Push-Nachrichten von MacTechNews.de
Würden Sie gerne aktuelle Nachrichten aus der Apple-Welt direkt über Push-Nachrichten erhalten?

Apple-Partner TSMC stellt Chip-Fertigung im 1,4-nm-Verfahren vor

Apple und die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (kurz TSMC) hegen eine lange Partnerschaft: Im Jahre 2014 stellte der taiwanische Chipfertiger erstmals Prozessoren für Apple her – und seitdem ist der Konzern aus Cupertino der wichtigste Kunde von TSMC. Aus diesem Grund erhält Apple auch in den allermeisten Fällen vor anderen Kunden Zugriff auf die neusten Fertigungsverfahren.


Aktuell nutzt Apple für den M4 wie auch für den A18 TSMCs 3-nm-Fertigungsverfahren der dritten Generation. Dies soll auch beim M5 wie auch beim kommenden A19 der Fall sein, denn erst Ende 2025 wird TSMCs 2-nm-Verfahren marktreif sein und somit zu spät für die kommende Prozessorengeneration von Apple. Dies bedeutet, dass Apple erst mit dem M6 und dem A20 auf das 2-nm-Verfahren umsteigt. Das iPhone 18 wird das erste Gerät mit A20-Chip sein – und Ende 2026 auf den Markt kommen.

TSMC kündigt 1,4-nm-Verfahren an
Noch bevor das 2-nm-Verfahren flächendeckend verfügbar ist, kündigt TSMC nun für 2028 den Nachfolger an. Hier schrumpft die Strukturbreite auf nur 1,4 nm und das taiwanische Unternehmen erhofft sich deutliche Vorteile: Bei gleicher Geschwindigkeit sollen Chips gefertigt im "A14" getauften Verfahren 30 Prozent weniger Strom verbrauchen – und dies im Vergleich mit dem kommenden 2-nm-Verfahren. Bei gleichem Stromverbrauch ist alleine durch das Fertigungsverfahren ein Performance-Gewinn von 15 Prozent möglich.

Apple wahrscheinlich der erste Kunde
Apple ist der wichtigste Kunde von TSMC – und wird aus diesem Grund höchstwahrscheinlich auch als erste Firma Zugriff auf das neue Fertigungsverfahren erhalten. Je nach Marktreife des neuen Verfahrens erscheinen erste Apple-Geräte mit den neuen Chips wahrscheinlich Ende 2028 oder 2029.

Stolpersteine möglich
Ob und wann Apple das Verfahren nutzt, hängt aber noch von einem weiteren Faktor ab: der Ausschuss. Da TSMC noch drei Jahre von der Markteinführung entfernt ist, kann aktuell noch nicht abgeschätzt werden, wie hoch die Ausbeute beim neuen Verfahren ist. Apple wird die neue Fertigungstechnologie nur einsetzen, wenn der Ausschuss nicht zu deutlich steigenden Preisen führt. Grundsätzlich gilt: Je neuer und komplexer die Fertigungstechnologie, je höher ist auch der Ausschuss bei Markteinführung.

Kommentare

thomas b.
thomas b.24.04.25 14:37
Gibt es eigentlich so etwas wie eine natürliche Grenze bei der Strukturbreite?
0
andreasm24.04.25 14:38
Und wie groß ist die Strukturbreite, abseits des TSMC'schen Marketingnamens, wirklich?
+2
Windwusel
Windwusel24.04.25 14:49
thomas b.
Gibt es eigentlich so etwas wie eine natürliche Grenze bei der Strukturbreite?

Die Antwort auf deine Frage hat mich ebenfalls interessiert. Daher habe ich mal Perplexity gefragt.
Perplexity
TSMCs Ankündigung des 1,4-nm-Verfahrens (A14) markiert einen weiteren Schritt in der Miniaturisierung von Halbleitertechnologien, die jedoch zunehmend auf physikalische und technische Herausforderungen trifft. Hier eine Zusammenfassung der natürlichen Grenzen und Lösungsansätze:

### Physikalische Grenzen der Strukturverkleinerung
1. **Quanteneffekte**:
Bei Strukturen unter 5 nm treten störende **Tunneleffekte** auf, bei denen Elektronen unkontrolliert zwischen Transistorkomponenten springen[2][4]. Dies macht ein zuverlässiges Schalten in Silizium-basierten Chips schwierig.

