Chip-Design in Brasilien

Im Jahr 1971 produzierte die Universität von São Paulo den ersten Chip in Lateinamerika^[9]. Ein Halbleiter ist ein Material wie Silizium, dessen Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, gesteuert werden kann, und jeder Chip wird aus einem solchen hergestellt. Im Jahr 1991 gewährte das Informatikgesetz (Gesetz 8.248) Steuervergünstigungen für Elektronikunternehmen, die einen Teil ihres Umsatzes in Forschung innerhalb Brasiliens investieren^[3], und im Jahr 2007 richtete das Gesetz 11.484 PADIS ein, ein Förderprogramm für die Halbleiterindustrie^[12]. Im Jahr 2008 gründete die Bundesregierung CEITEC, ein Staatsunternehmen in Porto Alegre, das die einzige Chipfabrik in Lateinamerika wurde^[17], und nutzte dabei ein Fertigungsverfahren, das im Dezember 2007 von der deutschen Firma X-FAB lizenziert wurde^[15]. Sein bekanntestes Produkt, der Chip do Boi, ist ein Funketikett zur Identifizierung von Rindern, und es war der erste in Brasilien entworfene Chip, der die Massenproduktion erreichte^[16].

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer auf einem einzigen Chip, der einen Prozessor, Speicher und Verbindungen zu Sensoren und anderen Geräten enthält und in Haushaltsgeräten, Fahrzeugen und Industriemaschinen vorkommt. BlueMacaw, entwickelt unter dem Projektnamen u32BR, ist ein 32-Bit-RISC-V-Mikrocontroller, was bedeutet, dass seine Register und arithmetischen Operationen mit Zahlen arbeiten, die 32 Binärstellen breit sind, mit integriertem Bluetooth Low Energy, einem Funkstandard für Geräte, die mit wenig Energie betrieben werden^[1]. Fünf Bundesuniversitäten entwarfen ihn zusammen mit Elektronikunternehmen: UFSM, UFMG, UnB, UFCG und UFPR. Professor João Baptista Martins von der UFSM und das Santa Maria Design House koordinierten die Arbeit, an der mehr als 50 Personen über 30 Monate beteiligt waren und die über Softex mit Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MCTI) finanziert wurde^[3,4]. Das Team stellte ihn am 14. Juni 2024 auf der Veranstaltung RISC-V Brasil in Campinas vor^[3], und seine offizielle Website wurde im Oktober 2025 eröffnet^[5].

TSMC fertigte BlueMacaw in Taiwan mit seinem 22-Nanometer-Verfahren^[4,5]. Ein Verfahren ist die Gesamtheit der Fertigungsschritte, die eine Chipfabrik verwendet, und seine Größe in Nanometern, Millionstel eines Millimeters, gibt an, wie klein die Transistoren sein können, was bestimmt, wie viele auf den Chip passen und wie viel Leistung sie verbrauchen. Der Prozessor läuft mit 200 MHz, das heißt 200 Millionen Taktzyklen pro Sekunde, und hat eine 4-stufige Pipeline, ein Design, das vier Anweisungen gleichzeitig in Bearbeitung hält, jede in einer anderen Phase des Abrufens und Ausführens. Er hat 32 KB Speicher für Anweisungen und 32 KB für Daten, wobei ein KB 1024 Bytes sind und ein Byte eine Gruppe von 8 Bits ist. Clock Gating, das das Taktsignal in Teilen des Chips stoppt, die untätig sind, und ein Retention-Modus, der den Speicherinhalt bewahrt, während der Rest des Chips schläft, reduzieren den Energieverbrauch^[1].

