Die versteckten Kosten des isolierten Engineerings in der Halbleiterindustrie

Die meisten Halbleiterunternehmen arbeiten mit sechs oder mehr voneinander getrennten Systemen – PLM, MES, ERP, Qualitätsplattformen –, zwischen denen kein einheitlicher Datenfluss besteht. Diese Fragmentierung führt zu technischen Änderungen in späten Entwicklungsphasen, unerwarteten Ausbeuteproblemen und einer längeren Markteinführungszeit. Die Lösung liegt nicht in mehr Daten, sondern in vernetzten Daten, die kontinuierlich von den Anforderungen über die Siliziumfertigung bis hin zur Serienproduktion fließen.

Da Halbleiterprodukte immer komplexer werden – und der Druck, vom Konzept zur Markteinführung zu gelangen, stetig zunimmt –, werden jene Unternehmen im Wettbewerb am besten aufgestellt sein, die Komplexität in koordinierte Umsetzung verwandeln können. Doch nicht die Komplexität allein bremst die Dynamik. Der eigentliche Engpass liegt eine Ebene tiefer: Den meisten Halbleiterunternehmen fehlt nach wie vor eine gemeinsame, vernetzte Sicht auf ihre eigenen Produktinformationen.

Diese Diskrepanz ist kostspielig – und wird mit jedem Entwicklungszyklus teurer.

Warum führen isolierte Systeme in der Halbleiterentwicklung zu Überraschungen in der Endphase?

Isolierte Daten machen sich nicht direkt als Problem bemerkbar. Sie äußern sich in Form von Reibungsverlusten – einer Designänderung, deren Weitergabe an nachgelagerte Bereiche drei Tage dauert, einer Ertragsabweichung, deren Ursache erst nach zwei Wochen zurückverfolgt werden kann, oder einem Fertigungspartner, der nach einer Spezifikation produziert, die die Entwicklungsabteilung bereits im letzten Quartal aktualisiert hat.

Jeder Vorfall für sich genommen erscheint überschaubar. In ihrer Gesamtheit bestimmen sie jedoch, wie wettbewerbsfähig ein Halbleiterunternehmen tatsächlich ist.

Laut einer aktuellen PTC-Umfrage geben 93 % der Unternehmen an, dass bei ihnen Produktdatensilos bestehen. Mehr als die Hälfte gibt an, dass die meisten Daten auf bestimmte Systeme beschränkt sind und nur bestimmte Teilmengen unternehmensweit zugänglich sind. Nur 7 % beschreiben ihre Daten als nahezu vollständig unternehmensweit zugänglich. Diese Zahlen überraschen niemanden, der schon einmal in einem Halbleiterunternehmen gearbeitet hat – doch sie sind frappierend, wenn man sie mit den Anforderungen der Branche vergleicht.

Wenn sich eine Kundenanforderung in einer späten Phase des Entwicklungszyklus ändert, stellen sich sofort entscheidende Fragen: Welche Produktvarianten sind betroffen? Welche Testverfahren müssen aktualisiert werden? Welche Fertigungspartner müssen benachrichtigt werden? Welche Software-Abhängigkeiten bestehen? Wenn Produktinformationen über Tabellenkalkulationen, gemeinsam genutzte Laufwerke, E-Mail-Verläufe und selbst entwickelte Datenbanken verstreut sind, dauert die Beantwortung dieser Fragen Tage. Manchmal sogar Wochen. Und in einem Markt, in dem die KI-getriebene Nachfrage die Innovationszyklen auf einzelne Produktgenerationen verkürzt, verursacht diese Verzögerung Kosten, die sich summieren.

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Welche konkreten Auswirkungen haben fragmentierte PLM-, MES-, ERP- und Qualitätsmanagementsysteme?

Die Kernsysteme, auf die sich Halbleiterunternehmen stützen – PLM für Produktlebenszyklusdaten, MES für die Fertigungssteuerung, ERP für Lieferkette und Finanzwesen sowie Qualitätsplattformen für Compliance –, wurden jeweils zur Lösung eines bestimmten Problems entwickelt. Jedes dieser Systeme erfüllt seine Aufgabe gut. Das Problem ist jedoch, dass ohne einen durchgängigen Datenstrom zwischen ihnen die Lücken zwischen den Systemen zu Quellen für Ausführungsrisiken werden.

