iPhone en Mac krijgen dit jaar een 3 nanometer-chip: maar wat heb jij eraan?

Apple heeft met de Apple Silicon-chips grote sprongen vooruit gemaakt, maar tegelijk heeft toeleverancier TSMC ook indrukwekkende prestaties geleverd. Het is in een paar jaar tijd gelukt om chips te produceren waarbij de transistoren steeds dichter opeengepakt zijn. De iPhone 11-serie was nog voorzien van een 7nm-chip, bij de iPhone 12 stapte Apple over naar 5nm. En nu zijn er alweer plannen voor nóg kleiner: 3nm. Om dit in perspectief te plaatsen: 1 nanometer is een miljoenste deel van een millimeter. Kleiner is beter, want dit levert hogere snelheden en lager energieverbruik op.

Welke producten krijgen 3nm chip?

TSMC is momenteel bezig met de eerste generatie van het 3nm-proces, genaamd N3E. De eerste producten die ervan zullen profiteren zijn de iPhone 15 Pro (Max) en enkele MacBooks.

📱 September 2023: iPhone 15 Pro (Max)

In maart 2023 schreef DigiTimes dat de iPhone 15 Pro-modellen voorzien zullen zijn van een A17 Bionic-processor. Dit zal de eerste iPhone-chip zijn gebaseerd op het N3E-proces van TSMC. Deze eerste generatie 3nm-chips zijn 35% energiezuiniger dan de A16 Bionic-chip van de iPhone 14 Pro (Max), die nog gebaseerd is op het 5nm-fabricageproces N4.

💻 Oktober 2023: 13-inch MacBooks

Wat MacBooks betreft zal het gaan om de eerste modellen met M3-chip. Apple is bezig met meerdere M3-chips met codenaam Ibiza, Lobos en Palma. Ze zullen te vinden zijn in producten die voor oktober op de rol staan:

• 13-inch MacBook Air 2023 (opvolger van het M2-model uit 2022)
• 13-inch MacBook Pro 2023 (het niet zo geliefde, afgezwakte instapmodel)

DigiTimes noemt in de nieuwste vooruitblik van 18 juli 2023 dat de “volgende generatie MacBook Pro” aan de beurt is voor 3nm processoren. Daarbij bedoelen ze waarschijnlijk het 13-inch model met M3-chip. De krachtiger modellen met M3 Pro- en M3 Max-chip worden in de loop van 2024 verwacht.

🖥️ Begin 2024: meer producten met M3-chip

In 2024 kunnen we meer updates van MacBooks en iPads verwachten, waaronder de iPad Pro 2024 met M3-chip en de vernieuwde 14- en 16-inch MacBook Pro met ‌M3‌ Pro en ‌‌M3‌‌ Max chips. Mogelijk brengt Apple dan ook een grotere iMac met M3 Pro/Max-chip uit.

In een paar jaar van 28nm naar 3nm

De afgelopen jaren is het snel gegaan met de miniaturisatie van chips. De iPhone 5s uit 2013 was de eerste smartphone met een 64-bit processor: de Apple A7, geproduceerd volgens een 28 nanometer-proces. Hierbij bevinden zich 1 miljard (!) transistoren op een oppervlak van een vierkante centimeter. Maar dat was slechts het begin. Een jaar later waren chipmakers al in staat om 22nm chips te produceren en sindsdien is er elke twee jaar wel weer een sprong vooruit gemaakt.

Bron: IBM

Hieronder zie je globaal gezien de ontwikkeling, waarbij het ontwikkelingsjaar van een chip nog niet betekent dat er ook al consumentenproducten op de plank liggen:

• 45 nm – 2007
• 32 nm – 2009
• 22 nm – 2012
• 14 nm – 2014
• 10 nm – 2016
• 7 nm – 2018
• 5 nm – 2020
• 3 nm – 2022
• 2 nm ~ 2024 (verwacht)

Volgens DigiTimes (paywall) is TSMC eind 2022 begonnen met overstap naar een 3nm-proces:

TSMC is on track to move its 3nm process technology to volume production in the second half of 2022 for Apple’s devices, either iPhones or Mac computers, according to industry sources.

In december 2021 meldde DigiTimes dat chipproducent TSMC in het vierde kwartaal van 2022 zou beginnen met de productie van 3-nanometer chips. De eerste 3nm chips die voor Apple worden gefabriceerd, zijn volgens DigiTimes de A17 chip voor de iPhone en de M3 chip voor de Mac.

We zullen dus in 2023 de eerste producten gaan zien. Overigens betekent 3 nanometer niet dat de transistors 3nm groot zijn. De term ‘3nm’ wordt vooral gebruikt als marketingterm om een nieuwe generatie silicium halfgeleiderchips aan te duiden. Het geeft de dichtheid van de transistoren aan, oftewel de mate van miniaturisatie. Volgens de IEEE moet een 3 nm node aan de volgende fysieke eisen voldoen:

Er zijn meerdere fabrikanten die dergelijke chips produceren, waaronder TSMC en Samsung. Samsung meldt een performanceverbetering van 23% bij de 3 nm-chips ten opzichte van de eerdere 5 nm-chips. Maar dergelijke chips zijn qua specificaties niet 1-op-1 met elkaar te vergelijken.

Steeds kleiner, steeds krachtiger
Bij de productie van halfgeleiders is kleiner altijd beter: hoe dichter de transistoren op elkaar gepakt zitten, hoe meer er op een chip passen, waardoor de performance omhoog gaat. Ook zijn daardoor nieuwe hardwarefuncties mogelijk. Een andere optie is het aantal transistoren hetzelfde te houden, maar de chip kleiner te maken. Daardoor neemt ook de performance toe, wordt de chip zuiniger en produceert het minder hitte. Vandaar dat chipmakers naar steeds kleinere waarden streven.

Apple ontwerpt de chips in het Apple Silicon Design Center in München, maar de fabricage wordt door TSMC gedaan.

Hoe zit het met 4 nm-chips?
De laatste grote sprong voor Apple vond in 2020 plaats, doen de overstap naar TSMC’s 5 nm-proces plaatsvond. Deze vinden we terug in de A14 Bionic (iPhone 12-serie) en de M1-chip voor Macs en iPads. In de iPhone 14 Pro zit volgens Apple een 4 nm-chip (de A16 Bionic-chip), maar in werkelijkheid is dit gemaakt met het N4-proces van TSMC, een verbeterde versie van de 5-nanometer productieprocessen N5 en N5P van TSMC.

Bekijk ook

Apple bestelt 4nm chips voor de Mac, maar waarom is dat belangrijk?

Apple heeft volgens geruchten flink wat productiecapaciteit ingekocht bij TSMC voor 4nm chips. Ze zijn bedoeld voor de volgende generatie Macs met Apple Silicon. Waarom 4nm beter is dan 5nm of 7nm chips, lees je hier.