RISC-V ist als Basis-Befehlssatz plus optionale Erweiterungen organisiert, Gruppen zusätzlicher Anweisungen, die ein Chipdesigner einbeziehen oder weglassen kann. BlueMacaw implementiert RV32IC^[1]. Der Buchstabe I steht für den Basissatz ganzzahliger Anweisungen wie add, slli und beq, und der Buchstabe C steht für die komprimierte Erweiterung, die 16-Bit-Versionen gängiger Anweisungen hinzufügt, sodass Programme weniger Speicher belegen. BlueMacaw lässt die M-Erweiterung weg, die mul und div bereitstellt. Der Simulator auf dieser Website implementiert RV32IM und akzeptiert mul, aber ein für BlueMacaw kompiliertes Programm hat keine Multiplikationsanweisung zur Verfügung, sodass der Compiler jede Multiplikation durch einen Aufruf einer kurzen Routine ersetzt, die mit Verschiebungen und Additionen aus dem Basissatz dasselbe Ergebnis erreicht.

 # Multipliziere 6 mit 7 unter Verwendung nur der Basis-RV32I-Befehle.
li   a0, 6 # die Zahl, die multipliziert wird, bei jedem Durchlauf verdoppelt
li   a1, 7 # der Multiplikator, gelesen von seinem niedrigsten Bit
li   a2, 0 # die laufende Summe
loop:
  beqz a1, done # stoppe, wenn der Multiplikator 0 erreicht
  andi t0, a1, 1 # das niedrigste Bit isolieren
  beqz t0, skip # die Addition überspringen, wenn dieses Bit 0 ist
  add  a2, a2, a0 # den aktuellen verdoppelten Wert addieren
skip:
  slli a0, a0, 1 # die Zahl, die multipliziert wird, verdoppeln
  srli a1, a1, 1 # den Multiplikator nach rechts verschieben, um sein nächstes Bit freizulegen
  j    loop
done:
  mv   a0, a2 # das Ergebnis zum Ausgeben nach a0 verschieben
  li   a7, 1 # Dienst 1 = Ganzzahl ausgeben
  ecall
  li   a7, 10 # Dienst 10 = beenden
  ecall

Das Programm multipliziert zwei Zahlen auf die gleiche Weise, wie die schriftliche Multiplikation auf Papier funktioniert, verwendet aber Binärziffern anstelle von Dezimalziffern. Der Multiplikator 7 ist 111 in Binärform. Die Schleife verwendet andi, um das niedrigste Bit des Multiplikators zu lesen, und wenn dieses Bit 1 ist, addiert sie den aktuellen Wert der anderen Zahl zur laufenden Summe. slli verdoppelt dann die andere Zahl, und srli verschiebt den Multiplikator nach rechts, damit der nächste Durchlauf das nächste Bit liest. Die Schleife endet, wenn der Multiplikator 0 erreicht, und das Programm gibt 42 aus. Auf einem Chip ohne die M-Erweiterung kostet jedes Bit des Multiplikators mehrere Anweisungen, was den Prozessor kleiner hält und seinen Stromverbrauch senkt.

Das Compilers Laboratory an der UFMG, koordiniert von Professor Fernando Pereira, schrieb das Software Development Kit (SDK) von BlueMacaw, das Paket aus Werkzeugen und Code, das ein Programmierer installiert, um Programme für den Chip zu schreiben^[3]. Sein Compiler ist GCC, ein weit verbreiteter freier Compiler, der C und C++ in Maschinencode übersetzt, konfiguriert für RISC-V. Das Kit enthält außerdem einen Assembler, der Assembler in Maschinencode übersetzt, einen Linker, der die übersetzten Teile zu einem Programm zusammenfügt, und den GDB-Debugger, der sich über ein Werkzeug namens OpenOCD mit dem Chip verbindet. Programme laufen bare-metal, direkt auf der Hardware ohne darunterliegendes Betriebssystem, und das Kit liefert den Startcode, der den Chip vorbereitet, die Speicherzuweisung und Treiber für die Peripheriegeräte, die eingebauten Schaltkreise für Timer, serielle Kommunikation, Analogeingang und Bluetooth^[2].

