellen gedacht. Das ist die Ausnahme, die zeigt, wie ungewöhnlich das normale Zersägen eigentlich ist.

Ein häufiger Irrtum ist, Wafer und Chip gleichzusetzen. Der Wafer ist das Werkstück während der Fertigung, der Chip das Endprodukt daraus. Wer die Begriffe unterscheidet, versteht Meldungen über die Halbleiterindustrie deutlich leichter.