Eine Studie von Tech-Clarity, die auf einer Umfrage unter mehr als 200 großen Herstellern diskreter Produkte basiert, ergab, dass nur etwa jedes fünfte Unternehmen eine wirklich ausgereifte PLM-MES-Integration aufweist. Noch aussagekräftiger ist, dass über drei Viertel der Hersteller nach wie vor auf manuelle Prozesse – das Erstellen von Berichten, das manuelle Nachschlagen von Informationen – angewiesen sind, um die Auswirkungen technischer Änderungen zu bewerten. Das ist keine geringfügige Ineffizienz. In der Halbleiterfertigung, wo Designänderungen sich über mehrere Foundries, OSATs und Gehäusevarianten hinweg auswirken können, stellt die manuelle Analyse der Auswirkungen von Änderungen ein strukturelles Risiko dar.

Die Konsequenzen folgen einem vorhersehbaren Muster. Laut der Kearney-Analyse vom März 2025 zur Halbleiterindustrie „kämpfen“ viele Unternehmen, die durch Übernahmen gewachsen sind, „mit fragmentierten Systemen und inkonsistenten Daten über die verschiedenen Fabriken hinweg“, was zu einer geringen Datenzuverlässigkeit führt, die die Harmonisierung von Informationen für Preis-, Kosten- und Innovationsentscheidungen erheblich erschwert. Die Probleme verschärfen sich insbesondere in drei Punkten:

• Material- oder Spezifikationsänderungen: Wie schnell kann ein Wechsel des Zulieferers an Kunden und Fertigungsstätten kommuniziert werden, mit klarer Transparenz über die betroffenen Wafer-Chargen?
  
• Kundengesteuerte Spezifikationsaktualisierungen: Wie werden Änderungen über die gesamte Fertigungskette hinweg weitergegeben, ohne dass es zu Verwechslungen bei den Versionen kommt?
• Abweichungen zwischen Plan und Ist: Wie lassen sich die Produktionskosten nahezu in Echtzeit nachverfolgen, wenn die Kostendaten in einem anderen System als die Produktionsdaten gespeichert sind?

Dies sind keine Ausnahmefälle. Sie sind die tägliche betriebliche Realität für die meisten Halbleiterunternehmen – und genau hier entstehen die versteckten Kosten durch nicht miteinander verbundene Systeme.

Infineon nutzt Windchill PLM als Teil seiner Strategie, um Produktdaten zu verknüpfen und Änderungen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg effektiv zu verwalten.

Was bedeutet „Engineering-Kontinuität“ eigentlich für Halbleiterteams?

Technische Kontinuität ist die Fähigkeit, über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg nachvollziehbare Verbindungen zwischen Anforderungen, Produktdefinitionen, Konstruktionsaktivitäten, der Fertigungsausführung, Qualitätsereignissen und der Kollaboration mit Zulieferern aufrechtzuerhalten. Sie ist die operative Voraussetzung, die es einem funktionsübergreifenden Team – Konstruktion, Fertigung, Qualität, Lieferkette – ermöglicht, zu jedem Zeitpunkt des Produktlebenszyklus eine einheitliche, verlässliche Sicht auf das Produkt zu teilen.

Ohne diese Kontinuität wird jede Übergabe zu einer potenziellen Bruchstelle. Das Konstruktionsteam gibt eine Spezifikation auf der Grundlage interner Daten an die Fertigung weiter; die Fertigung produziert anhand einer Stückliste, in der die neuesten Änderungen des Engineering noch nicht berücksichtigt sind; die Qualitätssicherung untersucht ein Ausbeute-Problem, ohne Zugriff auf den Revisionsverlauf der Konstruktion zu haben, der eine Erklärung liefern könnte. Diese Bruchstellen verlangsamen nicht nur die Ausführung. Sie mindern auch die Zuverlässigkeit der Entscheidungen, die im gesamten Unternehmen getroffen werden.

Dank der durch einen Digital Thread gewährten technischen Kontinuität haben Teams Zugriff auf eine vernetzte, aktuelle Übersicht über Produktinformationen über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Mit sicheren, differenzierten und aktuellen Daten können die zuständigen Teams erkennen, was sich geändert hat, die Auswirkungen auf nachgelagerte Prozesse verstehen und Entscheidungen auf der Grundlage eines gemeinsamen Kontexts statt isolierter Datenpunkte treffen. Diese Kontinuität hilft den Bereichen Engineering, Fertigung, Qualität und Lieferkette, sich effektiver abzustimmen, während Produkte von den Anforderungen über die Siliziumfertigung bis hin zur Serienreife gelangen.

Wie kann ein „Digital Thread“ die mangelnde Vernetzung im Engineering von Halbleiter-Unternehmen beheben?

Der Digital Thread ist der kontinuierliche Fluss vernetzter Produktdaten über alle Phasen des Halbleiter-Lebenszyklus hinweg – von der Anforderungserfassung über das IC-Design, die Übergabe an die Foundry, die Verpackung, den Test, die Qualifizierung bis hin zum Qualitätsmanagement. Er ersetzt nicht die spezialisierten Systeme, die die einzelnen Phasen verwalten. Stattdessen bildet er das Datenrückgrat, das diese miteinander verbindet.

