Leistungshalbleiter werden wieder teurer: Warum kämpft die KI inzwischen auch um ausgereifte Chips?
Was fehlt am meisten bei KI?
Die erste Reaktion vieler Menschen ist GPU.
In den letzten Jahren wurden von Nvidia über HBM bis hin zu fortschrittlichen Fertigungsverfahren und Hochgeschwindigkeitsverbindungen fast alle Aspekte im Zusammenhang mit KI-Servern – Preise, Produktionskapazitäten und Lieferketten – neu bewertet.
Doch jetzt überträgt sich die Preiserhöhung auf einen Bereich, der nicht so „fortschrittlich“ wirkt – Leistungshalbleiter.
Nach Berichten von Medien wie dem Securities Times haben Hersteller wie Infineon, Texas Instruments, STMicroelectronics und ON Semiconductor seit diesem Jahr schrittweise die Preise einiger Produkte angepasst. Einige taiwanesische Hersteller von Leistungshalbleitern planen zudem, die Preise für einige Lagerprodukte ab Oktober um etwa 10 % bis 15 % zu erhöhen.
Noch bemerkenswerter ist, dass die Industriekette einen der Gründe auf KI-Rechenzentren zurückführt.
Es stellt sich die Frage:
KI-Server benötigen die modernsten GPUs – warum werden schließlich auch Leistungshalbleiter knapp, die überwiegend mit ausgereiften 8-Zoll-Fertigungsverfahren hergestellt werden?
Die Antwort liegt in einer oft übersehenen Tatsache:
KI-Server bestehen nicht nur aus GPUs.
Damit mehrere Chips im Wert von zehntausenden Yuan oder mehr stabil laufen können, benötigt ein Server ein umfassendes System für Stromversorgung, Umwandlung, Schutz und Wärmeableitung.
Je stärker die KI-Rechenleistung ist, desto höher ist der Wert dieses „Hintergrundsystems“.
Das bedeutet, dass KI den Aufschwung der Halbleiterindustrie von den modernsten Spitzenchips schichtweise nach unten überträgt.
Je teurer die GPU ist, desto wichtiger werden die „unauffälligen“ Chips daneben
In einem normalen Computer beträgt die Leistungsaufnahme einer CPU möglicherweise nur einige zehn bis wenige hundert Watt.
Aber bei KI-Servern ist die Situation völlig anders.
Hochleistungs-GPUs und KI-Beschleuniger benötigen eine größere Stromversorgung, und in einem Serverschrank können mehrere leistungsstarke Chips eingesetzt werden.
Mit dem Anstieg der Rechenleistungsdichte ist die erste Veränderung:
Strom wird immer schwieriger zu übertragen.
Nachdem der Strom aus dem Stromnetz in das Rechenzentrum gelangt, kann er nicht direkt zur GPU geleitet werden.
Dazwischen sind mehrere Schritte wie Stromversorgungssystem, Servernetzteil, Spannungsumwandlung und Energieverwaltung erforderlich, um die Spannung in einen Zustand umzuwandeln, den der Chip tatsächlich nutzen kann.
Dabei werden überwiegend Leistungshalbleiter eingesetzt.
Wofür sind sie zuständig?
Einfach ausgedrückt: Sie steuern und wandeln Strom.
Beispielsweise wandeln sie Wechselstrom in Gleichstrom um, wandeln höhere Spannungen in die niedrigen Spannungen um, die der Chip benötigt, verbessern gleichzeitig die Umwandlungseffizienz, reduzieren Verluste und schützen Geräte in Ausnahmefällen.
Ein einzelnes Bauteil ist bei weitem nicht so teuer wie eine GPU.
Aber in einem KI-Server werden eine große Anzahl solcher Bauteile benötigt.
Je mehr Server, je höher die Leistung und je dichter die Rechenzentren sind, desto größer ist die Nachfrage.
Daher ergibt sich aus der Expansion der KI-Rechenleistung eine sehr lange Industriekette:
Anstieg der GPU-Anzahl → Erhöhung der Leistungsaufnahme der Server → Modernisierung des Stromversorgungssystems → Steigerung der Nachfrage nach Leistungsbauteilen.