An der Bundesuniversität von Rio Grande do Sul (UFRGS) entwarfen Anderson I. Silva, Altamiro Susin, Fernanda L. Kastensmidt, Antonio Carlos S. Beck und José Rodrigo Azambuja NoX, einen 32-Bit-RISC-V-Kern, den Teil eines Chips, der Anweisungen ausführt, und veröffentlichten sein Design als Open Source, sodass jeder es lesen, verwenden und ändern kann. NoX hat eine 4-stufige Pipeline und ist für Chips gedacht, die mehrere kleine Kerne in Geräten am Rand eines Netzwerks kombinieren, wie Sensoren, die Daten dort verarbeiten, wo sie sie sammeln. Es wurde auf dem SBCCI 2024 vorgestellt, dem brasilianischen Symposium für integrierte Schaltkreise und Systementwurf^[6].

Am 15. März 2024 unterzeichneten das Instituto Eldorado in Campinas und Forscher der Unicamp eine Vereinbarung mit dem Barcelona Supercomputing Center, um einen Matrixmultiplikationsbeschleuniger in einem RISC-V-Prozessor zu bauen, im Rahmen des PPI-Softex-Programms mit MCTI-Unterstützung^[7]. Ein Beschleuniger ist eine Schaltung, die einer einzigen Art von Berechnung gewidmet ist, und Matrixmultiplikation ist die Berechnung, die Modelle der künstlichen Intelligenz am häufigsten durchführen. Im August 2025 beschrieb die Regierung einen nationalen Supercomputer für das Nationale Labor für wissenschaftliches Rechnen (LNCC), Teil des Brasilianischen Plans für künstliche Intelligenz (PBIA), zunächst mit etwa 5.000 Grafikprozessoren und in einer späteren Phase mit einem RISC-V-Beschleuniger und -Prozessor von der Unicamp, dem Barcelona-Zentrum und Eldorado^[8].

RISC-V International ist die Organisation, die die RISC-V-Spezifikationen pflegt, die Dokumente, die jeden Befehl definieren. Im Februar 2024 trat Brasilien als Premier Member bei, der höchsten Mitgliedschaftsstufe der Organisation, wobei der Sitz vom MCTI gehalten wird^[9]. Alessandro Campos, General Coordinator für Halbleitertechnologien des MCTI, sitzt im Board of Directors^[11], und Professor Guido Araujo von der Unicamp vertritt das MCTI im Technical Steering Committee, der Gruppe, die über neue Erweiterungen und Änderungen der Spezifikationen abstimmt^[10].

Brasil Semicon, geschaffen durch das Gesetz 14.968 vom 11. September 2024, verlängert die Steueranreize des Informatikgesetzes und des PADIS bis 2029 und macht Chipdesign, Forschung, die Produktion von Displays und Solarmodulen sowie die Ausbildung von Fachkräften neben der Chipfertigung förderfähig^[12].

Das nationale Mikroelektronikprogramm bildet Chipdesigner über CI Inovador aus, eine von Softex koordinierte Residenz, in der die Teilnehmer ein monatliches Stipendium von 5.000 R$ erhalten, während sie studieren und an Schaltungsdesign arbeiten^[14,22]. Im Juni 2026 schuf das Graduiertenprogramm in Elektrotechnik an der UFSM eine Forschungslinie in Mikroelektronik und integrierten elektronischen Systemen mit Master- und Doktorandenplätzen in der Gruppe, die BlueMacaw leitet^[13].

Brasilien entwirft Chips in aktuellen Größen, hat aber keine Fabrik, die sie herstellen kann. Das Verfahren von CEITEC arbeitet bei 0,6 Mikrometern, also 600 Nanometern, etwa 27-mal den 22 Nanometern, die für BlueMacaw verwendet werden, sodass brasilianische Entwürfe wie BlueMacaw im Ausland gefertigt werden^[5,15]. Der Chip do Boi erreichte auch die Massenproduktion in den Fabriken von X-FAB in Deutschland und den Vereinigten Staaten, während CEITEC Prototypen und kleine Stückzahlen in Porto Alegre herstellte^[15,16].

