Die Wertschöpfungskette der Chipindustrie lässt sich in vorgelagerte Chipdesigner, mittelgelagerte Hersteller, Verpackungs- und Testunternehmen sowie nachgelagerte Lösungsanbieter und Hersteller von Endgeräten unterteilen, wobei Chipdesign und -fertigung die Kernglieder darstellen. In den letzten Jahren hat Chinas Chipindustrie, angetrieben durch politische Förderung, den dringenden Bedarf an mehr Autonomie und Kontrollierbarkeit sowie technologische Innovationen, eine starke Entwicklungsphase durchlaufen. Daten von Sixlens zeigen, dass die Anzahl der Patentinvestitionen in der Halbleiterchipindustrie von 2016 bis 2020 insgesamt 693 betrug, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 32.2 % über fünf Jahre entspricht. Das Investitionsvolumen der Patentprojekte belief sich auf 35.51 Milliarden Yuan, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 98.9 % über fünf Jahre entspricht. Allein im Jahr 2020 gab es 241 Investitionen in Patentprojekte in der Halbleiterchipindustrie – der höchste Wert aller Branchen. Trotz vorhandener finanzieller Mittel und politischer Rahmenbedingungen stellt der Fachkräftemangel weiterhin den größten Engpass für die Entwicklung der Chipindustrie dar. Als Wiege der besten Talente meines Landes hat die Tsinghua-Universität eine Reihe herausragender Unternehmer in die Chipindustrie hervorgebracht. Diese Start-ups entstanden entweder durch die Überführung der Forschungsergebnisse modernster Chipforschungsteams in kommerzielle Anwendungen oder wurden von Tsinghua-Absolventen gegründet, die bereits praktische Erfahrung in der Branche gesammelt hatten. Von akademischen Höhenflügen bis hin zur praktischen Umsetzung bieten diese Start-ups der Industrie in verschiedenen Kategorien wie KI-Chips, Speicherchips und Sensorchips mehr Auswahlmöglichkeiten.  
Auf Basis der Wissensdatenbank Sixlens zur globalen Technologiekonkurrenz und -kooperation hat das Sixprism Research Institute in Tsinghua ansässige Startups im Chipbereich identifiziert und Einblicke in die Trends in ihren Unterbereichen gewonnen.  
 

▲Die Chip-Startups der Tsinghua-Universität sind in verschiedenen Bereichen der Chipindustrie vertreten, darunter KI-Chips, Sensorchips, Kommunikationschips, Speicherchips, Leistungselektronik usw.

 

Tsinghua-basierte Startups im Chipbereich (Quelle: sixlens)

Chips werden nach ihren Funktionen klassifiziert. Man unterscheidet zwischen KI-Chips, Speicherchips, Sensorchips, Kommunikationschips und Leistungselektronik. Analog zu den Funktionen menschlicher Organe lassen sich KI-Chips mit dem Gehirn, Speicherchips mit der Großhirnrinde und Wahrnehmungschips mit den Sinnen vergleichen. Daten von Sixlens zeigen, dass Tsinghua-Startups in verschiedenen Bereichen der Chipentwicklung tätig sind. Typische Startups werden nun nach Fachgebiet ausgewählt, um ihre Technologiearchitektur, Investitionen und Finanzierung detailliert zu erläutern und Einblicke in ihre Branche zu geben.  
 

▲Lingxi Technology: Entwirft KI-Chips, entwickelt heterogene Fusions-Gehirn-inspirierte Computerchips und ist ein Vertreter globaler, auf Gehirn-inspirierten Computerlösungen auf Architekturebene.

Lingxi Technology wurde im Januar 2018 gegründet. Das Unternehmen entwickelt hauptsächlich vom Gehirn inspirierte Chips und Computersysteme. Sieben der neun Gründer von Lingxi Technology stammen von der Tsinghua-Universität. Darunter sind Professor Shi Luping und Professor Pei Jing vom Zentrum für Gehirninspiriertes Rechnen der Tsinghua-Universität, Professor Youhui vom Fachbereich Informatik, Professor Zhao Mingguo vom Fachbereich Automatisierung, Professor Song Sen vom Fachbereich Biomedizintechnik der Tsinghua-Universität, Dr. He Wei und Dr. Deng Lei von der Tsinghua-Universität. Im August 2018 erhielt Lingxi Technology eine Angel-Finanzierungsrunde von Huakong Cornerstone Fund, Preferred Capital und Tsinghua Holdings.  
   

