TAIPEI – De Taiwanese chipgigant TSMC overweegt een opmerkelijke uitbreiding van zijn activiteiten. Het bedrijf, dat onder meer de geavanceerde processors van Nvidia produceert, onderzoekt of het zelf geheugenchips kan gaan maken. De plannen zouden zijn ontstaan op verzoek van Nvidia, dat door de explosieve groei van kunstmatige intelligentie steeds meer moeite heeft om voldoende geheugen voor zijn AI-systemen veilig te stellen. Een dergelijke stap zou de verhoudingen binnen de wereldwijde halfgeleiderindustrie ingrijpend kunnen veranderen.

Volgens technologiepublicatie The Information, dat zich baseert op twee personen met directe kennis van de plannen, werkt Taiwan Semiconductor Manufacturing Company aan de mogelijkheden voor de productie van zogenoemd 3D DRAM. Daarbij worden geheugencellen verticaal op elkaar gestapeld, waardoor meer opslagcapaciteit binnen een beperkte oppervlakte mogelijk wordt.

TSMC is momenteel de grootste onafhankelijke contractfabrikant van chips ter wereld. Het bedrijf produceert processors voor onder andere Nvidia en Apple, maar houdt zich bij zijn huidige bedrijfsmodel voornamelijk bezig met de productie van logische chips. De eventuele stap naar geavanceerd geheugen zou daarom een belangrijke strategische verandering betekenen.

Nvidia zoekt naar oplossing voor groeiend geheugentekort

De belangstelling van Nvidia komt voort uit de enorme vraag naar hardware voor kunstmatige intelligentie. Technologiebedrijven investeren wereldwijd honderden miljarden dollars in datacenters waarin steeds krachtigere AI-processors worden geplaatst. Die processors hebben grote hoeveelheden snel toegankelijk geheugen nodig om complexe berekeningen uit te voeren.

Juist de beschikbaarheid van geheugen vormt een steeds groter probleem. De productiecapaciteit kan de groeiende vraag nauwelijks bijhouden, waardoor prijzen stijgen en fabrikanten moeite hebben voldoende onderdelen te verkrijgen.

Voor Nvidia is dat een belangrijk risico. Het bedrijf kan wel steeds krachtigere AI-processors ontwikkelen, maar zonder voldoende geheugen kunnen complete systemen niet in de gewenste aantallen worden geleverd.

Door TSMC te vragen de mogelijkheden voor eigen geheugenproductie te onderzoeken, probeert Nvidia mogelijk minder afhankelijk te worden van de bestaande leveranciers.

De wereldwijde productie van geavanceerde geheugenchips wordt momenteel gedomineerd door Samsung Electronics, SK Hynix en het Amerikaanse Micron Technology. Deze drie bedrijven beschikken over tientallen jaren ervaring met de ontwikkeling en massaproductie van DRAM-geheugen.

Wat is 3D DRAM en waarom is het belangrijk?

Traditioneel DRAM-geheugen bestaat uit geheugencellen die grotendeels naast elkaar op een chip worden geplaatst. Bij 3D DRAM worden meerdere lagen verticaal geïntegreerd. Daardoor kan de geheugendichtheid toenemen zonder dat de oppervlakte van de chip evenredig groter hoeft te worden.

Die ontwikkeling is belangrijk omdat de verdere verkleining van conventionele geheugencellen steeds ingewikkelder en duurder wordt. Het stapelen van geheugenstructuren biedt een mogelijke route om de capaciteit verder te vergroten.

3D DRAM moet overigens niet worden verward met High Bandwidth Memory, beter bekend als HBM. Bij HBM worden afzonderlijke geheugenchips gestapeld om een bijzonder hoge gegevensoverdracht mogelijk te maken. Deze technologie wordt al op grote schaal gebruikt in moderne AI-systemen.

Bij 3D DRAM draait het juist om het verticaal integreren van geheugencellen binnen de geheugenarchitectuur zelf. De technologie bevindt zich nog in ontwikkeling en grootschalige commerciële productie brengt aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee.

TSMC beschikt al over patenten op dergelijke geheugenstructuren en heeft daardoor een technologische basis waarop het eventueel kan voortbouwen.

Nieuwe fabrieken of overname bestaande chipfabriek

Volgens The Information onderzoekt TSMC verschillende mogelijkheden om de nieuwe productieactiviteiten op te zetten. Een optie is het bouwen van volledig nieuwe fabrieken die specifiek worden ingericht voor geavanceerd DRAM-geheugen.

Een andere mogelijkheid is het overnemen van een bestaande halfgeleiderfabriek en deze ombouwen voor geheugenproductie. Dat zou bepaalde onderdelen van de uitbreiding mogelijk kunnen versnellen, al blijven aanzienlijke investeringen in apparatuur en productieprocessen noodzakelijk.

Als voorbeeld wordt verwezen naar Micron, dat eerder dit jaar een fabriek van het Taiwanese Powerchip Semiconductor Manufacturing Corporation overnam voor ongeveer 1,8 miljard dollar. Micron wil die locatie geschikt maken voor de productie van geavanceerd geheugen.

