Von Intel zu M1
Als Ende 2020 Tester wie unser André Martin die neuen Macbooks und Mac Mini getestet haben, mussten sich recht viele die Augen reiben und einige Messungen mehrmals wiederholen, um Fehler auszuschließen: Die neuen Macs waren rasant schnell, aber nicht nur das. Diese Schnelligkeit entwickelten sie bei sensationellen Akkulaufzeiten, denn es wirkte so, als würden die neuen Prozessoren fast gar keinen Strom bei heftigen Aufgaben benötigen. Hat Apple dabei die Gesetze der Physik überlistet?
Sicherlich nicht, aber bei der Chip-Entwicklung hat Cupertino einen starken Verbündeten, dessen Fortschritte auch iPhone und Mac zugutekommen - TSMC. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, wie die Firma eigentlich heißt, landet immer wieder in den Schlagzeilen, selbst in der Apple-Presse, denn von seinen Fertigungsgenerationen hängt auch der Erfolg und die Schnelligkeit der nächsten A- und M-Prozessoren ab. Wir blicken auf die gemeinsame Geschichte von Apple und TSMC zurück und erklären, warum die Partnerschaft für beide so wichtig ist.
Apples A-Entwicklung
Es hat sich wahrscheinlich im Nebel der Geschichte verloren, aber Apple hat noch vor dem Start des iPhone im Jahr 2007 Intel vorgeschlagen, deren Chips im neuen Smartphone einzusetzen. Der gebotene Preis dafür war für den damaligen CEO Paul Otellini zu niedrig, Intel schlug das Geschäft aus. Apple griff stattdessen auf die ARM-Architektur zurück. Bei den ersten drei Generationen setzte der iPhone-Hersteller auf von Samsung gefertigte Prozessoren, ab dem iPhone 4 wurde ein selbst entwickelter Prozessor bzw. System-on-a-Chip eingesetzt. Die Zeitrechnung der A-Prozessoren beginnt mit dem A4. Schon mit dem A7 zeichnet sich eine Wende ab: Durch den Patentstreit mit Samsung will sich Apple von seinem Hassliebe-Partner emanzipieren, zum ersten Mal erscheint Taiwan Semiconductor Manunfacturer Company auf den Plan: Der Fertiger sichert sich gleich 40 Prozent an der Herstellung aller iPhone-Chips.
Seit 2013 ist in iPhones ein TSMC-Chip dabei
Dass TSMC beim A7, also beim iPhone 5S zum Zug kam, ist kein Zufall. Der Gründer des größten asiatischen Chip-Fertigers hat Berichten zufolge seinen Ruhezustand 2009 abgebrochen und ist an die Spitze von TSMC zurückgekehrt, um den Deal mit Apple abzuschließen. Die ersten Gespräche fanden bereits 2010 statt, beim A7 musste TSMC sich noch hinter Samsung anstellen (siehe oben), beim A8, also ab 2014, hatte TSMC bereits 70 Prozent aller A8-Chips von Apple produziert. Dies war ein weiterer wichtiger Schritt in der Entwicklung der A-Chips, die den Weg zu den M-Prozessoren ebnete. Denn allmählich wurde selbst in den Geekbench-Messungen sichtbar, dass Intels Plattform x86 stagniert und ARM, angetrieben von Apples Chip-Design und TSMC-Produktion, mit riesigen Schritten aufholt. Mit dem A11, eingesetzt im iPhone X und iPhone 8, kam dann der Paukenschlag: Die Geekbenchwerte des neuen Chips waren gleichauf mit denen des neuen Macbook Pro, das auf Kaby Lake von Intel setzte. Allein durch das Fertigungsverfahren müsste A11 Kaby Lake überholen können: Den mobilen Chip stellte TSMC im 10-nm-Verfahren her, Intel verwendete bei Kaby Lake noch das 14-nm-Verfahren. Die Performance-Steigerung bei den kleineren Nanometer-Zahlen lässt sich leicht erklären: 10 und 14 Nanometer bezeichnen den Abstand zwischen den einzelnen Transistoren im Chip. Je geringer dieser Abstand, desto schneller springt der Stromimpuls von einem Transistor auf den anderen. Je kleiner dieser Abstand, desto weniger Strom wird für die Weiterleitung der Impulse von einem Transistor zum anderen benötigt. Bedeutet: je kleiner die Nanometerzahl, desto schneller und gleichzeitig effizienter werden Prozessoren.
Warum Apples Umstieg auf eigene Mac-Chips seitdem nur noch logisch erschien, veranschaulicht die Grafik der Kollegen von Anandtech: Spätestens 2019 waren Apples Chips gleichauf mit den Intel-Chips, beim Bruchteil der benötigten Energie.
Umstieg auf M1
So ist es kein Wunder, dass Apple auf der WWDC 2020 ankündigte, auf bei den Macs auf eine eigene Chip-Plattform umzusteigen. Der Hersteller befindet sich immer noch in der Übergangsphase: Seine Macs Pro und der iMac 27 Zoll müssen noch auf M2 oder seine verbesserten Variationen umziehen. Zumindest bei den mobilen Macs ist die Transition abgeschlossen. Wir vermuten, die M2-Macs Pro und gleichwertigen iMacs verzögern sich deswegen, weil Apples eigene mobile Macs mittlerweile die Grenze zwischen einem Laptop und einem Desktop aus der Performance-Sicht, wenn nicht komplett gelöscht, dann zumindest kräftigt verwaschen haben. Ein Macbook Pro 16 Zoll muss sich nicht hinter dem iMac 24 Zoll verstecken und kann es mit dem Mac Studio in den Einstiegskonfigurationen aufnehmen.
TSMCs Marktmacht
Die Zusammenarbeit mit Apple hat sich für den Hersteller als wegweisend erwiesen, denn TSMC beherrscht den Halbleitermarkt seit einigen Jahren und kommt auf mehr als 50 Prozent aller Umsätze in dieser Sparte.
Im Bereich der "hochwertigen" Chips, die in Smartphones etc. zum Einsatz kommen, beherrscht TSMC den Markt fast komplett: Laut Counterpoint ist der taiwanische Hersteller für 70 Prozent aller Umsätze zuständig. Im Umkehrschluss ist Apple bei TSMC der größte Kunde: Der iPhone-Hersteller ist kontinuierlich für mehr als 20 Prozent der jährlichen Umsätze zuständig.
Fazit
Apples Chips nehmen bei der Vorstellung eines neuen iPhones oder Macs die zentrale Rolle ein. Auch bei den Laptops und Desktops hat der Hersteller in den vergangenen Jahren eine stille Revolution mit seinen hausgemachten Prozessoren losgetreten. Doch dieser Erfolg wäre ohne den Partner in Taiwan nicht möglich. Dank Fortschritten von TSMC bei den immer kleineren Fertigungsverfahren sind Apples Chips so schnell und effizient. Doch auch TSMC profitiert von der Zusammenarbeit mit Apple, der Fertiger hat sich im Hintergrund zu einem Quasi-Monopolisten im Bereich der Smartphone-Chips gemausert. Vor allem die Corona-Pandemie und die daraus resultierende Chip-Knappheit hat TSMC zu der Steigerung seiner Umsätze verholfen. So kann der Hersteller seine Preise diktieren, selbst Apple musste bei der letzten Runde der Verhandlungen einknicken und einer Preissteigerung von rund fünf Prozent bei den nächsten iPhone-Chips zustimmen.
(Macwelt)