Schlagwörter der Lingxi-Technologie (Quelle: sixlens)

Gehirnähnliche Computerchips sind eine Art intelligenter Chips, die auf den Grundprinzipien der Informationsverarbeitung des menschlichen Gehirns basieren. Dazu gehören sowohl Chips für die Datenverarbeitung als auch für die Wahrnehmung. Im Gegensatz zu Beschleunigungsplattformen mit proprietären Algorithmen sind gehirninspirierte Computerchips darauf ausgelegt, komplexe, unstrukturierte Informationen mit geringem Stromverbrauch, hoher Parallelität, hoher Effizienz, universeller Anwendbarkeit, hoher Robustheit und einer dem Gehirn ähnlichen Intelligenz zu verarbeiten. Derzeit gibt es noch keine anerkannte technische Lösung und keinen Forschungsfahrplan für gehirninspirierte Chips. Forschungsteams weltweit untersuchen daher vielfältige Lösungsansätze.Gehirninspirierte Computerlösungen lassen sich grob von oben nach unten in Programmebene, Architekturebene, Schaltungsebene und Geräteebene unterteilen.Zu den bestehenden gängigen ausländischen Lösungen gehören: SpiNNaker der Universität Manchester in Großbritannien ist ein Vertreter der Programmebene, IBMs TrueNorth und Intels Loihi sind Vertreter der Architekturebene, BrainScaleS der Universität Heidelberg in Deutschland ist ein Vertreter der Schaltungsebene und Neurogrid der Stanford University in den Vereinigten Staaten ist ein Vertreter der Geräteebene.  
  Tianjic aus dem Team von Professor Shi Luping bei Lingxi Technology ist ein Vertreter der Architekturebene.Am 1. August 2019 erschien die wissenschaftliche Forschungsarbeit „Auf dem Weg zu allgemeiner künstlicher Intelligenz mit einer hybriden Tianjic-Chiparchitektur für allgemeine künstliche Intelligenz“ des Teams um Professor Shi Luping auf dem Titelbild der Zeitschrift Nature. Der Tianji-Chip ist der weltweit erste heterogene, vom Gehirn inspirierte Computerchip. Er ermöglicht nicht nur die unabhängige Anwendung von computerwissenschaftlich orientierten Algorithmen des maschinellen Lernens und neurowissenschaftlich orientierten neuromorphen Rechenmodellen, sondern auch deren heterogene Modellierung und bietet somit eine Rechenplattform für die Entwicklung allgemeiner künstlicher Intelligenz.  
Zu den Tsinghua-Startups mit KI-Trainingschips gehören außerdem Qingwei Intelligent, Xuanjia Microelectronics, Suiyuan Technology, Denglin Technology, Tanjing Technology, OURS und Shenjian Technology; zu den Tsinghua-Startups mit KI-Inferenzchips gehören auch Qingwei Intelligent, Paifang Technology, Tanjing Technology, Black Sesame Intelligence, Horizon, Xinbo Electronics, Bitmain usw.  
 

▲Yingren Technology: Bei der Entwicklung von Speicherchips liegt die Kernkompetenz in der SSD-Hauptsteuerungstechnologie.