Wenn ein Digital Thread effektiv implementiert wird, verbindet er PLM-, MES-, ERP- und Testsysteme miteinander, sodass Änderungen kontextbezogen weitergegeben werden, Qualitätsereignisse bis zu ihrer Grundursache zurückverfolgt werden können und funktionsübergreifende Teams auf der Grundlage derselben „Version der Wahrheit“ arbeiten.

Speziell für Halbleiterunternehmen bedeutet dies in der Praxis mehrere Dinge:

• Anforderungsrückverfolgbarkeit: Änderungen an Produktspezifikationen werden über den gesamten Lebenszyklus hinweg weitergegeben, wobei die Auswirkungen auf nachgelagerte Bereiche sichtbar sind. Dadurch werden technische Änderungsaufträge (ECOs) in späten Phasen sowie kostspielige Neufertigungen reduziert.
  
• Funktionsübergreifende Transparenz: Teams aus den Bereichen Engineering, Fertigung, Qualität und Lieferkette tauschen den Produktstatus in Echtzeit aus, anstatt auf die manuelle Synchronisierung zwischen isolierten Systemen zu warten.
  
• Änderungssteuerung in großem Maßstab: Technische Änderungen werden im Rahmen eines kontrollierten Prozesses geprüft, genehmigt und freigegeben – und nicht über E-Mail-Verläufe und Tabellenkalkulationen weitergeleitet –, wodurch das Risiko verringert wird, dass veraltete Informationen an Foundries oder OSATs gelangen.
  
• Qualität im geschlossenen Kreislauf: Qualitätsereignisse werden direkt mit Produktdefinitionen und Designrevisionen verknüpft, was eine Ursachenanalyse ermöglicht, die sich über Entwicklung und Fertigung erstreckt und nicht bei den Prüfdaten Halt macht.

Für hybride IDMs – Unternehmen wie Analog Devices, NXP und Infineon, die sowohl interne Fertigungsanlagen als auch externe Foundries gleichzeitig verwalten – ist diese vernetzte Datenebene kein „Nice-to-have“. Sie ist der einzige skalierbare Weg, um Produktinformationen gleichzeitig über interne und externe Grenzen hinweg zu koordinieren.

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Vom Fragmentierten zum Vernetzten: Wo soll man anfangen?

Der Übergang von isoliertem zu vernetztem Engineering erfordert nicht den Austausch jedes einzelnen bestehenden Systems. Vielmehr muss eine geregelte, maßgebliche Quelle für Produktdaten etabliert werden, auf die andere Systeme zuverlässig zurückgreifen und die sie aktualisieren können.

Das bedeutet, festzulegen, welches System of Record für welchen Datenbereich zuständig ist, eine bidirektionale Rückverfolgbarkeit zwischen Anforderungen und Produktdefinitionen herzustellen und sicherzustellen, dass technische Änderungen eine kontrollierte Transparenz in den nachgelagerten Teams auslösen – und nicht manuelle Benachrichtigungen. Für die meisten Halbleiterunternehmen ist PLM das logische Rückgrat für diese Grundlage.

Die Unternehmen, die die messbarsten Auswirkungen sehen, sind diejenigen, die damit beginnen, die problematischsten Übergänge in ihrem Lebenszyklus zu lösen – typischerweise entweder die Schnittstelle zwischen Engineering und Fertigung oder die Lücke in der Rückverfolgbarkeit zwischen Design und Qualitätssicherung – und von dort aus weiter aufbauen. Die Etablierung kontrollierter, vernetzter Daten in einem Bereich schafft die Grundlage, auf die sich benachbarte Teams verlassen können und auf der schließlich KI-gesteuerte Analytics aufbauen können.

Der Wettbewerbsnachteil, nicht vernetzt zu sein

Halbleiter-Engineering-Unternehmen müssen mit weniger mehr erreichen: weniger erfahrene Ingenieure, kürzere Innovationszyklen, komplexere Architekturen und höhere Risiken bei jedem verpassten Marktfenster. In diesem Umfeld sind die Kosten einer fragmentierten Entwicklungsarbeit nicht nur operativer, sondern auch strategischer Natur.

Unternehmen, die fragmentierte Systeme beibehalten, werden bei jedem Übergang mit sich summierenden Verzögerungen konfrontiert sein, was das Risiko von Überraschungen in späten Entwicklungsphasen erhöht, die die Margen schmälern und die Markteinführungszeit verlängern. Diejenigen, die in die Kontinuität des Engineerings investieren – vernetzte Daten von den Anforderungen über den Chip bis hin zur Serienfertigung –, werden schnellere Entscheidungen treffen, Probleme früher im Lebenszyklus lösen und sich über ihr gesamtes Fertigungsökosystem hinweg effektiver koordinieren können.

