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

Apple kiest voor 4nm-chips van TSMC

TSMC gaat binnenkort beginnen met de productie van de Apple A15-chip, bedoeld voor de iPhone 13, zo zeggen bronnen. Deze is net als de huidige A14-chip gemaakt met een 5nm proces. Maar ondertussen heeft Apple de blik alweer gericht op de toekomst en heeft productiecapaciteit bij TSMC geboekt om als eerste chips van 4nm te kunnen bemachtigen. Oorspronkelijk zouden deze in 2022 op de markt komen, maar TSMC heeft de productie naar voren gehaald en gaat al in het vierde kwartaal van 2021 aan de slag. En dat is goed nieuws voor mensen die binnenkort een nieuwe Mac nodig hebben.

Waarom Apple voor TSMC kiest

Dat Apple voor chips van TSCM kiest is niet zo gek. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) ontvouwde in augustus vorig jaar al plannen voor de komende jaren en die zagen er veelbelovend uit. Het bedrijf loopt qua techniek voor op Intel en kon in 2020 al 5nm chips maken. In 2021 volgen dan de 4nm chips en in 2022 de 3nm chips.

In TSMC Fab 18 vindt momenteel de 5nm-productie plaats.

Er zijn maar weinig bedrijven die dat kunnen. Samsung en Intel maken ook chips, maar zijn veel breder georiënteerd. TSMC produceert alleen chips en kan zich daar volledig op focussen. Daardoor is TSMC uitgegroeid tot de grootste halfgeleiderproducent die in opdracht van anderen werkt: niet alleen voor Apple, maar ook voor AMD, Nvidia en Intel.

Omdat Apple’s sterke punt de in eigen huis ontwikkelde chips zijn, is een goede partner voor de fabricage van groot belang.

Toen de eerste iPhone werd aangekondigd zaten we nog op 45 nanometer.

Waarom kleiner beter is

TSMC heeft momenteel de 5nm-productie van chips goed op orde. De N5-technologie van het bedrijf biedt 15% meer snelheid en gebruikt 30% minder energie vergeleken met N7, dat op 7nm is gebaseerd. De dichtheid van de transistoren ligt 1,8 keer hoger. Volgens TSMC loopt de 5nm fabricage beter dan in de begindagen van 7nm, toen er veel meer moest worden afgekeurd.

In 2021 wil TSMC overstappen naar het N5P-proces, dat 10% meer performance biedt. Daarna lonkt alweer N4, dat in het vierde kwartaal van 2021 van start gaat en 4nm chips moet opleveren. Dit biedt nog betere performance, een nog lager energieverbruik en een nog hogere dichtheid van de transistoren. Omdat veel technische aspecten hetzelfde zijn is het voor bedrijven zoals Apple gemakkelijk om van 5nm naar 4nm over te stappen.

Nu Apple zelf chips ontwerpt en de doorlooptijd veel korter is kunnen we in de loop van 2022 (en misschien zelfs eerder) de eerste Macs met 4nm Apple Silicon verwachten.

De toekomst: 3nm en GAAFETs

Kan het nog kleiner? Ja! TSMC belooft dat in de tweede helft van 2022 begonnen kan worden met volumeproductie van het N3-proces. Ten opzichte van N5 levert dit 10-15% meer snelheid bij hetzelfde energieverbruik. Het is opnieuw zuiniger en de dichtheid is ook weer hoger. Gemiddeld verbetert dit met 33% en dat is ook voor complexe chips zoals Apple Silicon (waarbij CPU, GPU en andere onderdelen zijn geïntegreerd) van belang.

De volgende stap is het gebruik van nieuwe materialen en structuren. Bij N3 gebruikt TSMC nog het bestaande type transistors (FinFET), terwijl Samsung voor het 3nm-proces wil overstappen naar een nieuwe generatie genaamt GAAFET (gate-all-around), een transistorstuctuur waarmee nog grotere performance- en efficiencyverbeteringen te halen zijn. Bij GAAFETs worden koolstof nanovellen en -draden op elkaar gestapeld. Ze zijn moeilijker te produceren en TSMC kiest daarom nog voor de veilige weg.

Ondertussen wordt bij TSMC al 15 jaar geëxperimenteerd met GAAFETs, dus het bedrijf is er op zich klaar voor. Het bedrijf wil echter ook overstappen op nieuwe materialen, waaronder 3DFabric.

De informatie op deze pagina is gebaseerd op de roadmap van TSMC.