Rapidus: Japans Vorstoß in die 2nm-Chipherstellung und Chiplet-Technologien

Die Halbleiterindustrie befindet sich in einer Phase tiefgreifender Veränderungen, angetrieben durch den enorm steigenden Bedarf an Hochleistungschips für Künstliche Intelligenz, mobile Kommunikation und zahlreiche weitere Technologien. In diesem Umfeld rückt Japans aufstrebendes Foundry-Startup Rapidus zunehmend in den Fokus. Das Unternehmen verfolgt das ambitionierte Ziel, eine fortschrittliche 2nm Gate-All-Around (GAA)-Prozesstechnologie zu entwickeln und so die heimische Halbleiterproduktion auf ein neues Niveau zu heben. Dies stellt einen wichtigen Schritt für Japan dar, das in der Vergangenheit zwar bedeutende Rollen in der Speichertechnologie gespielt hat, bei der Logikchip-Herstellung jedoch zuletzt stark zurückfiel. Rapidus will mit seinem hochmodernen Produktportfolio und seiner strategischen Partnerschaft mit IBM eine führende Rolle auf dem globalen Halbleitermarkt übernehmen und gleichzeitig zur nationalen Sicherheit Japans im Bereich fortschrittlicher Chiptechnologien beitragen.

Das Unternehmen wurde von einer Gruppe erfahrener Branchenexperten gegründet und verfügt mit CEO Dr. Atsuyoshi Koike und Chairman Tetsuro Higashi über bewährte Führungspersönlichkeiten mit tiefgreifendem Know-how im Halbleiterbereich. Die eigentliche Fertigungsstätte namens Innovative Integration for Manufacturing (IIM-1) liegt in Chitose, Hokkaido, nahe dem New Chitose International Airport. Die Anlage ist bemerkenswert groß und umfasst eine Reinraumfläche, die größer ist als das berühmte Tokyo Dome-Stadion. Diese Dimension spiegelt nicht nur das Produktionsvolumen, sondern auch die strategische Bedeutung des Projekts wider.

Der Start der Pilotproduktion ist für April 2025 geplant, was Rapidus zu einem der ersten Foundries mit 2nm GAA-Technologie am Markt machen könnte. Die Prozess-Technologie basiert auf dem innovativen Gate-All-Around-Konzept, das von IBM in Albany, New York, entwickelt wurde. Diese enge Kooperation mit IBM ist ein zentraler Baustein von Rapidus’ Strategie, da durch den engen Wissensaustausch und den gemeinsamen Techniktransfer eine schnellere Marktreife realistisch erscheint. Dabei werden mehr als 150 Ingenieure nach Albany entsandt, um die Entwicklung aktiv zu begleiten und das Gelernte direkt in die Fabrik in Japan zurückzuführen. Das Ziel ist die schnelle Skalierung zu einer Serienproduktion mit hoher Ausbeute.

Die neue 2nm GAA-Technologie verspricht im Vergleich zu bisherigen FinFET-Strukturen deutlich bessere Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch, was angesichts der Anforderungen moderner Anwendungen wie KI besonders wichtig ist. Ein weiterer technischer Fokus liegt auf der geplanten Integration eines Backside Power Delivery Network (BSPDN). Diese innovative Technik verbessert die Energieversorgung der Chips und erhöht deren Effizienz. Zwar soll BSPDN erst nach dem Produktionsstart 2027 implementiert werden, jedoch unterstreicht seine Einbindung die langfristig ausgerichtete Innovationsagenda von Rapidus und deren Ambitionen, nicht nur in der Transistortechnologie führend zu sein, sondern auch im Bereich der Chiparchitekturen und Energieoptimierung. Neben rein technologischen Aspekten besitzt Rapidus durch seine geografische Lage in Japan auch eine geopolitische Bedeutung.

Angesichts der wachsenden Spannungen im internationalen Handel und dem verstärkten Fokus auf eine breit aufgestellte, sichere Lieferkette erscheinen neue Kapazitäten in geopolitisch zuverlässigen Regionen wichtiger denn je. Zudem reagiert Rapidus gezielt auf den aktuellen Engpass bei Logikchip-Kapazitäten, die durch die explosionsartige Nachfrage nach KI-basierten Chips ausgelöst wurden. Zwar dominieren heute Unternehmen wie TSMC, Samsung und Intel den weltweiten Foundry-Markt, Rapidus sieht jedoch durch seine Fokussierung auf höchste technologische Standards und Bearbeitungsgeschwindigkeiten einen klaren Wettbewerbsvorteil. Das Unternehmen setzt dabei auch auf eine tiefgreifende Digitalisierung seiner Fertigungsprozesse. Mittels künstlicher Intelligenz und automatisierten Datenanalysen werden Produktionszyklen optimiert und Prozessschwankungen minimiert, was zu schnelleren Lernkurven und verbesserten Ausbeuten führt.