In der Vergangenheit konzentrierte sich der Markt bei KI-Hardware hauptsächlich auf die teuersten Rechenchips.
Doch wenn der Bau von KI-Rechenzentren in eine skalierte Phase eintritt, stellt die Industriekette fest:
Was die stabile Funktion eines Rechenzentrums wirklich bestimmt, ist nie nur die ausreichende Anzahl von GPUs.
Sondern auch der Strom.
Warum werden gerade die „ausgereiften Fertigungsverfahren“ knapp?
Die Halbleiterindustrie vermittelt oft den Eindruck:
Je fortschrittlicher das Fertigungsverfahren ist, desto wertvoller ist es.
3-Nanometer ist fortschrittlicher als 7-Nanometer, 7-Nanometer wiederum fortschrittlicher als 28-Nanometer.
Dann stellt sich die Frage:
Warum kommt es bei den seit vielen Jahren bestehenden 8-Zoll-Fabriken noch zu Veränderungen bei Angebot und Nachfrage?
Der Grund liegt darin, dass nicht alle Chips das modernste Fertigungsverfahren anstreben müssen.
GPUs streben nach höherer Transistordichte, geringerem Stromverbrauch und stärkerer Rechenleistung, daher werden sie ständig auf fortschrittlichere Fertigungsverfahren umgestellt.
Bei Leistungsbauteilen ist das völlig anders.
Viele Leistungshalbleiter legen mehr Wert auf Hochspannungsfestigkeit, hohen Strom, Stabilität, Kosten und langfristige Zuverlässigkeit.
Für diese Produkte ist die Herstellung mit ausgereiften Verfahren sogar wirtschaftlicher.
Aus diesem Grund sind weltweit noch eine große Anzahl von Analogchips, Leistungsbauteilen, Automobilchips und Industriechips auf 8-Zoll-Waferfabriken angewiesen.
Sie sind nicht „fortschrittlich“, aber sehr wichtig.
Daraus ergibt sich auch das Problem.
Hersteller mit fortschrittlichen Fertigungsverfahren können riesige Summen in den Bau neuer Waferfabriken investieren, da die Preise für High-End-Chips hoch genug sind.
Bei den ausgereiften 8-Zoll-Fertigungsverfahren hingegen sind viele Anlagen nach Jahren des Betriebs bereits lange im Einsatz, und die Branche stand lange unter starkem Preiswettbewerb, sodass die Bereitschaft der Hersteller, die Produktion massiv auszuweiten, nicht immer sehr hoch ist.
Das führt zu einer besonderen Situation:
Die Nachfrage war ursprünglich sehr stabil, und das Angebot war ebenfalls relativ stabil.
Sobald plötzlich eine neue Nachfragequelle auftaucht, kann sich das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage schnell verändern.
KI-Rechenzentren sind genau eine solche Variable.
Berichten zufolge haben Brancheninstitute festgestellt, dass die KI-bezogene Nachfrage die Auslastung der Kapazitäten einiger ausgereifter 8-Zoll-Fertigungsverfahren erhöht.
Das bedeutet, dass die bisherige Logik der ausgereiften Fertigungsverfahren – „ausreichendes Angebot, ständig sinkende Preise“ – sich bei einigen Produkten verändert.
Das bedeutet natürlich nicht, dass der gesamte 8-Zoll-Markt von Knappheit betroffen ist, und man kann auch nicht davon ausgehen, dass alle Produkte mit ausgereiften Fertigungsverfahren teurer werden.
Die Situation bei verschiedenen Chips, verschiedenen Waferfabriken und verschiedenen Kunden ist sehr unterschiedlich.
Aber ein Trend ist bemerkenswert:
Ausgereifte Fertigungsverfahren bedeuten nicht mehr, dass das Angebot immer die Nachfrage übersteigt.
Diese Runde der Preiserhöhung ist nicht genau das Gleiche wie die frühere „Chipknappheit“
Die Halbleiterindustrie ist Preiserhöhungen nicht fremd.
In der weltweiten Phase der „Chipknappheit“ von 2020 bis 2022 gab es bei Automobilchips, MCUs und Leistungsbauteilen deutliche Versorgungsengpässe.
