Wo bleibt die Redundanz? Auf der Strecke? Chip-Knappheit: Gleiche und Gleichere?

Autor / Redakteur: Anna Kobylinska und Filipe Pereia Martins* / Ulrike Ostler

Die Chip-Vorräte in den Lieferketten sind auf einem historischen Tiefstand. Die Preise steigen. Der Druck wächst. Die EU will sich von der Abhängigkeit vom Fernen Osten lösen. Hoffentlich bleibt die Redundanz diesmal nicht auf der Strecke.

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Die Chip-Knappheit könnte für steigende Preise sorgen und der Mangel sich bis ins Jahr 2023 ziehen. Das Fazit des Autorenduos: Die Die ITK-Branche war auf den kräftigen Nachfrageschub schlecht vorbereitet und kaum ein Unternehmen hat eine Failover-Strategie.
Die Chip-Knappheit könnte für steigende Preise sorgen und der Mangel sich bis ins Jahr 2023 ziehen. Das Fazit des Autorenduos: Die Die ITK-Branche war auf den kräftigen Nachfrageschub schlecht vorbereitet und kaum ein Unternehmen hat eine Failover-Strategie.
(Bild: © iQoncept - stock.adobe.com)

Die Bundesregierung bemängelt seit Monaten Engpässe auf den maritimen Schlagadern der serverladenden Industrie auf Strecken zwischen Asien, Nordamerika und Europa. Deutsche Industrieverbände schlagen Alarm über die unzureichende Verfügbarkeit von Fracht-Containern, Verspätungen der Abfertigung in Häfen und ansteigende Transportkosten. Nach Einschätzung von Hapag-Lloyd befindet sich die Containerschifffahrt gerade in der schwersten operativen Krise seit vielen Jahren.

Reinhard Ploss, Geschäftsführer und Vorstandschef von Infineon: „Wir kämpfen um jeden zusätzlichen Wafer.“
Reinhard Ploss, Geschäftsführer und Vorstandschef von Infineon: „Wir kämpfen um jeden zusätzlichen Wafer.“
(Bild: Infineon)

Die IT-Branche ist davon besonders stark betroffen. „Wir kämpfen um jeden zusätzlichen Wafer“, enthüllte Reinhard Ploss, Geschäftsführer und Vorstandschef von Infineon.

Das Problem: Hochkonjunktur

Globale Lieferketten hielten der Coronakrise lange Zeit unerschütterlich Stand. Doch zu guter Letzt sind sie dann doch aus dem Tritt geraten. Die globalen Lieferketten laufen mit angezogener Handbremse bei stark reduzierten Kapazitäten. Den betroffenen Unternehmen flattert jetzt die Covid-Rechnung ins Haus.

Wer sich im Gegensatz dazu mit den benötigten Komponenten bereits eindecken konnte, könnte die eigenen Schäfchen in trocknen Tüchern haben. Denn bei den Abnehmern herrscht Hochkonjunktur. So zum Beispiel sitze Infineon eigenen Aussagen zufolge auf einem Auftragsbestand, welcher die Produktion für zwei Jahre auslasten könne, sofern die Lieferketten dem Bedarf standhalten.

Samsung konnte inzwischen seine Margen ankurbeln und den Gewinn steigern. Intel hätte auch gerne abkassiert, nur dafür muss das Unternehmen noch Einiges an Vorarbeit leisten. Intels CEO Pat Gelsinger hat sich zu der Voraussage verleiten lassen, die Engpässe würden in der zweiten Jahreshälfte ihren Tiefpunkt erreichen, bevor sich die Lage beginnen würde, langsam zu verbessern. Der Mangel an Halbleitern würde inzwischen zahllosen Branchen schaden, von der Automobilindustrie bis zur Unterhaltungselektronik.

Die Preise werden steigen

Die Erholung der Wirtschaft vom Tiefpunkt der Pandemie hat eine Flut der Nachfrage nach den Bauteilen verursacht, die das Herzstück aller modernen Elektronik darstellen. Lockdowns und Veränderungen in der Art und Weise, wie große Teile der Weltbevölkerung arbeiten, haben die Umstellung auf digitale Systeme beschleunigt, was die Fähigkeit der Halbleiterindustrie, mit der Flut von Aufträgen Schritt zu halten, laut Gelsinger auf die Probe gestellt habe.

Inzwischen machen Gerüchte um die steigenden Preise für RZ-Hardware die Runden. „So schlimm wie jetzt habe ich es noch nie erlebt“, bemerkte ganz trocken Jayshree V. Ullal, CEO und Präsidentin von Arista Networks, bei der jüngsten Finanzkonferenz des Unternehmens am 2. August 2021 gegenüber Investoren und Analysten.