2. **Atomare Grenzen**:
Moderne 3-nm-Strukturen entsprechen etwa 30 Atomen Breite[4]. Bei weiterer Verkleinerung wird die Position jedes Atoms kritisch, was die Fertigungskomplexität erhöht und **Materialinhomogenitäten** verstärkt[4][6].

3. **Wärmeentwicklung**:
Kleinere Strukturen führen zu höherer Leistungsdichte, was die **Wärmeabfuhr** erschwert und Energieeffizienz reduziert[3][6].

### Lösungsansätze zur Überwindung der Grenzen
- **Neue Materialien**:
Experimente mit **Molybdändisulfid** zeigen, dass alternative Halbleiter Tunneleffekte unterdrücken und 1-nm-Gatter ermöglichen[2].
- **Transistordesigns**:
TSMC setzt auf **Gate-All-Around (GAA)-Transistoren** der 2. Generation, die bessere Steuerung des Stromflusses bieten[1][5]. Zukünftige Nodes wie A14 (1,4 nm) nutzen zudem **NanoFlex Pro** für optimierte Schaltungsdichte[1][7].
- **Backside-Power-Delivery**:
Geplante Technologien zur Stromzufuhr über die Chip-Rückseite (ab 2029) sollen Signalverluste verringern und die Leistungsfähigkeit steigern[1][7].

### Rolle des Mooreschen Gesetzes
Das Mooresche Gesetz – die Verdopplung der Transistoren alle zwei Jahre – stößt an **wirtschaftliche und physikalische Grenzen**[3][6]. Während Silizium-basierte Chips wahrscheinlich bis 2030 optimiert werden[2], erfordern weitere Fortschritte **kombinierte Innovationen** in Materialwissenschaft, Fertigungstechniken (z. B. EUV-Lithographie) und Chipdesign[1][4].

### Fazit
Natürliche Grenzen existieren, werden aber durch technologische Durchbrüche kontinuierlich verschoben. TSMCs 1,4-nm-Node zeigt, dass die Halbleiterbranche trotz atomarer und quantenphysikalischer Herausforderungen weiter skalieren kann – allerdings mit steigendem Aufwand und Kosten[1][5][7].