Yingren Technology wurde 2017 gegründet. Das Unternehmen konzentriert sich auf intelligente Speicherchips und -lösungen und hat sich der Anwendung modernster SSD-Master-Control-Technologie verschrieben. Dr. Wu Zining, Mitgründer, Vorsitzender und CEO von Yingren Technology, besitzt Abschlüsse in Elektrotechnik (Bachelor, Master und Doktor) der Tsinghua-Universität sowie einen Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik der Stanford University. Vor der Gründung von Yingren Technology war er Chief Technology Officer bei Marvell. Laut Sixlens-Daten erhielt Yingren Technology am 9. Dezember 2020 Investitionen der Kategorie B von Ainuo Investment Management (Nanjing), Shangcheng Capital und Zhuji Tongjun Investment Management.  
Die Welt tritt in das Zeitalter der digitalen Wirtschaft ein. Auch Chinas 14. Fünfjahresplan konzentriert sich auf deren Entwicklung. Daten, als fünfter Produktionsfaktor, haben sich zunehmend zum Kern der wirtschaftlichen Entwicklung gewandelt. Rechenzentren sind zur Infrastruktur der digitalen Wirtschaft geworden. Laut IDC-Prognosen wird das globale Datenvolumen bis 2025 175 ZB erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 31.8 % über fünf Jahre. Der Anteil der Datenspeicherung in Rechenzentren wird dabei über 70 % betragen. Beim Aufbau der Rechenzentrumsinfrastruktur wird die Datenspeichertechnologie unweigerlich zur Schlüsseltechnologie. Laut IC Insights-Statistiken wird für Speicherchips wie DRAM und NAND-Flash im Jahr 2021 ein starkes Wachstum mit Wachstumsraten von bis zu 18 % bzw. 17 % erwartet. Gemäß der Wertschöpfungskette lassen sich Unternehmen der Speicherchip-Branche grob in zwei Kategorien einteilen: Zum einen Speicherhersteller (Original Memory Manufacturers, OEMs), die Wafer-Chips produzieren, wie beispielsweise Samsung, SK Hynix, Micron, Toshiba und Yangtze Memory; Die andere Art sind Hersteller von Speicherkontrollchips, die auf dem Fabless-Modell basieren, wie beispielsweise Marvell, Huirong, Phison usw.  
In der Speicherchip-Industrie liegt die Kernkompetenz von Yingren Technology im Design von SSD-Hauptsteuerungen. Der Einsatz von QLC in Rechenzentren ist aufgrund der Nachfrage ein allgemeiner Trend, birgt aber auch Probleme wie kurze Lösch- und Schreibzyklen sowie lange erwartete Latenzzeiten, die durch geeignete Hauptsteuerungstechnologie kompensiert werden müssen. Die Fehlerkorrekturtechnologie hat sich dabei zu einer Kernkompetenz von SSD-Hauptsteuerungsherstellern entwickelt.  
   

Technische Roadmap von Yingren Technology (Datenquelle: sixlens)

Yingren Technology entwickelte und brachte 2018 erfolgreich die 4K LDPC (Low-Density Parity-Check) Fehlerkorrekturtechnologie auf den Markt. Im Oktober 2020 gewann Rainier Technology mit seinem 12nm PCIe Gen4 SSD-Controller-Chip Rainier IG5636 den 15. "China Core" Excellent Technology Innovation Product Award, die einflussreichste und maßgebliche Auszeichnung im Bereich integrierter Schaltungen in China, die vom China Electronic Information Industry Development Research Institute vergeben wird.  
 

▲In-situ Chip: Layout-Sensorchip, Schwerpunkt Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb neuer MEMS-Chips und -Module.