Von akuter Kupferknappheit über unzureichende Versorgung mit Wafern, dem sich zuspitzenden Fachkräftemangel bis hin zu Engpässen in der Logistik und Fracht sei „alles betroffen“ – sowohl Campus-Ausrüstung als auch Routing oder Switching und auch „alle sonstigen Rechenzentrumsprodukte“ und zwar auf Komponentenebene, so Ulall.

Jayshree V. Ullal ist Geschäftsführerin und Präsidentin von Arista.
Jayshree V. Ullal ist Geschäftsführerin und Präsidentin von Arista.
(Bild: Arista)

Arista würde „versuchen, so viel wie möglich aufzufangen und auszugleichen“, um die Kosten nicht an die Datacenter-Kunden weiterzugeben, so Ulall weiter – außer „in geringem Umfang“. Im Klartext läuft die Aussage darauf hinaus, dass die Preise für Rechenzentrumshardware unweigerlich anziehen werden, wenn auch erst im Jahre 2022. Bestehende Lagerbestände würden davon mit der Ausnahme von nur wenigen Produkten eher nicht betroffen sein und falls doch, dürften sich die Preissteigerungen im Bereich von zirka 5 Prozentpunkten bewegen.

Die Vorlaufzeiten für Komponenten, insbesondere jene für Halbleiter, hätten sich im Vergleich zur Zeit vor der Pandemie auf 40 bis 60 Wochen ungefähr verdoppelt. Die Situation sei „sehr angespannt“.

Schuld an dem Missstand seien ungeplant große Diskrepanzen zwischen Angebot und Nachfrage, glaubt Anshul Sadana, Chief Operating Officer und Senior Vice President von Arista. Denn Engpässe würden die Käufer dazu verleiten, weit im Voraus zu (über)planen und Puffer aufzubauen.

Engpässe bis 2023

Aber dies sei ja „keine Branche, in der man innerhalb eines Quartals reagieren“ könne. Der Engpass werde daher „noch lange anhalten“. Die Halbleiterbranche spricht vom Jahr 2023, geht jedoch hierbei von heutigen Wachstumsprognosen aus und diese seien mit einer hohen Unsicherheit behaftet.

„Eine Rückkehr der Chip-Industrie zu einem gesunden Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage kann ich mir vor dem Jahre 2023 kaum vorstellen“, orakelte auch Intels Gelsinger. Für eine Vielzahl von Branchen werde es „erst noch schlimmer“, bevor es besser würde.

Die allgemeine Erwartungshaltung scheint sich auch in der Nachfrage bereits zu widerspiegeln. Der Upgrade-Zyklus auf 200 G, 400 G (und 800 G) würde aus Sicht von Arista anders verlaufen als jener von 40G auf 100 G in den Jahren 2016 bis 2018, nämlich wesentlich langsamer. Zum einen hinge dies mit der fehlenden Kompatibilität zusammen, zum anderen mit der anhaltenden Unsicherheit hinsichtlich der langfristigen Versorgung.

Aristas Kunden neigten in dem aktuellen Upgrade-Zyklus eher zur Überprovisionierung ihrer Netzwerkkapazitäten durch das Aufrüsten auf die höchstmöglichen Geschwindigkeiten in der Cloud-Titan-Branchenvertikale, auch wenn sie die avisierte Bandbreiten noch nicht auslasten könnten. Diese Kunden würden demnach softwaredefinierte disaggregierte Konnektivität gegenüber reinen Whitebox-Switches bevorzugen.

Mit Handbremse in die Kurve

Die Halbleiterindustrie konnte im Pandemiejahr Rekordzahlen vermelden, bevor sie von Kapazitätsengpässen gelähmt wurde. Verspätungen in der weltweiten Containerschifffahrt haben die Chip-Produktion ins Stottern gebracht.

„Die Herstellung eines Halbleiters zählt zu den komplexesten Fertigungsprozessen überhaupt“, sagt Falan Yinug, Direktor bei Semiconductor Industry Association. Vorlaufzeiten von bis zu 26 Wochen seien in der Branche „die Norm“ gewesen, um einen fertigen Chip zu produzieren – wohlgemerkt vor der Pandemie.

Die Chip-Knappheit ist größtenteils das Ergebnis erheblicher Nachfrageschwankungen aufgrund der Pandemie und der verstärkten Nutzung von Halbleitern in modernen Fahrzeugen, glaubt Yinug. Laut dem Marktforschungsinstitut IDC soll der weltweite Umsatz mit Halbleitern im Jahr 2020 auf gigantische 464 Milliarden Dollar angestiegen sein. Dies entspricht einem Zuwachs von erstaunlichen 11 Prozent im Vergleich gegenüber dem Jahr 2019.