Die Nationale Informatikpolitik, Gesetz 7.232 von 1984, reservierte den heimischen Computermarkt acht Jahre lang für Unternehmen mit brasilianischem Kapital^[24]. Als die Reserve 1992 endete und der Markt für Importe geöffnet wurde, konnten viele der geschützten Unternehmen nicht mit ausländischen Herstellern konkurrieren und schlossen oder wurden aufgekauft, oft von multinationalen Unternehmen^[24]. Die Halbleiterwerke von Transit, Philco und SID hatten bereits 1981, 1984 und 1997 geschlossen^[25].

Die Chipproduktion in Brasilien konzentriert sich heute auf das Packaging, die letzte Stufe, in der fertige Chips aus dem Siliziumwafer, der dünnen Scheibe, auf der viele Chips gemeinsam hergestellt werden, geschnitten und in Schutzgehäuse eingeschlossen werden. Fünf Packaging-Gruppen sind im Land tätig, hauptsächlich für die Speicherchips, die in Computern und Telefonen verwendet werden^[25]. Eine Studie der nationalen Entwicklungsbank BNDES aus dem Jahr 2015 beschrieb Brasilien als eine der wenigen großen Volkswirtschaften ohne lokale Chipfertigung und verzeichnete ein Handelsdefizit bei Halbleitern, den Betrag, um den die Importe die Exporte übersteigen, das von unter 500 Millionen US-Dollar im Jahr 1992 auf etwa 5 Milliarden US-Dollar pro Jahr in den Jahren 2013 und 2014 anstieg^[26].

SIX Semicondutores, später in Unitec umbenannt, war der größte private Versuch einer Chipfabrik. Sie befand sich in Ribeirão das Neves, Minas Gerais, und wurde 2005 mit Eike Batista unter ihren Gründern konzipiert. Sie erhielt etwa 1,2 Milliarden R$ von der BNDES, der Entwicklungsbank von Minas Gerais (BDMG) und privaten Partnern, und IBM hielt 18,8 % des Unternehmens und lieferte seine Technologie^[27]. Öffentliche Banken setzten 2015 den Kredit aus, der fallende Wert des Real erhöhte die Kosten für importierte Ausrüstung, und IBM verließ das Unternehmen 2019, nachdem es sein eigenes Chipfertigungsgeschäft verkauft hatte^[27]. Das Werk produzierte nie einen kommerziellen Chip. Es trat in ein gerichtliches Sanierungsverfahren ein, eine gerichtlich überwachte Umstrukturierung seiner Schulden, mit Schulden von etwa 600 Millionen R$^[27].

Das 2005 gegründete Programm CI-Brasil bildete über 1.000 Chipdesigner in drei Zentren aus, bevor seine Finanzierung 2019 auslief^[25]. Das nationale Mikroelektronikprogramm von 2002 wuchs auf 20 Designunternehmen, und 7 davon blieben 2023 bestehen^[25]. Im Januar 2021 erließ Präsident Jair Bolsonaro zwei Vetos, die Artikel des Ergänzungsgesetzes 177 entfernten. Ein Artikel verbot die Blockierung von Geldern im FNDCT, dem nationalen Wissenschaftsfonds, und der andere übertrug ungenutzte Mittel aus 2020 in das Jahr 2021, wodurch 4,2 Milliarden R$ des Fonds blockiert blieben^[28].

CEITEC wäre fast geschlossen worden. Das Dekret 10.578 vom 16. Dezember 2020 genehmigte seine Auflösung auf Empfehlung des Rates des Programms für Investitionspartnerschaften^[17]. Die Regierung nannte drei Gründe: Bundeszuweisungen von mindestens 50 Millionen R$ pro Jahr zur Deckung von Betriebsdefiziten, Verluste von 23,9 Millionen R$ bis 49,6 Millionen R$ pro Jahr zwischen 2015 und 2017 und keinen Käufer^[17,23]. Der Bundesrechnungshof (TCU) setzte das Verfahren am 1. September 2021 aus, nachdem er unüberwindbare Schwächen in der Begründung festgestellt hatte, darunter, dass sie den Verlust öffentlicher Investitionen und angesammelten Wissens ignorierte^[18]. Das Dekret 11.768 vom 6. November 2023 machte die Auflösung rückgängig^[19]. Im Dezember 2024 genehmigte das MCTI 220 Millionen R$ aus dem nationalen Wissenschaftsfonds (FNDCT), um die Fabrik auf Siliziumkarbid-Leistungschips umzustellen, die in Solarwechselrichtern und Elektrofahrzeugen verwendet werden^[20]. Der Bundeshaushalt 2025 wies CEITEC 60 Millionen R$ zu, und sein Präsident Augusto Gadelha sagte, die Umstellung erfordere mehrere hundert Millionen und würde sich verzögern^[29]. Im Mai 2026 vermittelte das MCTI eine Partnerschaft zwischen CEITEC und Global Power Technology, einem chinesischen Unternehmen, für diese Produktion^[21].