Aber wenn man diese Runde nur als Wiederholung des vorherigen Zyklus versteht, könnte man die wichtigste Veränderung übersehen.
Die frühere Chipknappheit ging größtenteils von Störungen durch die Pandemie, Logistikproblemen, Fehlausrichtungen der Lieferkettenbestände und der plötzlichen Erholung der Nachfrage nach Automobil- und Unterhaltungselektronik aus.
Die neue Variable, die heute auftritt, ist, dass KI die Struktur des Leistungsbedarfs in der Elektronikindustrie verändert.
Früher benötigten auch Rechenzentren Stromversorgungen.
Aber die Leistungsdichte herkömmlicher Server ist mit der heutiger KI-Server nicht vergleichbar.
Wenn die Leistungsaufnahme eines einzelnen Chips steigt und die Rechenleistung, die ein Schrank tragen kann, immer höher wird, steigt auch die Bedeutung der Effizienz der Stromversorgung gleichzeitig.
Angenommen, ein Rechenzentrum verbraucht 100 Einheiten Strom.
Wenn während der Stromumwandlung 5 % verloren gehen, werden 5 Einheiten Strom zu Wärme.
Wenn der Verlust durch effizientere Leistungsbauteile auf 3 % gesenkt wird, scheint der Unterschied nur 2 Prozentpunkte zu betragen.
Auf den Maßstab des ganzjährigen Betriebs eines großen Rechenzentrums übertragen, stehen hinter diesen 2 Prozentpunkten erhebliche Kosten für Strom, Wärmeableitung und Infrastrukturinvestitionen.
Im KI-Zeitalter geht es bei Leistungshalbleitern also nicht mehr nur darum, „ein paar Bauteile mehr zu verkaufen“.
Wichtiger ist:
Wie viel sind Kunden bereit, für höhere Effizienz zu bezahlen?
Das wird die Produktstruktur direkt beeinflussen.
Die Bedeutung von hocheffizienten Stromversorgungen, Leistungsmodulen und zugehörigen Halbleiterbauteilen wird voraussichtlich mit den Investitionen in die KI-Infrastruktur steigen.
In der Halbleiterindustrie ergibt sich dadurch eine interessante Veränderung:
Auf der einen Seite treibt KI die modernsten Chips zu 3-Nanometer und 2-Nanometer;
Auf der anderen Seite rücken einige Produkte mit ausgereiften Fertigungsverfahren wieder in den Fokus der Industriekette.
Preiserhöhungen um 10 % bis 15 % lassen sich nicht einfach als allgemeine Preissteigerung in der gesamten Branche verstehen
Bei solchen Branchennachrichten ist die häufigste Fehlinterpretation, dass man nach dem Lesen der Wörter „Preiserhöhung“ direkt davon ausgeht, dass die Branche vollständig in einen Aufschwung eintritt.
Tatsächlich ist es nicht so einfach.
Nach den derzeit veröffentlichten Informationen betreffen die Anpassungen einiger Hersteller bestimmte Produkte, bestimmte Kunden oder den Spotmarkt.
Die Anpassungen, die einige taiwanesische Hersteller planen, beziehen sich ebenfalls auf die Preise einiger Lagerprodukte mit einer Spanne von etwa 10 % bis 15 %.
Spotpreise und Preise für langfristige Verträge sind nicht dasselbe.
Großkunden und Kleinkunden zahlen nicht denselben Preis.
Die Situation bei verschiedenen Modellen, verschiedenen Lieferfristen und sogar bei verschiedenen Fabriken desselben Unternehmens kann unterschiedlich sein.
Um zu beurteilen, wie stark der Aufschwung bei Leistungshalbleitern wirklich ist, sollte man nicht nur auf die Höhe der Preiserhöhung achten, sondern gleichzeitig vier Indikatoren betrachten.
Der erste ist die Lieferfrist.
Wenn der Produktpreis steigt, aber die Lieferfrist nicht deutlich länger wird, ist es möglich, dass der Hersteller nur seine Preisstrategie anpasst.