Schleppende Anpassung der Produktion an Nachfrageschwankungen

Die Halbleiterindustrie arbeite „fieberhaft“ daran, die Produktion hochzufahren, um den Post-Krisen-Aufschwung der Nachfrage auszugleichen. Das ginge jedoch nicht auf Knopfdruck. Die Halbleiterfertigung ließe sich an plötzliche und derart große Nachfrageschwankungen nicht zeitnah genug anpassen.

Das weltweite Wachstum der Nachfrage dürfte auf absehbare Zeit anhalten. Laut der Prognose von IDC dürfte der Markt im laufenden Jahr (2021) um weitere 12,5 Prozent auf 522 Milliarden Dollar heranwachsen. IDC führt das Wachstum größtenteils auf die starke Verbrauchernachfrage zurück. Doch der steigende Datenkonsum geht auch an Rechenzentren nicht spurlos vorbei. IT-Ausrüstung ist knapp und die Nachfrage stark.

Der PC-Markt habe ein jährliches Wachstum in dieser Größenordnung seit mindestens 2010 nicht mehr erlebt, so die IDC-Analysten. Die Halbleiterumsätze mit Computersystemen werden wohl Pandemie-getrieben auch im Jahre 2021 weiter stark wachsen, wenn auch in etwas geringerem Tempo.

In welchem Sektor fehlt es am meisten?

Wo Halbleiter jedoch am meisten gefragt sein dürften, ist in der Mobiltelefonbranche. Obwohl die Smartphone-Lieferungen im vergangenen Jahr um mehr als 10 Prozent zurückgegangen sind, sind die Umsätze im Jahre 2021 mit Halbleitern für Mobiltelefone dennoch gestiegen, weil viele Hersteller auf 5G-Geräte umgestiegen sind. Aber das ist nur der Anfang: Dieses Jahr (2021) werden Verbraucher erstmals neue 5G-fähige Handys in großem Stil kaufen. IDC prognostiziert, dass der Umsatz mit Chips, die Mobiltelefone antreiben, um knapp ein Viertel (genauer: 23,3 Prozent) auf 147 Milliarden Dollar steigen werde.

Viele börsennotierte Unternehmen waren vor der Coronakrise der Versuchung erlegen, ihre Lieferketten zur Kostensenkung zu straffen. Jetzt sind sie bei stellenweisen Lieferengpässen verwundbar.

Die Heimkehr der Halbleiter

Die deutsche Chip-Industrie hat bereits eine strategische Neuorientierung in Gang gesetzt und auch kurzfristige Korrekturen schleunigst in die Wege geleitet. Infineons neue Fabrik für Leistungshalbleiter im österreichischen Villach soll demnach ihren Betrieb vorzeitig aufnehmen – voraussichtlich bereits „in den nächsten Wochen“.

Auch Bosch ließ die Chip-Fertigung in der nagelneuen 1 Milliarde Euro teuren Fabrik der Unternehmensgruppe in Dresden einige Monate früher als geplant anlaufen, allerdings würde das Werk höchstens für den Eigenbedarf des Konzerns liefern. Mit einer Rückkehr zur Normalität sei erst im nächsten Jahr zu rechnen, glaubt Volkmar Denner, der Vorsitzende der Geschäftsführung von Bosch. In der zweiten Hälfte dieses Jahres dürfte der Druck aber nachlassen.

Die Politik will dafür Ihres tun. Die Halbleiterfertigung soll sich schnellstmöglich in Europa ansiedeln. Der taiwanische Auftragsfertiger TSMC soll ja bereits mit Infineon, Bosch und der niederländischen NXP Semiconductors über den Bau einer Chip-Fabrik beraten, um die Autoindustrie zuverlässiger zu beliefern. Als Standort sei Dresden im Gespräch, wo Infineon und Bosch bereits produzieren.

TSMC baut ja bereits fieberhaft in Japan und im U.S.-Bundesstaat Arizona. Doch die fortschrittlichste Technologie wird voraussichtlich in Taiwan bleiben – wo sowohl die Forschung als auch das Management angesiedelt sind.

