UMC erhält Berichten zufolge Aufträge über bis zu 10.000 Siliziumphotonik-Wafer, während KI-Verbindungen höhere Geschwindigkeiten erfordern

Produktion in Singapur rückt UMC bei optischen Chips ins Rampenlicht

United Microelectronics Corp. (UMC) hat Berichten zufolge Aufträge über bis zu 10.000 Wafer mit photonischen integrierten Schaltkreisen von dem Anbieter optischer Module InnoLight und dem Photonik-Entwickler Saili erhalten. Zu den Investoren von Saili zählt der Venture-Capital-Arm von Tencent. Die Produktion ist im UMC-Werk in Singapur geplant. Weitere Aufträge sind möglich, wenn Kunden ihre Versorgung mit Chips für schnelle Verbindungen zwischen Computersystemen ausbauen.

Branchenschätzungen zufolge liegt der Verkaufspreis einiger fortschrittlicher photonischer integrierter Schaltkreise bei etwa dem Siebenfachen herkömmlicher CMOS-Wafer. UMC hat sich nicht zu bestimmten Kunden oder Aufträgen geäußert; auch die Preisschätzung wurde vom Unternehmen nicht bestätigt. Liefertermine und finanzieller Umfang der gemeldeten Aufträge wurden nicht bekannt gegeben.

Die Entwicklung vereint zwei Kräfte, die das Geschäft von UMC mit optischer Kommunikation prägen: die wachsende Nachfrage nach einem schnelleren Datentransfer in KI-Systemen und die Bemühungen des Unternehmens, etablierte Fertigungsprozesse für höherwertige Spezialprodukte zu nutzen. Die Chance liegt in der Herstellung von Chips, die Licht verarbeiten, zusätzlich zu den elektrischen Signalen, die in herkömmlichen Halbleiterfabriken geläufig sind.

UMC und SILITH gaben im Juli bekannt, dass die ersten Produktionschargen von 12-Zoll-Siliziumphotonik-Wafern in Singapur ausgeliefert worden seien. Der Übergang von der Entwicklung zur Produktion dauerte 18 Monate; die Produkte bestanden zudem die Qualifizierung durch einen großen Cloud-Anbieter. Damit verfügen die gemeldeten Aufträge über eine Fertigungsgrundlage, die über ein Technologieentwicklungsprogramm hinausgeht.

Was die beiden Kunden einbringen

InnoLight ist ein führender Anbieter optischer Transceiver-Module für Rechenzentren. Das Unternehmen beliefert große Cloud-Anbieter in Nordamerika und den KI-Markt. Diese Module senden und empfangen Daten mithilfe von Licht. InnoLight baut seine Arbeit an Produkten mit Übertragungsraten von 800 Gigabit pro Sekunde und 1,6 Terabit pro Sekunde aus, meist als 800G und 1,6T abgekürzt.

Saili konzentriert sich auf das Design von Siliziumphotonik-Chips und nutzt SILITH in Singapur, um sein internationales Geschäft auszubauen. Die PIC-Produkte des Unternehmens mit 100G und 200G pro Kanal wurden bereits mehr als 8 Millionen Mal ausgeliefert. Gemeinsam mit UMC arbeitet Saili außerdem an einer Technologie für 400G pro Kanal.

Die Kundenbeziehungen verbinden UMC mit verschiedenen Teilen der Lieferkette für optische Systeme. InnoLight stellt Module her, die in Rechenzentrumsnetzwerken zum Einsatz kommen, während Saili die photonischen Chips für optische Systeme entwickelt. UMC stellt die Fertigungsplattform bereit, auf der diese Entwürfe zu physischen Chips werden.

Die gemeldete anfängliche Menge von bis zu 10.000 bezieht sich auf Wafer, während Sailis kumulierte Auslieferungszahl einzelne Chips meint. Ein Wafer ist eine runde Scheibe aus Halbleitermaterial, auf der sich viele Chips befinden, die später vereinzelt werden. Ohne Angaben zu den Chipabmessungen und zur Produktionsausbeute lässt sich aus dem Wafer-Auftrag keine verlässliche Zahl fertiger Geräte ableiten.