Im Oktober 2026 startete das Eldorado-Institut in Campinas ein nationales Projekt zur Entwicklung eines Prozessors für künstliche Intelligenz auf der RISC-V-Architektur. Die Staatliche Universität von Campinas (Unicamp) leitet es gemeinsam mit ihnen, und das Renato-Archer-Informationszentrum für Technologie ist beigetreten^[30]. Das Ministerium für Wissenschaft, Technologie und Innovation verpflichtete sich über FNDCT, BNDES und FINEP zu 50 Millionen Reais für das erste Jahr, und für spätere Phasen sind etwa 75 Millionen mehr geplant^[30]. Das Design ist ein Matrixbeschleuniger: mehrere Chips, die auf einer Platine kombiniert werden und die Arithmetik ausführen, die KI-Modelle benötigen. Er zielt auf spezialisierte Arbeitslasten wie die Bilderzeugung statt auf das Training allgemeiner Sprachmodelle^[30].

Das Projekt setzt die in diesem Artikel beschriebene Arbeitslinie fort. BlueMacaw bewies, dass ein brasilianisches Konsortium einen offenen Befehlssatz bis zu funktionierendem Silizium bringen kann, und der Beschleuniger wendet dieselbe Offenheit auf das Hochleistungsrechnen an. Das Motiv ist wirtschaftlich: Brasilien importiert jährlich etwa 8 Milliarden Dollar an Halbleitern, und ein heimischer Beschleuniger hält einen Teil dieser Ausgaben im Land. Die Arbeit ist Teil des Brasilianischen Plans für künstliche Intelligenz, desselben Programms, das hinter dem nationalen Supercomputer steht^[33].

Ein Chip braucht mehr als die Metalle auf der Karte oben. Fabriken laufen auch mit Gasen. Helium kühlt Wafer während der Verarbeitung, hält Kammern frei von verunreinigender Luft und findet mikroskopische Lecks, und Neon trägt das Licht der Laser, die Muster in Silizium ätzen. Im Oktober 2026 stufte das Energieministerium der Vereinigten Staaten Helium als kritischen Rohstoff ein: Die Halbleiterfertigung kann nicht darauf verzichten, und das weltweite Angebot konzentriert sich auf wenige Länder^[34]. Das Panel für natürliche Ressourcen auf dieser Seite listet die Materialien und Gase auf, die die Elektronikproduktion speisen, und kennzeichnet, was dieses Land im eigenen Territorium abbaut oder produziert.

Die Markierungen zeigen Produktion, nicht Vorkommen. Die Ukraine verfügt über eine der größten Lithiumressourcen Europas und hat den Abbau nicht begonnen, und Brasilien produziert überhaupt kein Helium, sodass jeder nationale Fertigungsplan diesen Import erbt. Neon ist der krasseste Fall: Vor 2022 lieferte die Ukraine etwa die Hälfte des weltweiten Neons in Halbleiterqualität, und die Invasion zerstörte diese Produktion^[35]. Metalle und Gase entscheiden gemeinsam darüber, wie weit ein Land eine heimische Chipindustrie aufbauen kann, und kein Land besitzt alle.

Die Karte auf dieser Seite visualisiert öffentliche Datensätze. Die wichtigsten Quellen sind unten aufgeführt.