In-situ Chip wurde 2015 von CEO Ma Shuo vom Department für Mikroelektronik und Nanoelektronik der Tsinghua-Universität, COO Hu Huishan, CTO Wang Xinliang und anderen Fachleuten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gegründet und widmet sich der Forschung und Entwicklung neuer MEMS-Chips und -Module.  
MEMS, die Abkürzung für Mikroelektromechanisches System, bezeichnet mikroelektromechanische Systeme, die üblicherweise auf Siliziumwafern mittels IC-Prozessen hergestellt werden. Dank der zunehmenden Verbreitung der 5G-Technologie und der breiten Anwendung des Internets der Dinge (IoT) finden MEMS-Bauelemente immer häufiger Anwendung und werden in der Unterhaltungselektronik, der Automobilindustrie, der Industrie, der Medizintechnik, der Kommunikationstechnik und weiteren Bereichen eingesetzt. Der Entwurf des 14. Fünfjahresplans meines Landes betont die Notwendigkeit, die originäre und wegweisende wissenschaftliche und technologische Forschung zu stärken, einschließlich bahnbrechender Entwicklungen in der Technologie integrierter Schaltungen und einzigartiger Technologien wie IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) und MEMS. Das Herzstück von MEMS-Sensoren ist der MEMS-Chip. MEMS-Chips können externe physikalische und chemische Signale in elektrische Signale umwandeln. Je nach Funktion werden MEMS-Chips in verschiedenen Ausführungen eingesetzt, darunter Lautsprecherchips, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Magnetsensorchips und Drucksensorchips. Im medizinischen Bereich haben sich flüssige/medizinische MEMS-Chips zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt, die zur Miniaturisierung, Intelligenz und Kostensenkung medizinischer Geräte beiträgt. Aufgrund dieser Eigenschaften findet die MEMS-Chiptechnologie breite Anwendung in der Forschung und Entwicklung sowie der Produktion von Medizingeräten, intelligenter Hardware und anderen Bereichen. Zahlreiche europäische und amerikanische Unternehmen, wie beispielsweise Abbott und Google, investieren derzeit erhebliche Ressourcen in die Forschung und Entwicklung von medizinischen MEMS.  
In-situ-Chips nutzen MEMS-Flüssigkeitsmikroströmung und andere Produkte, um die große Nachfrage im Bereich medizinischer Anwendungen und Haushaltsgeräte zu bedienen und durch die Entwicklung von MEMS-Mikropumpen ideale Lösungen für präzise Arzneimitteldosierungsszenarien zu bieten.  
   

Schlagwörter zur In-situ-Chip-Technologie

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Daten von Sixlens zeigen, dass das technische Angebot von In-Situ Chips unter anderem MEMS-Chipdesign, Siliziumnitrid-Membranprodukte und Flüssigkeitsdurchflussmesser umfasst. Am 22. Februar 2021 gab In-Situ Chip den Abschluss der Pre-A+-Finanzierungsrunde in Höhe von mehreren zehn Millionen Yuan bekannt. Die Runde wurde vom SEE Fund Infinite Sailing Fund angeführt, gefolgt von den bisherigen Aktionären Kaifeng Venture Capital, Yarui Capital und Dexun Investment.  
Darüber hinaus gehören zu den Tsinghua-Startups, die Sensorchips entwickeln, auch Hongguan Technology, Heguang Technology, Silimicro, Zonghuixinguang, Smartway, Optical Technology usw.  
 

▲Huizhi Microelectronics: Entwicklung von Kommunikationschips und leistungsstarken Mikrowellen-HF-Frontend-Chips

Huizhi Microelectronics wurde 2011 von Li Yang von der Tsinghua-Universität gegründet. Das Unternehmen hat sich auf leistungsstarke Mikrowellen-HF-Frontend-Chips spezialisiert und bietet eine Reihe von HF-Frontend-Chips für 4G/5G und NB-IoT an. Diese finden breite Anwendung in Smartphones, Tablets, drahtlosen Kommunikationsmodulen, intelligenten Fahrzeugrückspiegeln, Smartwatches und weiteren Produkten.  
   

Technologie-Roadmap von Huizhi Microelectronics

Daten von Sixlen zeigen, dass die Technologiestruktur von Huizhi Microelectronics in den Bereichen Hochfrequenztechnik, Leistungsverstärkung und anderen Bereichen angesiedelt ist. Zu den HF-Frontend-Chips gehören HF-Schalter, rauscharme HF-Verstärker, HF-Leistungsverstärker, Duplexer, HF-Filter und weitere Chips. Angetrieben durch die Nachfrage nach mobilen Endgeräten hat die Förderung der 5G-Kommunikationstechnologie die Entwicklung mobiler Smart-Terminals vorangetrieben. Mit der zunehmenden Anzahl der von 5G unterstützten Frequenzbänder steigt auch der Bedarf an Hochfrequenz-Frontend-Chips deutlich. Zu den wichtigsten ausländischen Anbietern von HF-Frontend-Chips zählen Broadcom, Skyworks, Qorvo, Muruta, Infineon und NXP, während zu den wichtigsten chinesischen Anbietern Zhuosheng Micro, Weir Technology, Hantianxia usw. gehören. Mit der weltweiten Markteinführung von 5G-Mobiltelefonen gewinnt die Lokalisierung der HF-Frontend-Chip-Produktion zunehmend an Bedeutung. Am 19. Februar 2021 erhielt Huizhi Microelectronics eine Series-E-Finanzierung von Yuanhe Puhua, Huiyou Chuangying Investment, Wen Tianxia u. a.  
Zu den Tsinghua-Startups im Bereich Kommunikationschips gehören außerdem Zhiyi Polycore, Daoyuan Microelectronics, AltoBeam, Beijing Quantum Micro, Feion Communications usw.  
 