Sobald die Produktdaten durch das Engineering vernetzt sind, stellt sich die nächste Frage: Was geschieht im weiteren Verlauf? Wie bleibt diese Kontinuität nach dem Tape-out erhalten, wenn die Produktinformationen an Foundries, OSATs und Fertigungspartner weitergeleitet werden? Und wie können Teams das Change Management unter Kontrolle halten, wenn sich jede Aktualisierung auf externe Abläufe, Qualitätsprozesse und Zeit-bis-zur-Markteinführung-Verpflichtungen auswirken kann?

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Häufig gestellte Fragen

Was sind die versteckten Kosten einer isolierten Entwicklung in Halbleiterunternehmen?

Zu den versteckten Kosten einer isolierten Entwicklung zählen Änderungsaufträge in späten Entwicklungsphasen, schwer nachvollziehbare Ertragsverluste, Nacharbeiten aufgrund von Übergaben ohne gemeinsamen Kontext sowie verzögerte Entscheidungen, die dadurch entstehen, dass Teams mit unterschiedlichen Informationsgrundlagen arbeiten. Untersuchungen zeigen, dass Unternehmen mit einer unzureichenden PLM-MES-Integration häufig auf manuelle Prozesse zur Analyse der Auswirkungen von Änderungen zurückgreifen, was erhebliche Ausführungsrisiken in der Fertigung und im Qualitätsmanagement mit sich bringt.

Warum arbeiten die meisten Halbleiterunternehmen immer noch mit isolierten Systemen?

Die meisten Halbleiterunternehmen haben ihre Toolchains schrittweise aufgebaut – sie fügten PLM für Produktdaten, MES für die Fertigungsausführung, ERP für Finanzen und Lieferkette sowie Qualitätssysteme für die Compliance hinzu –, ohne eine einheitliche Datenbasis zu schaffen, die diese Systeme miteinander verbindet. Viele sind zudem durch Übernahmen gewachsen und haben dabei inkompatible Systeme in ihren verschiedenen Fabriken übernommen. Das Ergebnis ist eine fragmentierte Datenlandschaft, deren Verwaltung mit zunehmender Produktkomplexität und Unternehmensgröße immer schwieriger wird.

Was ist ein „Digital Thread“ und wie lässt er sich auf die Halbleiterfertigung anwenden?

Ein „Digital Thread“ ist ein vernetzter Fluss von Produktdaten, der jede Phase des Halbleiter-Lebenszyklus miteinander verbindet – von den Anforderungen und dem Design über die Übergabe an die Foundry bis hin zur Verpackung, zum Test und zum Qualitätsmanagement. Er ermöglicht es funktionsübergreifenden Teams, auf der Grundlage einer gemeinsamen, aktuellen Sicht auf die Produktinformationen zu arbeiten, anstatt sich auf die manuelle Synchronisierung zwischen getrennten Systemen verlassen zu müssen. Der Hauptnutzen liegt in einer größeren Kontinuität bei Entscheidungen, Übergaben und Änderungen, die andernfalls Nacharbeiten oder Überraschungen in späten Phasen der Halbleiterentwicklung verursachen würden.

Wie reduziert Engineering Überraschungen in späten Phasen der Halbleiterentwicklung?

Engineering-Kontinuität stellt sicher, dass Änderungen an Anforderungen, Spezifikationen oder Produktdefinitionen mit vollständiger Transparenz für nachgelagerte Prozesse weitergegeben werden. Die Teams wissen, was sich geändert hat, warum es sich geändert hat und welche Varianten, Testverfahren und Fertigungspartner davon betroffen sind – noch bevor die Änderung die Fertigung erreicht. Dieser „Shift-Left“-Ansatz bei der Änderungssteuerung reduziert die Anzahl der Neufertigungen, verkürzt die ECO-Zykluszeiten und verbessert die Erstdurchlaufquoten.

Welche Halbleiterunternehmen profitieren am meisten von der PLM-MES-ERP-Integration?

Hybride IDMs – Unternehmen wie Analog Devices, NXP, Infineon und STMicroelectronics, die sowohl interne Fertigungsanlagen als auch externe Foundries gleichzeitig verwalten – sehen sich den komplexesten Anforderungen an die Datenkoordination gegenüber und sehen den höchsten Nutzen in integrierten PLM-MES-ERP-Umgebungen. Auch Fabless-Unternehmen profitieren stark an der nachgelagerten Schnittstelle, wo die Koordination mit OSATs und Foundries von präzisen, versionskontrollierten Produktdaten abhängt.