Wenn Preis und Lieferfrist gleichzeitig steigen, ist das Signal für einen Versorgungsengpass in der Regel stärker.
Der zweite ist die Kapazitätsauslastung.
Ob die Waferfabrik wirklich ausgelastet ist, ist wichtiger als die Preiserhöhungsmitteilung.
Der dritte ist das Lagerbestand.
Der schlimmste Fall in der Halbleiterindustrie ist, dass die nachgelagerten Stellen aus Sorge vor Preiserhöhungen im Voraus Vorräte anlegen.
Plötzlich steigen die kurzfristigen Bestellungen, was nach starker Nachfrage aussieht, aber in Wirklichkeit werden die Lagerbestände nur von den vorgelagerten zu den nachgelagerten Stellen verschoben.
Der vierte ist die Dauer der Nachfrage.
Das Wachstum von KI-Servern ist ein echter Trend, aber wie viele Jahre die Nachfrage nach Leistungsbauteilen anhalten wird und auf wie viele Produkte sie sich ausweitet, muss noch beobachtet werden.
Man kann also nicht aufgrund der Preiserhöhung einiger Produkte einfach den Schluss ziehen, dass sich der Markt für Leistungshalbleiter vollständig erholt hat.
Das wirklich Wichtige ist, dass sich die Nachfragestruktur verändert.
Warum achtet die inländische Lieferkette besonders auf diese Veränderung?
Leistungshalbleiter sind auch ein Bereich, auf den Chinas Halbleiterindustrie seit langem einen Schwerpunkt legt.
Im Vergleich zu den modernsten Logikchips ist die inländische Industriekette für Produkte mit ausgereiften Fertigungsverfahren relativ vollständiger.
Von der Waferfertigung über MOSFETs, IGBTs bis hin zu Leistungsmodulen und zugehöriger Verpackung hat China ein relativ umfangreiches Industriesystem aufgebaut.
In den letzten Jahren erlebte dieser Markt auch einen harten Wettbewerb.
Nachdem viele Unternehmen ihre Produktion ausgeweitet hatten, sanken die Preise einiger Produkte ständig.
Für inländische Unternehmen ist das wirklich Bemerkenswerte an dieser Veränderung also nicht, dass „ausländische Hersteller die Preise erhöhen, also werden inländische Unternehmen automatisch profitieren“.
Diese Logik ist zu einfach.
Entscheidend sind drei Fragen.
Erstens: Wer ist wirklich in die Lieferkette von KI-Rechenzentren eingetreten?
Leistungsbauteile für gewöhnliche Unterhaltungselektronik erfüllen nicht vollständig die Anforderungen an Effizienz, Stabilität und Lebensdauer, die von Stromversorgungen in Rechenzentren gestellt werden.
Produktionskapazität zu haben bedeutet nicht, dass man in das System von High-End-Kunden aufgenommen wird.
Zweitens: Wer kann von einzelnen Bauteilen zu Komplettlösungen übergehen?
Rechenzentren legen zunehmend Wert auf die Gesamteffizienz der Stromversorgung.
Der zukünftige Wettbewerb wird möglicherweise nicht nur darum gehen, wie viel ein einzelner Chip kostet, sondern um Stromversorgungsarchitekturen, Moduldesign und Systemeffizienz.
Drittens: Wer ist in der Lage, kontinuierlich zu investieren?
Obwohl viele Leistungshalbleiter mit ausgereiften Fertigungsverfahren hergestellt werden, bedeutet das nicht, dass die Technologie keine Weiterentwicklung erfährt.
Materialien, Verpackung, Wärmemanagement und Bauteilstrukturen werden ständig verbessert.
Besonders bei Anwendungen mit hoher Leistungsdichte kann jede kleine Verbesserung der Effizienz zu einem wichtigen Kostenvorteil für Kunden werden.
Daher sind die Unternehmen, die wirklich von den Vorteilen der KI-Rechenzentren profitieren können, nicht unbedingt die mit den größten Produktionskapazitäten, sondern eher diejenigen, die in High-End-Anwendungen Einzug halten, langfristige Zertifizierungen bestehen und die Effizienz kontinuierlich verbessern können.