Die Fertigung mit Einzelscheibenverarbeitung (Single Wafer Processing) erlaubt zudem eine deutlich bessere Kontrolle und flexible Anpassung des Produktionsprozesses im Vergleich zu herkömmlichen Batch-Verfahren. Diese Kombination aus modernster Fertigungstechnik und intelligenten Analyseverfahren bildet das Rückgrat der geplanten Serienproduktion und verspricht gegenüber Wettbewerbern deutliche Vorteile in der Time-to-Market und Kosteneffizienz. Nicht weniger wichtig ist die Ergänzung des Produktportfolios um fortschrittliche Chiplet- und Packaging-Technologien. Rapidus betreibt mit den Rapidus Chiplet Solutions (RCS) ein Forschungs- und Pilotzentrum unmittelbar neben der Hauptfabrik in Hokkaido. Dort werden Cutting-Edge-Verpackungsmethoden wie Flip Chip Ball Grid Array, 2.

5D-Silizium-Interposer, organische Interposer und Redistributionslayer (RDL) sowie 3D Hybrid Bonding entwickelt und erprobt. Diese Technologien sind essenziell, um die zunehmende Komplexität moderner Chips beherrschbar zu machen und ermöglichen eine modulare Chiparchitektur, die höhere Leistungsfähigkeit bei geringeren Kosten und besserer Skalierbarkeit verspricht. Ein bedeutendes Anliegen von Rapidus ist es zudem, ein umfassendes Ökosystem aus unterstützenden Tools und Partnern aufzubauen. So bestehen bereits Kooperationen mit führenden EDA-Softwareanbietern wie Cadence und Synopsys. Diese Partnerschaften sind unerlässlich, um Design-Infrastrukturen bereitzustellen, die auf die besonderen Anforderungen der 2nm GAA-Technologie abgestimmt sind.

Kunden erhalten durch dieses Ökosystem einen durchgängigen Workflow von der Chip-Entwicklung über die Fertigung bis hin zur Integration der einzelnen Komponenten. Rapidus verfolgt mit seiner Rapid and Unified Manufacturing Service (RUMS)-Plattform eine eigene, umfassende Integrationslösung. RUMS verbindet Designlösungen mit Frontend- und Backend-Prozessen, wodurch sich die gesamte Produktionszeit und Markteinführungsphase deutlich verkürzen lässt. Der Einsatz von KI-gestützten Designoptimierungen (Raads) innerhalb dieses Konzeptes ist ein weiteres Unterscheidungsmerkmal, welches Kunden ermöglicht, effizienter und präziser zu entwickeln. Hinter Rapidus steht auch die Hoffnung, die jahrzehntelange Tradition und Fertigungsexpertise der japanischen Halbleiterindustrie neu zu beleben.

Japan hatte in der Vergangenheit starke Beiträge zur Entwicklung von Logik- und Speichertechnologien geleistet, ist in der Logikfertigung jedoch technologisch zunehmend hinter internationale Konkurrenten zurückgefallen. Mit Rapidus wird ein neues Zeitalter eingeläutet, das Japan wieder zu einem wichtigen Player im geglobalisierten Halbleitermarkt machen könnte. Insgesamt steht Rapidus vor großen Herausforderungen. Der Einstieg in den wettbewerbsintensiven Foundry-Markt ist sowohl kapital- als auch know-how-intensiv und erfordert verlässliche Lieferketten sowie eine hochqualifizierte Ingenieursbase. Rapidus begegnet diesen Herausforderungen mit einer klaren Vision, gezielten Partnerschaften und einem umfassenden Technologieprogramm, das sowohl die Transistortechnik als auch mikroelektronische Integration und Design-Werkzeuge umfasst.

Der geplante Produktionsstart des 2nm GAA-Prozesses 2025 und der folgende Ausbau der Technologie zeigen, dass Rapidus entschlossen ist, das Spielfeld der Halbleiterhersteller entscheidend mitzumischen. Die Belebung des japanischen Halbleitersektors durch Rapidus könnte nicht nur für das Land selbst, sondern auch für die globale Industrie von Bedeutung sein. Das bestärkt die Aufmerksamkeit auf die Diversifikation und geopolitische Sicherheit der Halbleiterwertschöpfungsketten. Zudem dürfte die Kombination aus fortschrittlicher 2nm-Technologie und fortschrittlichen Chiplet-Verpackungen Rapidus in eine gute Ausgangsposition bringen, um den künftigen Anforderungen der Elektrotechnik und Computertechnik gerecht zu werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rapidus mit seinem innovativen Ansatz und den hochmodernen Anlagen ein leuchtendes Beispiel für die neugewonnene Dynamik im globalen Halbleitersektor darstellt.

Das Unternehmen zeigt, wie nationale Ambitionen und internationale Kooperationen Hand in Hand gehen können, um technologischen Fortschritt und Markterfolg zu erzielen. Die nächsten Jahre werden zeigen, wie Rapidus seine ehrgeizigen Ziele umsetzt und welchen Einfluss das Unternehmen auf die Zukunft der Halbleiterproduktion haben wird.