Eis und Feuer: Der fortschrittliche 3-nm-Prozess ist bei Herstellern gefragt, aber kann er den Mobiltelefonmarkt retten?

Apple hat am 13. September die iPhone 15-Serie herausgebracht. Darunter war das High-End-Modell iPhone 15 Pro erstmals mit dem A17 Pro ausgestattet. Dieser TSMC 3-nm-Prozesschip verfügt über ein 6-Kern-Design, einschließlich 2 Hochleistungskernen und 4 Kernen mit hoher Energieeffizienz. Es integriert 19 Milliarden Transistoren, verbessert die Single-Thread-Leistung um 10 % und erhöht die Grafikverarbeitungsgeschwindigkeit um 20 %.

Um das Gaming anzukurbeln, unterstützt der neue Chip eine Technologie namens Raytracing, die eine flüssigere Grafik und eine verbesserte Farbgenauigkeit ermöglicht. Apple betont, dass es sich dabei um den branchenweit ersten SoC-Chip für Mobiltelefone handelt, der im 3-nm-Verfahren arbeitet. Die Einführung von 3 nm markiert den Eintritt einer neuen Generation mobiler Chips in den Markt der Unterhaltungselektronik. Allerdings herrscht auf dem Markt Eis und Feuer: Große Hersteller konkurrieren um fortschrittliche 3-nm-Technologie und Produktionskapazität, doch der schwache Endmarkt und das allgemeine Benutzererlebnis haben ihren Einfluss geschwächt.

Kann 3 nm den Mobilfunkmarkt retten? A17Pro hat kaum Verbesserungen

Daten von Counterpoint zeigen, dass die weltweiten Smartphone-Verkäufe im zweiten Quartal 2023 im Jahresvergleich um 8 % und im Quartalsvergleich um 5 % zurückgingen. Sie sind acht Quartale in Folge gesunken, was auch die wirtschaftliche Schwäche des Marktes und den erheblichen Mangel an Nachfrage verdeutlicht. Smartphones sind für Marken einer der am stärksten umkämpften Märkte, und die darin verbauten SoC-Chips sind zum Schlüssel für den Wettbewerb bei Mobilgeräten geworden. Marktquellen zufolge wird die Leistung des neuen A17Pro-Chips, der in der neuesten iPhone 15 Pro-Serie verwendet wird, über den potenziellen Erfolg des 3-nm-SoC entscheiden, der für die Weiterentwicklung des Mobiltelefonmarkts im Jahr 2024 von entscheidender Bedeutung sein könnte.

Obwohl die Leistung dieser Generation von A17Pro-Chips verbessert wurde, zeigen Tests, dass es beim Stromverbrauch noch viel Raum für Verbesserungen gibt. Bei den Benchmark-Daten übertraf Apples A17Pro den A16-Chip der Vorgängergeneration und Qualcomms Snapdragon 8Gen2 aus dem Jahr 2022, und auch die internen großen und kleinen CPU-Kerne schnitten gut ab. Andererseits haben einige Benchmark-Tests ergeben, dass der Stromverbrauch des A17Pro-Chips bei maximaler Effizienz über den Produktstandards der vorherigen Generation liegt und sogar nahe am Snapdragon 8Gen1 liegt, der Probleme mit Überhitzung hat. Apple hat dieses Mal große Änderungen an der GPU-Architektur vorgenommen und die Anzahl der Kerne erhöht, erreicht aber immer noch kaum die GPU-Spezifikationen des Snapdragon 8Gen2, was zeigt, dass Apple in dieser Hinsicht noch Raum für Verbesserungen hat.

Spieler, die mit mobilen SoCs vertraut sind, wiesen darauf hin, dass die Enttäuschung über den A17Pro hauptsächlich auf die Vergangenheit zurückzuführen sei, als mobile SoCs ihre Herstellungsprozesse verbesserten, beispielsweise von 7 nm auf 5 nm. Sowohl die Leistung als auch die Energieeffizienz wurden erheblich verbessert, was dieses Mal jedoch nicht offensichtlich war. Darüber hinaus war die Reduzierung des Stromverbrauchs mobiler SoCs schon immer eine der Stärken von Apple. Diesmal ist jedoch nicht nur die Leistungssteigerung relativ begrenzt, sondern auch der Stromverbrauch bei maximaler Leistung ist sehr hoch, was alle Hoffnungen zunichte macht, dass der 3-nm-Prozess mobile SoCs deutlich verbessern kann.

3nmHandybefragtüberhitzen,TSMC ist immer nochNimmt Apple die Schuld auf sich?

