Apples 3nm-Technologie: eine neue Generation der Siliziumchips

Apple wird voraussichtlich später in diesem Jahr auf eine 3nm-Technologie für seine benutzerdefinierten Siliziumchips umsteigen. Doch was bedeutet dieser fortschrittliche Prozess für die nächsten Generationen von Apple-Chips? In diesem Artikel werfen wir einen genauen Blick auf das Thema und erklären, warum 3nm für Apple von großer Bedeutung ist.

Die Bedeutung der Chip-Fertigungstechnik

Die Halbleiterfertigung ist der Prozess, der zur Herstellung von Chips verwendet wird. Der “Node” dieses Prozesses ist vereinfacht gesagt ein Maß für die kleinste mögliche Dimension, die bei der Herstellung verwendet wird und in Nanometern (nm) gemessen wird. Der Node eines Chips bestimmt dessen Transistordichte, Kosten, Leistung und Effizienz.

Welche Nodes verwendet Apple derzeit?

Apple hat den letzten großen Schritt in der Fertigungstechnik im Jahr 2020 gemacht, als es auf den 5-nm-Prozess von TSMC mit dem A14 Bionic und dem M1-Chip umgestiegen ist. Einige Chips wie der S6, S7 und S8 in der Apple Watch verwenden weiterhin einen 7-nm-Fertigungsprozess, da sie auf dem A13 Bionic basieren – dem letzten 7-nm-Chip, der für das iPhone entwickelt wurde. Im vergangenen Jahr führte Apple den A16 Bionic Chip mit dem iPhone 14 Pro und dem iPhone 14 Pro Max ein. Apple behauptet, dass es sich um einen 4-nm-Chip handelt, weil er den TSMC “N4”-Prozess verwendet, aber in Wirklichkeit wird er mit einer verbesserten Version des TSMC 5-nm N5 und N5P-Prozesses hergestellt.

Was bringt 3nm?

3nm sollte Apple’s Chips die größte Leistungs- und Effizienzsteigerung seit 2020 bringen. Die erhöhte Anzahl von Transistoren, die durch 3nm möglich werden, ermöglicht es dem Chip, mehr Aufgaben gleichzeitig und schneller auszuführen, bei gleichzeitiger Reduzierung des Stromverbrauchs.

Die Produktionstechnik der nächsten Generation ermöglicht es den Chips, bis zu 35 Prozent weniger Energie zu verbrauchen und dabei eine bessere Leistung im Vergleich zum 5-nm-Prozess zu bieten, den Apple seit 2020 für alle seine A- und M-Serie Chips verwendet. 3nm-Chips könnten auch fortschrittlichere dedizierte Hardware unterstützen. Zum Beispiel könnte ein 3nm-Chip möglicherweise fortgeschrittenere künstliche Intelligenz– und maschinelle Lernaufgaben sowie leistungsstärkere Grafikfähigkeiten unterstützen. Es wurde gemunkelt, dass Apple einen neuen Prozessor mit Raytracing-Funktionen für den A16 Bionic entwickelt hat, diese Technologie jedoch spät im Entwicklungsprozess des A15 Bionic verworfen hat und stattdessen den CPU des A15 Bionic verwendet hat. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die ersten 3nm-Chips eine integrierte Raytracing-Unterstützung haben werden.

Es ist zu beachten, dass die Verkleinerung der Chipgröße auch einige Herausforderungen mit sich bringen kann, wie z.B. erhöhte Leistungsdichte, Wärmeerzeugung und Fertigungskomplexität. Aus diesem Grund erfolgen größere Fertigungsschritte immer seltener.

Laut The Information werden zukünftige Apple-Siliziumchips, die auf dem 3nm-Prozess basieren, bis zu vier Dies enthalten, die bis zu 40 Rechenkerne unterstützen. Der M2-Chip verfügt über eine 10-Kern-CPU, während der M2 Pro und Max über 12-Kern-CPUs verfügen. Daher könnte 3nm die Mehrkernleistung erheblich steigern.

Wann kommen die ersten 3nm-Chips? TSMC hat seine Tests zur 3nm-Produktion seit 2021 intensiviert, aber in diesem Jahr wird erwartet, dass die Technologie ausgereift genug ist, um kommerziell rentabel zu sein. TSMC soll voraussichtlich im vierten Quartal 2022 mit der vollständigen kommerziellen Produktion von 3nm-Chips beginnen. Der Produktionsplan soll planmäßig verlaufen.

Die Bestellung von Apple für 3nm-Chips wird angenommen, dass sie so groß ist, dass sie die gesamte Produktionskapazität von TSMC für dieses Jahr beansprucht. Aktuelle Berichte deuten darauf hin, dass der Zulieferer Schwierigkeiten hat, genügend 3nm-Chips zu produzieren, um die Nachfrage nach Apples kommenden Geräten zu decken.

Analysten glauben, dass TSMC Probleme mit Werkzeugen und Ausbeute hat, was sich auf den Hochlauf der Serienproduktion der neuen Chip-Technologie auswirkt. Es besteht die Möglichkeit, dass einige M3-Geräte aufgrund dieser Probleme leicht verzögert werden könnten, aber es scheint unwahrscheinlich, dass Apple den Start des A17 Bionic und der iPhone 15 Pro Modelle verzögern möchte.

Sobald die 3nm-Produktion gut etabliert ist, wird TSMC auf 2nm umsteigen. Die Produktion auf dem 2nm-Node soll im Jahr 2025 beginnen.

Welche zukünftigen Geräte werden mit 3nm Apple Silicon Chips ausgestattet sein?

In diesem Jahr wird allgemein angenommen, dass Apple mindestens zwei Chips mit TSMCs 3nm-Prozess einführen wird: den A17 Bionic und den M3 Chip. Die ersten Geräte, die den A17 Bionic enthalten, werden voraussichtlich das iPhone 15 Pro und das iPhone 15 Pro Max sein, die im Herbst auf den Markt kommen sollen. Die ersten M3-Geräte sollen ein aktualisiertes 13-Zoll MacBook Air, einen 24-Zoll iMac und das iPad Pro umfassen. Das iPhone 15 Pro und das iPhone 15 Pro Max sind die einzigen Geräte, bei denen angeblich der A17 Bionic Chip zum Einsatz kommt. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass er im nächsten Jahr auch im iPhone 16 und iPhone 16 Plus sowie möglicherweise in anderen Geräten wie dem iPad mini und Apple TV zum Einsatz kommt. Apple arbeitet an mehreren M3-Chips mit den Codenamen Ibiza, Lobos und Palma. Blicken wir noch weiter in die Zukunft, so glaubt der Apple-Analyst Ming-Chi Kuo, dass die neuen 14- und 16-Zoll MacBook Pro Modelle, die 2024 erscheinen sollen, über M3 Pro und M3 Max Chips verfügen werden.