IBM zeigt weltweit erste 2-Nanometer-Chips: Doppelt so dicht gepackt wie Apples M1

Dank der Zusammenarbeit mit der Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) kann Apple bei der Herstellung der hauseigenen Prozessoren für iPhone, iPad und Mac die fortschrittlichsten Fertigungstechnologien nutzen. Sowohl der A14 als auch der M1 weisen Strukturbreiten von 5 Nanometern auf. Das kalifornische Unternehmen hat sich Berichten zufolge zudem bereits weite Teile von TSMCs kommender 4- und 3-Nanometer-Produktion gesichert, welche 2022 beginnen soll.


IBM zeigt erste 2-Nanometer-Prototypen
Apples taiwanischer Auftragsfertiger ist zwar in dieser Hinsicht weltweit führend, andernorts wird allerdings die Verkleinerung der Strukturen ebenfalls mit Hochdruck vorangetrieben. IBM hat jetzt nach eigenen Angaben als erstes Unternehmen der Halbleiterbranche einen weiteren Durchbruch erzielt: Der Konzern stellte vor wenigen Tagen Wafer-Prototypen vor, welche in 2-Nanometer-Technologie hergestellt wurden. Zum Vergleich: Intel-Prozessoren verfügen über Strukturbreiten von 14 beziehungsweise 10 Nanometern, AMDs Zen-3-Architektur kommt auf 7 Nanometer. Bei diesen Werten ist jedoch zu beachten, dass es sich ebenso wie bei TSMC zuweilen um Marketing-Angaben handelt, welche nicht in jedem Fall die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften widerspiegeln.


50 Milliarden Transistoren auf einem fingernagelgroßen Chip
Aussagekräftiger ist die Packungsdichte. IBM kommt hierbei mit dem neu entwickelten hauseigenen 2-Nanometer-Verfahren laut Anandtech auf 333 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter. Damit gefertigte Chips wären somit fast doppelt so dicht bestückt wie Apples M1, dieser kommt in der Spitze auf 171 Millionen Transistoren. Die für kommendes Jahr erwartete nächste Generation von Apple Silicon dürfte es dank der 3-Nanometer-Technologie von TSMC auf rund 292 Millionen Transistoren bringen. Intels Cypress-Cove-Architektur (14 Nanometer) hängt mit 45 Nanometern ebenso deutlich hinterher wie die Laptop-CPUs mit der Bezeichnung Willow Cove (10 Nanometer, 100 Millionen Transistoren) und AMDs Zen-3-Prozessoren (7 Nanometer, 91 Millionen Transistoren). IBM stellt den Fortschritt in einer Pressemitteilung etwas anschaulicher dar: Auf einen 2-Nanometer-Chip der Größe eines Fingernagels passen demzufolge 50 Milliarden Transistoren. Zum Vergleich: Bei der Präsentation des Power Mac G5 im Jahr 2003 verkündete Apple, dass ein daumennagelgroßer Chip stolze 50 Millionen Transistoren aufweisen konnte.


Ein Wafer mit Hunderten von Chips in 2-Nanometer-Technologie
Quelle: IBM

Smartphones mit bis zu vierfacher Akkulaufzeit möglich
IBM zufolge ermöglicht die hauseigene 2-Nanometer-Technologie die Entwicklung von Smartphones, welche bei gleicher Leistung im Vergleich zu Geräten mit 7-Nanometer-Chips die vierfache Akkulaufzeit aufweisen. Alternativ lässt sich durch den neuen Fertigungsprozess die Leistungsfähigkeit bei gleichbleibendem Energiebedarf um bis zu 45 Prozent steigern. Die kommende Generation von Apples Mx- und Axx-Chips dürfte mit ähnlichen Werten aufwarten. Für welche der beiden Möglichkeiten sich die Hersteller von Notebooks, Desktops, Mobiltelefonen und Tablets entscheiden, bleibt diesen naturgemäß selbst überlassen. Wann IBMs neue Fertigungstechnik in Großserien zum Einsatz kommt und welche Unternehmen sie nutzen, ist bislang nicht bekannt.

Kommentare

macfreakz10.05.21 16:15
Forschung != Praxistauglichkeit, Massenfertigung etc. aber gut, dass es weiter geht als 4nm ... wer knackt als erster unter 1nm?
+1
Borimir
Borimir10.05.21 16:22
Solange der Chip-Hersteller keine eigene Software drauf laufen lässt könnte ein großer Teil der Leistungsfähigkeit leider wieder verpuffen.
Denn genau DSA ist aktuell Apple`s großer Vorteil.
+1
pünktchen
pünktchen10.05.21 16:39
IBM stellt selbst ja gar keine Chips mehr her sondern forscht nur noch. Da kann die Technologie am Ende gut bei allen möglichen Herstellern auftauchen.

PS:
IBM sold its manufacturing to GlobalFoundries with a 10 year partnership commitment back in 2014, and IBM also currently works with Samsung, and recently announced a partnership with Intel.