Vor der Veröffentlichung der 3-nm-Chips von TSMC gab es Gerüchte, dass Apple eine Exklusivvereinbarung mit TSMC unterzeichnet habe, um die Kosten für defekte Chips zu übernehmen. Insbesondere wird TSMC Apple nicht die vollen Kosten für die Herstellung von Wafern mit Hunderten von Chips in Rechnung stellen. Stattdessen werden dem Unternehmen nur Gebühren für „bekanntermaßen gute Chips“ berechnet, bei denen die 3-nm-Ausbeute von TSMC 70–80 % erreicht hat. TSMC profitiert auch von der Bereitschaft Apples, die Entwicklung seiner neuen Chips zu unterstützen. TSMC reagierte darauf, indem es sich nicht zum Geschäft mit einem einzigen Kunden äußerte, betonte jedoch, dass die 3-nm-Ausbeute und der Fortschritt gut seien.

Kürzlich gab es Berichte, dass die 3-nm-Chips von TSMC zu einer Überhitzung der iPhone 15 Pro-Modelle geführt haben, die in einigen Fällen sogar nicht mehr gehalten werden konnte. Analyst Ming-Chi Kuo sagte, dass das Überhitzungsproblem des iPhone 15 Pro-Modells nicht durch den A17 Pro-Chip verursacht wird, der nichts mit dem 3-nm-Prozess von TSMC zu tun hat, sondern durch das Design des internen Wärmeableitungssystems und die neue Titanoberfläche. Allerdings wirkt sich dies auch auf das Benutzererlebnis aus. Wenn Apple die Leistung des A17Pro-Chips nicht reduziert, wird dies auch indirekt die Leistung des 3-nm-Chips von TSMC beeinträchtigen.

3 nm wird ein fortschrittlicher Prozess sein, der seit langem heiß umstritten ist.

Smartphone-Hersteller, Fabless-Fabriken, Wafer-Gießereien und Hersteller von Halbleiterausrüstung verfolgen immer noch fortschrittliche Prozesse. Es wird erwartet, dass 3 nm im nächsten Jahrzehnt große Veränderungen auf dem Halbleitermarkt mit sich bringen wird. „Mindestens bis 2030 wird der 3-nm-Prozess zum Mainstream-Prozess für Gießereiunternehmen werden.“ Das sagte ein Insider der Halbleiterindustrie. „Wenn die Chiphersteller in diesem Rennen scheitern, wird es in Zukunft schwierig sein, ein Comeback zu schaffen.“ Chiphersteller müssen einen entscheidenden Sieg im 3-nm-Prozessspiel erringen, bevor sie den 2-nm-Prozess erreichen, da die 2-nm-Technologie als physikalische Grenze des Mikrofertigungsprozesses gilt.

Es wird berichtet, dass die Anwendung von 3-nm-Chips bei mobilen APs beginnen wird, gefolgt von Chips für Hochleistungsrechnen (HPC), Chips für künstliche Intelligenz (KI) und Halbleitern für die Automobilindustrie. Die Marktgröße wird voraussichtlich explosionsartig wachsen. Der 3-nm-Foundry-Markt wird im Jahr 2022 einen Wert von 1,2 Milliarden US-Dollar haben und bis 2026 voraussichtlich um mehr als das Zwanzigfache auf 24,2 Milliarden US-Dollar wachsen.

Der 3-nm-Prozess von TSMC wurde auf dem A17Pro-Mobiltelefon-Anwendungsprozessor implementiert, und die 3-nm-Produktionskapazität im Jahr 2023 wird voraussichtlich von Apple abgedeckt. Samsung war das weltweit erste Unternehmen, das im Jahr 2022 3-nm-Chips in Massenproduktion herstellte, sein Hauptaugenmerk liegt jedoch immer noch auf 4-nm-Chips. Intel sagte, dass es im Jahr 2024 mit der Herstellung von Chips im 3-nm-Verfahren beginnen werde und möglicherweise TSMC und seine eigenen IFS-Foundry-Services für die Parallelproduktion nutzen werde.

TSMC betrachtet die 3-nm-Prozessreihe als einen wichtigen und langlebigen Knotenpunkt für das Unternehmen. Berichten zufolge soll die 3-nm-Prozessproduktion der Gießerei derzeit etwa 65.000 Wafer betragen. Da die Erstbestellungen für das iPhone 15 Pro jedoch geringer sein werden als bei den Vorgängermodellen, wird die 3-nm-Prozessproduktion im vierten Quartal voraussichtlich nicht die bisher erwarteten 80.000-100.000 Wafer erreichen. Die Lieferkette ergab jedoch, dass die Zahl der neuen 3-nm-Tape-Outs (Tape-Out) von TSMC sprunghaft angestiegen ist und Großkunden die Produktion im nächsten und übernächsten Jahr steigern werden. Die monatliche Produktionskapazität der 3-nm-Familie (einschließlich N3E) von TSMC wird in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres auf 100.000 Stück erhöht.