▲Grundlagen der Halbleitertechnik: Layout von Siliziumkarbid-Leistungsbauelementen

Basic Semiconductor, gegründet 2016, ist Chinas führender Hersteller von Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern. Die Forschungs- und Entwicklungsbereiche umfassen Materialaufbereitung, Chipdesign, Fertigungsprozesse, Gehäusetests, Treiberanwendungen und weitere Aspekte der Halbleiterindustrie der dritten Generation. Der Geschäftsführer und Dr. Weiwei absolvierten ihr Studium an der Tsinghua-Universität. Basic Semiconductor entwickelte eigenständig Chinas ersten industrietauglichen Siliziumkarbid-MOSFET, die erste Siliziumkarbid-Schottky-Diode und das erste Siliziumkarbid-Leistungsmodul für die Automobilindustrie. Der Siliziumkarbid-MOSFET bestand als erster in China die Zuverlässigkeitsprüfung nach Industriestandard und wird seit über zwei Jahren in Serie gefertigt. Die zweite Generation von Hochleistungs-Siliziumkarbid-Schottky-Dioden-Chips, DFN8*8-Gehäusen und intern isolierenden Siliziumkarbid-Schottky-Dioden wurde 2020 eingeführt.  
 

Roadmap für grundlegende Halbleitertechnologien

Siliziumkarbid (SiC) gehört zur dritten Generation von Halbleitermaterialien. Im Vergleich zu siliziumbasierten Halbleitern zeichnet es sich durch Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen, hoher Leistung, hoher Spannung, hoher Frequenz und hoher Strahlung aus. Derzeit beträgt der globale Markt für Siliziumkarbid rund 600 Millionen US-Dollar. Mit der rasanten Entwicklung von 5G, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen kann die Leistung siliziumbasierter Halbleiter den Bedarf nicht mehr vollständig decken. Fortschritte in der Herstellungstechnologie haben zudem zu einem kontinuierlichen Kostenrückgang bei SiC-Bauelementen geführt, wodurch deren Kostenvorteile voll zum Tragen kommen werden. Laut Daten von IHS Markit wird der Markt für Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter bis 2027 voraussichtlich 10 Milliarden US-Dollar übersteigen. Die globale Siliziumkarbid-Wertschöpfungskette umfasst Wafer, Epitaxie und Bauelemente. CREE und ROHM decken die gesamte Wertschöpfungskette ab, während sich die meisten Unternehmen auf spezifische Segmente konzentrieren. Zu den ausländischen Unternehmen im Waferbereich zählen II-VI Advanced Materials und Norstel, während inländische Unternehmen wie Tianke Heda und Shandong Tianyue vertreten sind. Im Bereich der Netzwerkerweiterungen sind ausländische Unternehmen wie Showa Denko und Norstel vertreten, während zu den inländischen Unternehmen Dongguan Tianyu, Hantian Tiancheng usw. gehören; im Bereich der Endgeräte sind ausländische Unternehmen wie Renesas, Littlefuse, Microsemi und Genesic vertreten, und zu den inländischen Unternehmen gehören CRRC Times und Tyco Tianrun usw.  
 

Laut sixlens-Daten erhielt Basic Semiconductor am 3. März 2021 eine strategische Investition von der Robert Bosch Venture Capital Company (RBVC), die mit der Bosch-Gruppe verbunden ist.

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