Chips zum Selberbauen: Warum offene Werkzeuge das Halbleiter-Design aus der Blackbox holen

Ein moderner Mikrochip zu entwerfen galt lange als eine der geschlossensten Disziplinen der Technik überhaupt. Die Entwurfsprogramme, mit denen Schaltungen geplant und auf Silizium übersetzt werden, stammen von einer Handvoll spezialisierter Anbieter, kosten oft sechsstellige Beträge im Jahr und sind an strenge Lizenzen gebunden. Auch die sogenannten Process Design Kits, die beschreiben, wie eine Fabrik ihre Transistoren tatsächlich fertigt, unterliegen in der Regel der Geheimhaltung. Wer Chips entwickeln wollte, brauchte also nicht nur Fachwissen, sondern auch Zugang zu einer teuren und weitgehend intransparenten Werkzeugkette. Genau dieses Bild beginnt sich zu verschieben.

Offene Bausteine für ein geschlossenes Feld

Treiber der Bewegung ist die freie Befehlssatz-Architektur RISC-V. Anders als die etablierten Architekturen von Arm oder x86 lässt sie sich ohne Lizenzgebühren nutzen und anpassen. Um diese offene Basis herum ist in den vergangenen Jahren ein ganzes Ökosystem aus quelloffenen Entwurfswerkzeugen entstanden. Projekte wie OpenROAD ermöglichen inzwischen einen weitgehend automatisierten Ablauf vom logischen Entwurf bis zur Platzierung und Verdrahtung der Schaltung – zumindest bei ausgereiften, älteren Fertigungsgrößen. Fachleute weisen offen darauf hin, dass die Ergebnisqualität kommerzieller Programme noch nicht überall erreicht wird, der Abstand aber kleiner wird.

Parallel dazu arbeiten Forschungseinrichtungen daran, auch die letzten geschlossenen Glieder der Kette zu öffnen. So hat etwa das Leibniz-Institut IHP nach eigenen Angaben ein quelloffenes Entwurfskit veröffentlicht, das erstmals den kompletten Weg für ein aus mehreren kleinen Chips zusammengesetztes Modul samt Prüfung gegen reale Fertigungsregeln abbildet. Solche Chiplets gelten als wichtiger Trend: Statt einen einzigen großen Chip zu bauen, werden mehrere spezialisierte Bausteine kombiniert – das senkt Kosten und erhöht die Flexibilität.

Vom Hörsaal auf das Silizium

Ein zweiter Schub kommt aus der Lehre. Forschungsgruppen an europäischen Hochschulen, darunter die ETH Zürich und die Universität Bologna, haben offene Plattformen vorgestellt, mit denen Studierende einen Entwurf von der Architektur über die Beschreibung in einer Hardware-Sprache bis hin zu einem tatsächlich fertigbaren Layout durchspielen können. Was früher hinter Firmengeheimnissen verborgen blieb, wird so zum nachvollziehbaren Lehrstoff. Für die Ausbildung von Ingenieurinnen und Ingenieuren ist das bedeutsam, denn der Fachkräftemangel in der Halbleiterbranche gilt als eine der zentralen Wachstumsbremsen.

Sichtbar wird zugleich, dass die Bewegung längst nicht nur akademisch ist. Große Anbieter setzen ebenfalls auf RISC-V-Kerne und stellen leistungsfähige Entwürfe vor, die in fortschrittlichen Fertigungsprozessen produziert werden sollen. Der offene Standard ist damit vom Nischenprojekt zu einem ernstzunehmenden Gegenspieler der etablierten Architekturen gereift.

Warum das Thema über die Technik hinausreicht

Die Debatte berührt einen Punkt, der weit über Entwurfsdetails hinausgeht: die technologische Souveränität. Wenn Werkzeuge, Architekturen und Fertigungsvorschriften offenliegen, lässt sich leichter überprüfen, was in einem Chip tatsächlich passiert – ein Aspekt, der für sicherheitskritische Anwendungen und für die Unabhängigkeit von wenigen globalen Anbietern zunehmend an Gewicht gewinnt. Gleichzeitig bleibt Nüchternheit angebracht: Bei den modernsten und kleinsten Strukturbreiten sind die offenen Abläufe noch nicht konkurrenzfähig, und die eigentliche Fertigung liegt weiter in den Händen weniger hochspezialisierter Werke.

Dennoch markiert die Entwicklung eine Richtungsänderung. Der Chipentwurf, jahrzehntelang eine der am besten gehüteten Blackboxes der Industrie, wird Schritt für Schritt zugänglicher, überprüfbarer und lehrbarer. Ob daraus ein tragfähiges Gegenmodell zu den kommerziellen Ökosystemen entsteht oder ob offene und geschlossene Ansätze künftig einfach nebeneinander bestehen, wird sich in den kommenden Jahren zeigen.

Dieser Beitrag ist eine redaktionelle Einordnung eines aktuellen Branchentrends und keine Empfehlung für einzelne Produkte, Anbieter oder Forschungseinrichtungen.

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