Auf die Verpackung kommt es an: Die entscheidende Rolle für Grafikchips und KI-Entwicklung

• Nvidia, als führender Grafikchip-Hersteller, steht im Zentrum der KI-Revolution.
• Der Blackwell B200 Chip markiert einen Meilenstein im Bereich der Chip-Technologie.
• Neue Verpackungstechnologien wie die Chiplet-Architektur revolutionieren das Chip-Design und beeinflussen die Leistungsfähigkeit von Computerchips maßgeblich.

Die Herausforderung der KI für Chiphersteller

Der Siegeszug der KI fordert die Chiphersteller heraus. Denn damit KI-Programme wie ChatGPT menschliche Interaktion simulieren oder Texte erstellen können, ist von den Computern im Hintergrund eine enorme Rechenleistung gefragt. Dabei eignen sich Grafikchips (GPUs) für die Berechnung von künstlichen neuronalen Netzen besser als herkömmliche Computerprozessoren (CPUs). Das hat den Grafikchip-Hersteller Nvidia zum Rückgrat der KI-Entwicklung gemacht.

Seit der Veröffentlichung von ChatGPT Ende 2022 hat sich der Börsenwert von Nvidia fast versechsfacht. Und seine Führungsrolle will das Unternehmen weiter stärken.

Nvidia: Das Rückgrat der KI

Im März hat Nvidia den bislang leistungsstärksten Chip der Welt vorgestellt, den Blackwell B200. Mit der bisherigen Nvidia-Technologie kann man einen KI-Chatbot innerhalb von drei Monaten trainieren. Dafür werden aber 8000 Chips mit einem Stromverbrauch von 15 Megawatt gebraucht. Blackwell braucht für das gleiche Ergebnis in der gleichen Zeit nur noch 2000 Chips und verbraucht nur vier Megawatt Strom.

Blackwell B200 besteht aus zwei verbundenen Chips, die jedoch funktionell eine Einheit bilden. Die beiden Chips können mit bis zu 10 Terabyte pro Sekunde miteinander kommunizieren. Die Zahl der Transistoren liegt bei 208 Milliarden. Zum Vergleich: AMDs Instinct MI300X hat nur 153 Milliarden Transistoren. Nvidia hat mit den verbundenen Chips das Problem der produktionstechnisch vorgegebenen physikalischen Grenzen gelöst. Denn die Belichtungsmasken bei der Herstellung erlauben eine maximale Chipgröße von 858 Millimetern. 208 Milliarden Transistoren passen auf diese Fläche nicht drauf.

Das Packaging-Geheimnis hinter Blackwell B200

Hergestellt werden Nvidias Chips vom weltgrößten Auftragsfertiger, dem taiwanesischen Unternehmen TSMC. Es beliefert auch andere große Technologieunternehmen wie Apple und AMD.

TSMC hat die bei Blackwell B200 notwendige Technologie, unterschiedliche Chips in einem Gehäuse miteinander zu verbinden, entwickelt. Packaging – also verpacken – heißt das im Jargon. In dem Fall handelt es sich um das „Chip on Wafer on Substrate“- Verfahren (CoWoS). Damit lassen sich mehrere Chips und Memory-Speicher nebeneinander auf einem Träger montieren. Das spart Platz, reduziert die Wärme-Erzeugung und senkt die Kosten.

Die Chiplet-Architektur: Revolution im Chip-Design

Nicht nur das Ziel, mehr Transistoren in einem Chip unterzubringen, führt zu dieser Multi-Chip-Technologie. Der Weg zu größerer Rechenleistung wird immer teurer und aufwendiger. Die Hersteller setzen darum auf neue Verpackungstechnologien wie die Chiplet-Architektur. Dabei werden die vielen Funktionen in den komplexen Chips auf kleinere integrierte Schaltungen verteilt, die im Verbund miteinander arbeiten. Diese Chiplets lassen sich also wie Bausteine zu einem Gesamtsystem verbinden. Das geschieht auf einem sogenannten Interposer, zum Beispiel auf einer dünnen Siliziumplatte, in die lediglich Kupferbahnen für die elektrische Verbindung der Chiplets eingelassen sind. Das Chiplet-Design senkt die Herstellungskosten, da Hochleistungschips, die auf einem einzigen Halbleiterplättchen (Die) angelegt sind, immer größer werden. Mit steigenden Die-Flächen sinkt aber die Ausbeute an funktionierenden Chips in der Produktion. Wenn einer dieser großen Dies auf einem Wafer einen Fehler aufweist, gibt es einen teuren Ausschuss. Wenn aber viele kleinere Dies auf einem Wafer produziert werden, ist der Verlust statistisch deutlich kleiner.

Die Rolle von Advanced Packaging in der Chip-Industrie

Die Advanced-Packaging-Techniken entscheiden darüber, welche Leistungsfähigkeit die Chips am Ende erreichen. Das Packaging wird damit zu einem entscheidenden Differenzierungsfaktor. TSMC, Samsung und Intel konkurrieren auf dem Verpackungsmarkt um die Vormachtstellung. Es wird spannend, wie sich die Unternehmen in der neuen Verpackungswelt positionieren werden. Und auch, wie sich Europa positionieren wird. Denn Packaging findet hier kaum statt.

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Quellen:

Marktführer Nvidia stellt neuen KI-Chip Blackwell B200 vor
Nvidia stellt riesige Doppel-GPU vor
Nvidia stellt Blackwell B200 vor, den „stärksten Chip der Welt“
Nvidia präsentiert angeblich »leistungsstärksten Chip der Welt«
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