Quellen
[1] TSMC unveils 1.4nm technology: 2nd Gen GAA transistors, full node ... https://www.tomshardware.com/tech-industry/tsmc-unveils-1-4nm-technology-2nd-gen-gaa-transistors-full-node-advantages-coming-in-2028
[2] Weltkleinster Transistor erreicht Ein-Nanometer-Schwelle https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/nachrichten/2016/weltkleinster-transistor-erreicht-ein-nanometer-schwelle/
[3] Was ist das Mooresche Gesetz? Bedeutung & Grenzen https://heinen-elektronik.de/glossar/mooresche-gesetz/
[4] Physikalische Grenzen sind nicht das Limit - LICHTGEDANKEN https://www.lichtgedanken.uni-jena.de/693/physikalische-grenzen-sind-nicht-das-limit
[5] Apple Partner TSMC Unveils Advanced 1.4nm Process for 2028 Chips https://www.macrumors.com/2025/04/24/apple-partner-tsmc-1-4nm-process-2028-chips/
[6] Mooresches Gesetz: Defintion und Ende von Moore's Law erklärt https://www.giga.de/tech/mooresches-gesetz-defintion-und-ende-von-moore-s-law-erklaert--01J5QN60VT26KJ9JH9QK7ZGN5G
[7] TSMC aims to produce next-generation 1.4-nm chips by 2028 https://asia.nikkei.com/Business/Tech/Semiconductors/TSMC-aims-to-produce-next-generation-1.4-nm-chips-by-2028
[8] [News] TSMC Reportedly Taps Suppliers for 1.4nm Equipment, with ... https://www.trendforce.com/news/2025/03/31/news-tsmc-reportedly-taps-suppliers-for-1-4nm-equipment-with-baoshan-plant-paving-way-for-trial-production/
[9] TSMC's New 1.4nm Tech Process to Start 2028 | AEI https://aei.dempa.net/archives/33029
[10] 2 und 1,4 Nanometer: TSMC macht große Fortschritte, nächste ... https://www.mactechnews.de/news/article/2-und-1-4-Nanometer-TSMC-macht-grosse-Fortschritte-naechste-Umstellung-kommt-puenktlich-184642.html
[11] New TSMC 1.4nm chip is destined for the iPhone 19 - AppleInsider https://appleinsider.com/articles/25/04/24/new-tsmc-14nm-chip-is-destined-for-the-iphone-19
[12] TSMC reportedly targeting 2025 and 2027 for next-generation 2nm ... https://www.yolegroup.com/industry-news/tsmc-reportedly-targeting-2025-and-2027-for-next-generation-2nm-and-1-4nm-processes/
[13] TSMC shows off 1.4nm chip tech that will appear in future iPhones ... https://www.engadget.com/mobile/smartphones/tsmc-shows-off-14nm-chip-tech-that-will-appear-in-future-iphones-and-other-devices-121955292.html
[14] Samsung's 1.4nm process development reportedly at standstill https://www.digitimes.com/news/a20250317PD230/samsung-development-samsung-foundry-1.4nm-technology.html
[15] TSMC Continues Technological Leadership with 1.4nm Production ... https://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=240760
[16] Samsung Might cancel 1.4nm Node, giving TSMC an Even Greater ... https://www.turtlesai.com/en/pages-2511/samsung-might-cancel-14nm-node-giving-tsmc-an-even
[17] TSMC flashes 1.4nm tech - Fudzilla.com http://www.fudzilla.com/news/60925-tsmc-flashes-1-4nm-tech
[18] Die unendliche Geschichte vom Halbleiter - wissenschaft.de https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/die-unendliche-geschichte-vom-halbleiter/
[19] Physikalische Grenze der Chip-Entwicklung | Hardwareluxx https://www.hardwareluxx.de/community/threads/physikalische-grenze-der-chip-entwicklung.1113736/
[20] Quantenphysik in einem Halbleiter | Universität Basel https://www.unibas.ch/de/Forschung/Forschen-in-Basel/Forschungsportraets/Portraet-Richard-Warburton.html
[21] Wie wird die Zukunft von Prozessoren aussehen, wenn wir ... - Reddit https://www.reddit.com/r/Futurology/comments/100gav8/what_will_be_the_future_of_processors_once_we_hit/?tl=de
[22] Extrem flacher Transistor ohne Silizium - Welt der Physik https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/nachrichten/2015/extrem-flacher-transistor-ohne-silizium/
[23] Mooresches Gesetz: Neue Anwendungen benötigen mehr Leistung https://www.computerweekly.com/de/feature/Mooresches-Gesetz-Neue-Anwendungen-benoetigen-mehr-Leistung
[24] [PDF] Spektroskopie an einzelnen Halbleiter-Quantenpunkten: Aufbau ... https://epub.uni-bayreuth.de/5629/1/Diss-GerhardJSchaefer.pdf
[25] Sind wir bald an der Grenze der Physik bei der CPU Fertigung? https://www.computerbase.de/forum/threads/sind-wir-bald-an-der-grenze-der-physik-bei-der-cpu-fertigung.1885815/
[26] Mooresches Gesetz - Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Mooresches_Gesetz
[27] Kommentar: Warum das Mooresche Gesetz nicht tot ist https://www.elektronikpraxis.de/kommentar-warum-das-mooresche-gesetz-nicht-tot-ist-a-1cdccd3e033f47537339c878045a5aa2/
[28] [PDF] 10 Halbleiter https://websrv.physik.uni-halle.de/F-Praktikum/PDF/Gross_Marx_Kap10.pdf
[29] High-NA-EUVL ist da – und TSMC winkt erstmal ab? - Elektronikpraxis https://www.elektronikpraxis.de/high-na-euvl-ist-da-und-tsmc-winkt-erstmal-ab-a-bf07858dbc2ec5480f7a568c479e190d/
[30] TSMC startet Entwicklung von 1,4-Nanometer-Chips - Elektronikpraxis https://www.elektronikpraxis.de/tsmc-startet-entwicklung-von-14-nanometer-chips-a-924ddb6507b124891e281adb13c6035e/
[31] TSMC Announces A14 Node: 1.4nm Production Expected by 2028 https://www.turtlesai.com/en/pages-2698/tsmc-announces-a14-node-14nm-production-expected-b
[32] TSMC plans to produce advanced 1.4 nm chip by 2028 - Investing.com https://www.investing.com/news/stock-market-news/tsmc-plans-to-produce-advanced-14-nm-chip-by-2028-4000200
[33] TSMC Reportedly Preparing New Equipment for 1.4 nm Trial Run at ... https://www.techpowerup.com/334931/tsmc-reportedly-preparing-new-equipment-for-1-4-nm-trial-run-at-p2-baoshan-plant
[34] Strukturgröße - Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Strukturgr%C3%B6%C3%9Fe
[35] Halbleiter - Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiter
[36] [PDF] Struktur innerer Grenzflächen von Halbleiter-Heterostrukturen und ... https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2001/0077/pdf/dgb.pdf
[37] Physikalische Grenze Speedlimit für Computer ermittelt https://www.elektronikpraxis.de/speedlimit-fuer-computer-ermittelt-a-1105696/
Meine  Devices: MacBook Air (13,3-inch, 2024), iPhone 16 Pro, AirPods Pro (2. Gen, USB-C), Apple TV 4K (2022), HomePod mini (1. Gen)
+11
Embrace24.04.25 15:33
thomas b.
Gibt es eigentlich so etwas wie eine natürliche Grenze bei der Strukturbreite?
Die Plancklänge 😜