Binnen TSMC zou het onderzoek naar de nieuwe activiteiten worden geleid door vicepresident Hsu Kuo-chin, die verantwoordelijk is voor geavanceerde chipverpakkingstechnologie. Hij werkte eerder bij Micron in Taiwan en beschikt daardoor over ervaring met zowel geheugentechnologie als de integratie van verschillende chips.

Wanneer TSMC daadwerkelijk tot productie besluit, is nog onduidelijk. Ook over de mogelijke investeringen, productiecapaciteit en locatie van toekomstige fabrieken zijn geen definitieve besluiten bekendgemaakt.

Mogelijke concurrentiestrijd met Samsung, SK Hynix en Micron

Een toetreding van TSMC tot de geheugenmarkt zou gevolgen kunnen hebben voor de bestaande machtsverhoudingen. Samsung, SK Hynix en Micron beheersen momenteel het grootste gedeelte van de wereldwijde DRAM-productie en investeren eveneens in nieuwe geheugentechnologie.

Voor deze bedrijven vormt de sterke vraag vanuit de AI-industrie een belangrijke groeimotor. Vooral de productie van geavanceerd geheugen voor AI-processors is de afgelopen jaren steeds belangrijker geworden.

TSMC zou met zijn ervaring in geavanceerde productieprocessen en zijn nauwe samenwerking met Nvidia een nieuwe concurrent kunnen worden. Toch is succes niet vanzelfsprekend.

De productie van geheugenchips verschilt op belangrijke punten van de fabricage van processors. Vooral het combineren van hoge geheugendichtheid met een laag percentage productiefouten is technisch ingewikkeld.

Bovendien kan het jaren duren voordat nieuwe productielijnen voldoende rendement opleveren om daadwerkelijk concurrerend te zijn met gevestigde fabrikanten.

TSMC werkt al samen met SK Hynix

Opvallend is dat TSMC al betrokken is bij de ontwikkeling van geavanceerd geheugen. In 2024 kondigde het Taiwanese bedrijf een samenwerking aan met SK Hynix rond de volgende generatie HBM-technologie.

Daarbij levert TSMC geavanceerde productietechnologie voor de zogenoemde base die, de ondersteunende chip die onder een stapel geheugenchips wordt geplaatst en verantwoordelijk is voor belangrijke verbindingen en besturingsfuncties.

Een eigen stap richting 3D DRAM zou die samenwerking in een ander daglicht kunnen plaatsen. TSMC zou dan niet uitsluitend technologie leveren aan bestaande geheugenfabrikanten, maar op termijn ook zelf actief worden in een deel van hun markt.

Dat hoeft niet onmiddellijk tot een conflict te leiden, omdat het om verschillende technologieën en toepassingen gaat. Wel zou de concurrentieverhouding ingewikkelder kunnen worden wanneer TSMC daadwerkelijk eigen geheugenproducten op grote schaal gaat fabriceren.

Grote investeringen brengen ook risico's met zich mee

Hoewel de AI-industrie momenteel kampt met een tekort aan geheugen, kent de geheugenchipmarkt historisch grote prijsschommelingen. Perioden van sterke vraag en hoge prijzen worden regelmatig gevolgd door overcapaciteit en scherpe prijsdalingen.

Dat vormt een belangrijk risico voor TSMC. De bouw of ombouw van een fabriek kost miljarden dollars en het kan jaren duren voordat de eerste commercieel bruikbare chips worden geproduceerd.

Wanneer de vraag tegen die tijd afneemt of bestaande fabrikanten hun capaciteit aanzienlijk hebben uitgebreid, kan een investering minder rendabel blijken dan aanvankelijk verwacht.

Daar komt bij dat TSMC al grote bedragen investeert in nieuwe fabrieken en geavanceerde productieprocessen voor processors. Een uitbreiding naar geheugen zou extra kapitaal en gespecialiseerde technische kennis vereisen.

Voor Nvidia zou een extra leverancier op langere termijn gunstig kunnen zijn, maar het is onzeker of een nieuwe fabriek op korte termijn verlichting kan bieden voor de huidige tekorten.

TSMC bevestigt plannen voorlopig niet

TSMC heeft de berichtgeving niet bevestigd. In een reactie aan The Information verklaarde het bedrijf geen commentaar te geven op marktgeruchten en speculaties. Daarbij benadrukte de chipfabrikant dat de kernactiviteiten gericht blijven op de productie van logische geïntegreerde schakelingen voor klanten.

Nvidia gaf volgens de publicatie geen inhoudelijke reactie op vragen over de mogelijke plannen.

Daarmee blijft voorlopig onduidelijk of het onderzoek uiteindelijk leidt tot een concreet investeringsbesluit. De berichtgeving wijst erop dat TSMC de mogelijkheden serieus bestudeert, maar van een aangekondigde fabriek of vastgesteld productieschema is nog geen sprake.

Mocht het Taiwanese concern daadwerkelijk besluiten geavanceerde geheugenchips te produceren, dan zou dat een belangrijke verandering betekenen voor de internationale halfgeleiderindustrie.

Voor Nvidia staat daarbij vooral de leveringszekerheid centraal. Het bedrijf wil voorkomen dat het tekort aan geheugen de verdere verkoop van zijn AI-systemen belemmert. Voor TSMC ligt er mogelijk een kans om een nog groter gedeelte van de miljardeninvesteringen in kunstmatige intelligentie naar zich toe te trekken.