Warum diese Chips für KI-Netzwerke wichtig sind

Photonische integrierte Schaltkreise, kurz PICs, vereinen auf einem Chip Funktionen, die Licht leiten, steuern oder erkennen. In der optischen Kommunikation helfen sie dabei, die elektrischen Vorgänge in Computeranlagen mit den Lichtsignalen zu verbinden, über die Daten durch Glasfasern übertragen werden.

Ein herkömmlicher elektronischer Chip bewegt und verarbeitet elektrische Signale. Ein photonischer Chip benötigt außerdem Strukturen wie Wellenleiter, die Licht entlang eines vorgegebenen Weges führen, und Modulatoren, die Licht so verändern, dass es Informationen überträgt. Die Zusammenführung dieser Funktionen erfordert spezielle Fertigungsschritte und eine sorgfältige Kontrolle von Materialien und Abmessungen.

KI-Computersysteme benötigen schnelle Verbindungen, weil große Datenmengen zwischen Prozessoren und über Rechenzentren hinweg übertragen werden müssen. Optische Module entwickeln sich von 800G über 1,6T hin zu 3,2T. Bei den angegebenen Übertragungsraten bietet 1,6T die doppelte Kapazität von 800G, 3,2T die vierfache.

Die Arbeit von Saili und UMC an 400G pro Kanal zielt auf eine weitere Stufe dieser Entwicklung. Ein Kanal ist ein einzelner Datenpfad innerhalb eines Kommunikationssystems. Eine höhere Geschwindigkeit kann Entwicklern helfen, schnellere optische Produkte zu bauen. Die Gesamtgeschwindigkeit eines fertigen Moduls hängt jedoch auch davon ab, wie seine Kanäle angeordnet sind.

Ein Fertigungswettbewerb jenseits der kleinsten Strukturen

UMC setzt bei diesen Produkten auf ausgereifte Halbleiterprozesse und spezialisierte optische Fertigung. Entscheidend ist die Fähigkeit, zuverlässige optische Strukturen in großem Maßstab herzustellen. So kann das Unternehmen ins KI-Infrastrukturgeschäft einsteigen, ohne die fortschrittlichsten Rechenprozessoren fertigen zu müssen.

Tower Semiconductor und GlobalFoundries bieten bereits Fertigungsplattformen für Siliziumphotonik an. Branchenangaben zufolge ist ihre Kapazität vollständig ausgelastet. Das hilft zu erklären, warum Kunden optischer Chips zusätzliche Fertigungspartner suchen. Angaben zur Auslastung oder zu Lieferwartezeiten wurden nicht veröffentlicht.

Auch TSMC bietet entsprechende Technologien an und nutzt fortschrittliche Prozesse, die höhere Kosten etwa für Fotomasken verursachen. Fotomasken sind Vorlagen, mit denen Schaltungsmuster auf Wafer übertragen werden. Für Entwickler optischer Chips kommen diese Entwicklungskosten zum Preis für die Fertigung jedes Wafers hinzu.

UMCs möglicher Vorteil beruht auf der Kombination etablierter Prozesse, optischer Fertigungskompetenz und der Produktion auf 12-Zoll-Wafern. Größere Wafer ermöglichen einen höheren Produktionsumfang und niedrigere Fertigungskosten pro Chip, sofern Ausbeute und Fabrikbetrieb gut gesteuert werden. Auch gleichbleibende Prozesse sind wichtig, damit sich Chips aus verschiedenen Produktionschargen vorhersehbar verhalten.