Die taiwanesische TSMC möchte die Autoindustrie demnächst mit N5A-Chips in 5-Nanometer-Technologie beliefern, um anspruchsvolle KI-Arbeitslasten in Edge-Szenarien auf Achse zu ermöglichen. Bisher fertigt die TSMC diese Art von Chips in 7 nm-Technik (N7 und N6). Der neue Prozess soll die Energieeffizienz um rund 40 Prozent verbessern und die Logikdichte um satte 80 Prozent steigern. Die Chips sollen im dritten Quartal 2022 in hohen Stückzahlen lieferbar sein.

TSMCs Fertigungslinie in 3 nm soll in der zweiten Jahreshälfte 2022 anlaufen; zu jenem Zeitpunkt dürfte Intel gerade einmal bei 7 nm angekommen sein. Doch damit nicht genug: Noch vor Anfang 2023 möchte TSMC in der Lage sein, aus der 2 nm-Fabrik in Taiwan den HPC- und Smartphone-Markt zu beliefern, teilte das Unternehmen Anfang August mit.

Erste Güte aus zweiter Hand?

„Ähnlich wie bei einem Verkehrsstau und dem Ripple-Effekt wirkt sich eine Störung in der Halbleiter-Lieferkette, die an der Kapazitätsgrenze arbeitet, auf die gesamte Lieferkette aus“, so IDC. So treibt die weltweite Chip-Knappheit inzwischen immer mehr Unternehmen dazu, für ihre Rechenzentren gebrauchte Geräte zu beziehen. Das Aufkommen selbstheilender Anwendungsarchitekturen hat die Fehlertoleranz für Hardwarekomponenten mit einer (unbekannten) Vorgeschichte tendenziell erhöht.

Was Hyperscaler an Hardware ausmustern, „fliegt“ im Nullkommanichts über die sprichwörtliche Ladentheke von Resellern wie servershop24.de, serverschmiede.com oder 2nd-source.de, in der Regel als einzelne Ersatzteile. Den größten Wert auf dem Sekundärmarkt haben Speicher und CPUs.

In Rechenzentren sind alle kritischen Komponenten – ob PDUs, Kühlung, Compute, Storage oder Konnektivität – mit einer gehörigen Dosis an Paranoia mehrfach redundant ausgelegt. Doch bei der Produktion von Halbleiterchips sah die ganze Industrie nichts Falsches darin, sich auf einen einzigen Anbieter zu verlassen und die Erkenntnisse rund um die Vorteile von Redundanz in Bezug auf die eigenen Versorgungsketten einfach in den Wind geschlagen.

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Die Halbleiterindustrie macht vorerst nach wie vor durch Rekordzahlen von sich reden. Doch in den Wertschöpfungsketten schlummern Lieferengpässe, die sich bald in steigenden Preisen niederschlagen könnten. Im besten Falle.

Renommierte Consulting-Agenturen hatten ihren Kunden das Outsourcing der Halbleiterfertigung unter dem Stichwort „Fabless“ als eine Tugend gepredigt. Zahllose Hardware- und Infrastrukturanbieter und sogar Automobil- und Maschinenbauer sind wie Lemminge diesem Ratschlag in den Abgrund gefolgt. Nur die Wenigsten verfügen heute über einen Failover für ihre eigene Versorgung kritischer Komponenten und/oder Rohstoffe.

Die ITK-Branche ist auf den kräftigen Nachfrageschub schlecht vorbereitet. Die starken Umsätze des vergangenen Jahres spiegeln eine Industrie wider, die zurzeit ganz nahe an der eigenen Kapazitätsgrenze arbeitet und redundant ausgelegte Lieferketten nicht vorweisen kann. Wer jetzt den Kürzeren zieht, dürfte sich von dem Schock kaum schnell genug erholen.

Ohne eigene Produktionskapazitäten sind bloße Eigentumsrechte an Chip-Designs offenbar nur wenig wert. Die Ansicht von Gelsinger macht ihn zu einer führenden Stimme unter den Führungskräften, die argumentieren, dass die aktuelle Explosion der Nachfrage nach Chips mehr als nur eine kurzzeitige Angebotskrise sei.

Broadcom-CEO Hock E. Tan hält an seiner Position fest, dass die derzeitige Angebotsknappheit die Branche wohl kaum in den Überflieger verwandelt habe, an den Gelsinger und andere so gerne glauben möchten. Während Broadcom in der Pandemie einen zweistelligen Umsatzanstieg verzeichnet habe, würde es sich bei der Chip-Industrie grundsätzlich um eine reife Branche handeln, die eher zu einem geringeren Wachstum zurückkehren dürfte, sobald sich der Staub gelegt haben werde.

* Das Autoren-Duo Anna Kobylinska und Filipe Pereia Martins arbeitet für McKinley Denali Inc. (USA).

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