Aber ernsthaft, ist es nicht so, dass 2 nm gar nicht 2 nm sind, sondern man mittlerweile in Äquivalenten spricht? Also, dass diese 1,4 nm effektiv fürs Marketing sind und die wirkliche Strukturbreite bspw. 15 nm sein kann?

Edit: Habe das hier auf Wikipedia gefunden:

Projected node properties according to International Roadmap for Devices and Systems (2021)
Node — Gate — Metal — Year
name — pitch — pitch —
5 nm — 51 nm — 30 nm — 2020
3 nm — 48 nm — 24 nm — 2022
2 nm — 45 nm — 20 nm — 2025
1 nm — 40 nm — 16 nm — 2027
+2
Kehrblech24.04.25 16:02
Genaue Angaben sind offenbar sehr schwer zu finden, da die Angabe von 1,4 nm sich auf die Breite gerade noch unterscheidbarer Strukturen (Linienbreite) bezieht, Transistoren jedoch erheblich komplexer als derartige Minimalstrukturen sind. In der Wikipedia () wird für die 3 nm-Technologie eine Anzahl von 250 Mio. Transistoren/mm2 angegeben. Zieht man daraus die Quadratwurzel, so ergibt sich, dass für jeden Transistor rund 63 nm in jeder der beiden Dimensionen einer Fläche zur Verfügung stehen. D.h. 3 nm-Technologie entspricht ungefähr einer Transistorabmessung von 63 x 63 nm2.
63 nm sind noch recht deutlich von der kritischen Breite von 5 nm für Tunneleffekte (s.o.) entfernt, auch wenn man den komplexeren Aufbau eines Transistors berücksichtigt. Dennoch ist eine Grenze der Miniaturisierung nicht mehr weit entfernt, gerade angesichts der raschen Abnahme der Größe der "Minimalstrukturen".
+2
Krescht24.04.25 16:23
Wer es nicht glaubt sollte einfach mal nachmessen Am Besten mit einem Zollstock aus dem Baumarkt. Solange TSMC nicht mit WLTP Werten kommt, ist das für mich soweit in Ordnung.
+2
Mutabaruga24.04.25 18:22
Das heißt, es ist nur die optische Auflösung, wie fein die Strukturen belichtet und entwickelt werden können, die tatsächliche Größe der Transistoren ist sehr viel größer.

Wie man an den Daten der M-Prozessoren sieht, sind aber auch schon mit der feineren Gestaltung der sehr viel größeren Transistoren beachtliche Verbesserungen möglich.

Windwusel: Gute Klarstellung oben!
0

Kommentieren

Sie müssen sich einloggen, um die News kommentieren zu können.