Ein siebenfacher Waferpreis verändert die Umsatzrechnung

Der geschätzte Preisaufschlag ist der auffälligste finanzielle Aspekt des gemeldeten Geschäfts. Für einige fortschrittliche PIC-Wafer soll etwa das Siebenfache des Preises gewöhnlicher CMOS-Wafer erzielt werden. CMOS ist das weit verbreitete Fertigungsverfahren für zahlreiche elektronische Chips.

Ein größerer Anteil höherpreisiger Produkte könnte bei UMC den durchschnittlichen Verkaufspreis erhöhen, häufig als ASP bezeichnet. Diese Kennzahl gibt den durchschnittlichen Erlös pro verkaufter Einheit an. Ein Unternehmen kann sie steigern, indem es seine Produktpalette verändert, auch ohne die Preise aller bestehenden Produkte anzuheben.

Der Gewinn hängt außerdem von den Kosten für die Fertigung der optischen Wafer, der Anzahl brauchbarer Chips pro Wafer, den Entwicklungskosten und der letztlichen Nutzung der Fabrikkapazitäten durch die Kunden ab. Die PIC-Produktion umfasst anspruchsvolle optische Strukturen und Integrationsschritte, weshalb die Produktionsausbeute eine zentrale betriebliche Kennzahl ist. Sie bezeichnet den Anteil der gefertigten Chips, der die erforderlichen Spezifikationen erfüllt.

UMCs Investitionsperspektive reicht daher über den auffälligen Preisaufschlag hinaus. Wiederholte Aufträge, stabile Ausbeuten und eine anhaltende Nutzung der Produktionslinien würden aus einem attraktiven Verkaufspreis ein dauerhaft tragfähigeres Geschäft machen. Das anfängliche Auftragsvolumen und die Aussicht auf weitere Bestellungen verdeutlichen die Geschäftschance; der geplante Kapazitätsausbau zeigt, in welchem Umfang UMC sie verfolgen will.

Zwei Technologiewege tragen den Ausbau

UMCs Geschäft mit optischer Kommunikation umfasst Siliziumphotonik-PICs, Dünnschicht-Lithiumniobat-Technologie und fortschrittliche Verpackungstechnologien. Das Werk in Singapur bildet das Zentrum der 12-Zoll-Plattform für Siliziumphotonik.

Der zweite Weg stützt sich auf UMCs vollständig eigene Optoelektronik-Tochter Lian Ying Optoelectronics und auf die Zusammenarbeit mit internationalen Partnern. Die Tochtergesellschaft bringt Erfahrung mit optoelektronischen Bauteilen und der Fertigung von Wafern aus Spezialmaterialien ein. Damit verfügt der Konzern bereits über eine Wissensbasis für Arbeiten jenseits herkömmlicher elektronischer Chips.

Dünnschicht-Lithiumniobat, häufig als TFLN abgekürzt, verwendet eine dünne Materialschicht, deren optische Eigenschaften auf ein elektrisches Feld reagieren. Dadurch eignet es sich zur Steuerung von Licht in Kommunikationsgeräten. Die Entwicklung erweitert UMCs Technologiemöglichkeiten neben der Siliziumphotonik-Plattform, auf der bereits Wafer produziert werden.

Auch fortschrittliche Verpackungstechnologien sind Teil der Strategie, da optische und elektronische Bauteile in einem einsatzfähigen Produkt wirksam miteinander verbunden werden müssen. UMC führt Fertigungsprozesse, Spezialmaterialien und die Integration von Bauteilen in einem gemeinsamen Geschäftsfeld zusammen. Die verschiedenen Technologien erfüllen dabei unterschiedliche Designanforderungen.

Kapazitätspläne reichen bis 2030

UMC hat den Ausbau der Siliziumphotonik-Kapazitäten im Bereich P4 in Singapur angekündigt und mit der Planung neuer Anlagen P7 und P8 im Süden Taiwans begonnen. Das langfristige PIC-Kapazitätsziel liegt bei 18.000 Wafern pro Monat. Die Installation der Ausrüstung soll Ende 2028 beginnen, der Vollausbau ist für 2030 vorgesehen.