TSMC arbeitet auch mit MediaTek zusammen, das kürzlich bekannt gegeben hat, dass es die 3-nm-Prozesstechnologie der Gießerei zur Entwicklung seines Flaggschiff-SoCs Dimensity nutzen wird, und voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2024 mit der Massenproduktion seines ersten 3-nm-Chips beginnen wird. Branchenquellen zufolge haben neben Apple und MediaTek auch AMD, Nvidia, Qualcomm und Intel bestätigt, dass sie den Prozess der N3-Familie einführen werden.

3nm wird weiter optimiert. Am Beispiel von TSMC wird der erste 3-nm-Prozessknoten N3B in der zweiten Jahreshälfte 2022 mit der Massenproduktion beginnen, und der erweiterte 3-nm-Prozess (N3E) wird in der zweiten Jahreshälfte 2023 in Massenproduktion gehen. Später wird es erweiterte 3-nm-Prozesse mit insgesamt 5 Prozessen geben, darunter N3B, N3E, N3P, N3S und N3X.

Die Person, die die Nachricht verbreitete @手机 Chipmaster sagte, dass der A17Pro-Chip von Apple den 3nmN3E-Prozess von TSMC verwendet, der relativ teuer ist, sodass der Suffixname zum ersten Mal das Wort „Pro“ verwendet. Die im Jahr 2024 erscheinende Standardversion des Apple iPhone 16 wird voraussichtlich mit dem neuen Apple A17-Chip ausgestattet sein und im kostengünstigeren N3B-Verfahren hergestellt.

Eine unzureichende Nachfrage nach 3-nm-Terminals könnte zu einem starken Rückgang der Bestellungen für ASMLE-UV-Lithographiegeräte führen

Obwohl es sich bei 3 nm um einen fortschrittlichen Prozess handelt, um den große Hersteller konkurrieren, gibt es Unterschiede in den Reflexionen auf den Anschlüssen und die Nachfrage wird durch Marktschwankungen beeinflusst. Die 3-nm-Massenproduktionsfähigkeiten und -ausbeuten von TSMC werden sich im nächsten Jahr verbessern, aber mobile SoCs sind mit stagnierenden Upgrades und dem, was manche als „Überleistung“ bezeichnen, konfrontiert, was ihre Rolle als Verkaufsargument für mobile Geräte wie Mobiltelefone schwächt.

Der Analyst von Tianfeng Securities, Ming-Chi Kuo, wies in einem Umfragebericht darauf hin, dass die schwache Nachfrage nach Apple-Hardwareprodukten bis 2024 voraussichtlich eine Kettenreaktion auslösen und sich auf die Chiphersteller auswirken wird. Es wird erwartet, dass die Anzahl der Bestellungen für ASMLE UV-Lithographiemaschinenausrüstung im nächsten Jahr deutlich um 30 % reduziert wird.

Ming-Chi Kuo sagte, dass ASML die Auslieferungen von EUV-Lithografiemaschinen im Jahr 2024 deutlich um 20 bis 30 % reduzieren könnte, da die Nachfrage nach 3-nm-Chips von Apple und Qualcomm geringer als erwartet sei. Derzeit werden die Auslieferungen von MacBooks und iPads im Jahr 2023 deutlich um etwa 30 % bzw. 22 % auf 17 Millionen bzw. 48 Millionen Einheiten zurückgehen. Grund für den deutlichen Rückgang ist das Ende des Homeoffice und der allmähliche Rückgang der Attraktivität der neuen Produkte Apple Silicon und Mini-LED für Verbraucher. Mit Blick auf das Jahr 2024 wirkt sich die mangelnde Wachstumsdynamik bei MacBook und iPad nicht positiv auf die Nachfrage nach 3-nm-Chips aus.

Ming-Chi Kuo äußerte auch seine Ansichten zu Qualcomm. Er geht davon aus, dass die 3-nm-Nachfrage von Qualcomm im Jahr 2024 geringer ausfallen wird als erwartet, da Huawei den Kauf von Qualcomm-Chips einstellen wird. Darüber hinaus wird Samsung auch einen eigenen Exynos2400-SoC für eigene Mobiltelefonanwendungen entwickeln. Die Nachfrage nach den 3-nm-GAA-Knoten von Samsung und den Intel20A-Knoten (entspricht in etwa den 3-nm-Knoten von TSMC) ist geringer als erwartet; Samsung, Micron und SK Hynix werden frühestens 2025 bis 2027 Pläne zur Speicherchip-Erweiterung haben.

Der aktuelle Marktkonsens geht jedoch davon aus, dass die Halbleiterindustrie in der zweiten Jahreshälfte 2023 ihren Tiefpunkt erreichen wird. Es muss jedoch genau beobachtet werden, ob sich der Tiefpunkt auf die erste Jahreshälfte 2024 oder die zweite Jahreshälfte verschiebt.