Die gemeldeten anfänglichen Aufträge über bis zu 10.000 Wafer entsprechen etwa 56 Prozent dieses künftigen monatlichen Kapazitätsziels. Der Vergleich zeigt den Umfang der geplanten Produktionsbasis; für die Aufträge selbst wurde kein Lieferzeitraum genannt. Bei einer konstanten Kapazität von 18.000 Wafern pro Monat entspräche das Ziel 216.000 Wafern im Jahr.

Die wichtigsten Meilensteine:

• Juli, Jahr nicht genannt: UMC und SILITH gaben bekannt, dass nach 18 Monaten Entwicklungsarbeit die ersten Produktionschargen von 12-Zoll-Siliziumphotonik-Wafern aus Singapur ausgeliefert wurden.
• Ende 2028: Im Rahmen des langfristigen Ausbauplans soll die Installation der Ausrüstung beginnen.
• 2030: Die PIC-Produktionskapazität soll mit 18.000 Wafern pro Monat den vollständigen geplanten Umfang erreichen.

Große Kunden sprechen Berichten zufolge bereits über die künftige Zuteilung von Kapazitäten. Eine frühzeitige Reservierung von Produktionskapazitäten hilft ihnen, eigene Produkteinführungen und Lieferzusagen zu planen. Zugleich erhält UMC einen besseren Überblick über die Nachfrage, bevor die neuen Anlagen voll in Betrieb gehen.

Was sich für UMC und seine Kunden ändert

UMC erschließt sich eine potenzielle Wachstumsquelle auf Basis spezialisierter Fertigung und höherwertiger Produkte. Der Produktionsmeilenstein in Singapur, Sailis bisherige Chip-Auslieferungen und das gemeldete Geschäft mit InnoLight verbinden die Technologieentwicklung mit Kunden, die bereits am Markt für schnelle optische Kommunikation beteiligt sind.

Entwickler optischer Chips erhalten eine weitere Fertigungsoption, während sie an schnelleren Kanälen und Modulen arbeiten. Für Modullieferanten, die Cloud-Unternehmen beliefern, wird der Zugang zu ausreichender Waferkapazität Teil der Aufgabe, die Nachfrage nach schnelleren Rechenzentrumsverbindungen zu bedienen. Der Ausbauplan von UMC sieht die größere Kapazität erst mehrere Jahre nach dem ersten Produktionsmeilenstein vor.

Im Mittelpunkt steht kurzfristig das gemeldete Geschäft mit den Aufträgen aus Singapur. Langfristig will UMC ein wiederholbares Fertigungsgeschäft mit Siliziumphotonik, optischen Spezialmaterialien und Verpackungstechnologien aufbauen. Ob daraus ein wesentlicher Ergebnisbeitrag entsteht, hängt von den Auslieferungsmengen, den Fertigungskosten und dem Produktmix ab, den UMC mit wachsender Kapazität erreicht.

Die wichtigsten Punkte

• UMC hat Berichten zufolge anfängliche PIC-Aufträge von InnoLight und Saili über insgesamt bis zu 10.000 Wafer für die Produktion in Singapur erhalten.
• UMC äußerte sich nicht zu bestimmten Kunden oder Aufträgen; die Schätzung, wonach der Preis beim Siebenfachen herkömmlicher CMOS-Wafer liegt, ist unbestätigt.
• UMC und SILITH gaben nach einer 18-monatigen Entwicklungsphase die Auslieferung erster Produktionswafer bekannt.
• Sailis 100G- und 200G-Produkte wurden bereits mehr als 8 Millionen Mal ausgeliefert. Gemeinsam mit UMC entwickelt das Unternehmen eine Technologie für 400G pro Kanal.
• UMCs langfristiges PIC-Kapazitätsziel liegt bei 18.000 Wafern pro Monat. Die Installation der Ausrüstung soll Ende 2028 beginnen, der Vollausbau ist für 2030 vorgesehen.