Also können wir vielleicht damit rechnen dass IBMs Forschung Samsung & Intel & GlobalFoundries hilft wieder konkurrenzfähiger zu werden?
+1
Dicone
Dicone10.05.21 16:48
TSMC Aktie hat Heute erst mal direkt nen kleinen Dämpfer erhalten
-4
Metty
Metty10.05.21 17:13
Ufff - 333 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter - das sind als Dimensionen, die jenseits meiner Vorstellungskraft liegen. Meinen tief empfundenen Respekt denen, die so etwas möglich machen.
Mein erster Prozessor war ein Zilog Z80. Den habe ich noch komplett verstanden. Aber das hier ... Wahnsinn.
+13
Lyhoo
Lyhoo10.05.21 17:39
Na dann gibt es bald wieder Power PCs.
+3
heliworld10.05.21 17:48
Und hier dachte ich, dass bei Smartphones das Display und die diveresen Funkverbindung extrem viel Energie wegnuckeln..
Nicht dass ein 2-3-4x so effizienter Chip nicht trotzdem zu begrüßen wäre.
+1
heliworld10.05.21 17:55
pünktchen
IBM stellt selbst ja gar keine Chips mehr her sondern forscht nur noch. Da kann die Technologie am Ende gut bei allen möglichen Herstellern auftauchen.

PS:
IBM sold its manufacturing to GlobalFoundries with a 10 year partnership commitment back in 2014, and IBM also currently works with Samsung, and recently announced a partnership with Intel.


Also können wir vielleicht damit rechnen dass IBMs Forschung Samsung & Intel & GlobalFoundries hilft wieder konkurrenzfähiger zu werden?

Samsung ist recht konkurrenzfähig, wenn man sich anschaut, dass 3nm bereits in GAA erscheinen wird. (Was IBM und Kooperationen in der Forschung damit zu tun haben, unklar.)
Bei TSMC dauert es bis GAA nämlich länger.
Und Packdichte bei Intel 10nm ist besser als bei TSMC N7 .. Sprich, da hat AMD gar nicht viele Vorteile aktuell. Einzig dass ein Backport wegen Verspätungen nötigen geworden war. Bei den 10nm Notebook Chips kommen jetzt auch die ersten 8Kerner bei Intel.

(ja mir ist klar, dass N5 auch schon in vielen Apple Produkten steckt, und Ende des Jahres erste N4 Macs kommen dürften, spätestens Anfang 2022) und bei Intel es wohl eher bis Anfang 2023 dauern wird bis 7nm kommt (was dann evtl mit N3 mithalten kann). So gesehen hinkt Intel fertigungstechnisch 1-1,5Jahre TSMC hinterher, hat dafür aber seine Produktionskapazitäten für sich selbst.
0
heliworld10.05.21 17:56
pünktchen
IBM stellt selbst ja gar keine Chips mehr her sondern forscht nur noch. Da kann die Technologie am Ende gut bei allen möglichen Herstellern auftauchen.

PS:
IBM sold its manufacturing to GlobalFoundries with a 10 year partnership commitment back in 2014, and IBM also currently works with Samsung, and recently announced a partnership with Intel.


Also können wir vielleicht damit rechnen dass IBMs Forschung Samsung & Intel & GlobalFoundries hilft wieder konkurrenzfähiger zu werden?

Samsung ist recht konkurrenzfähig:
1. IBM POWER10 in 7nm und viele ARM Chips in 5m.
2. 3nm wird in GAA erscheinen. (Was IBM und Kooperationen in der Forschung damit zu tun haben, unklar.)

Bei TSMC dauert es bis GAA länger, die wollen erst mit 2.5nm oder gar 2nm damit kommen.
Und Packungsdichte bei Intel 10nm ist besser als bei TSMC N7 (zumindest real CPU Vergleich Intel vs Zen3) .. Sprich, da hat AMD gar keine Vorteile aktuell. Einzig weil 11gen in 14nm+++ kam ist ein theoretisch großer Vorteil von AMD (Produktionskapazität).. Bei den 10nm++ Notebook Chips kommen jetzt dann auch die ersten 8Kerner bei Intel, und die sind mind. gleich auf als die schlecht verfügbaren 5000h. Einzig bei den 5000u könnte AMD noch Alleinstellung haben, aber da sind die Geraden (Zen3) schlecht verfügbar.

(ja mir ist klar, dass N5 bereits in vielen Apple Produkten steckt, und Ende des Jahres erste N4 Macs kommen dürften, spätestens Anfang 2022) und bei Intel es wohl eher bis Anfang 2023 dauern wird bis 7nm kommt (was dann evtl mit N3 mithalten kann). So gesehen hinkt Intel fertigungstechnisch 1-1,5Jahre TSMC hinterher, hat dafür aber seine Produktionskapazitäten für sich alleine.
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TiBooX
TiBooX10.05.21 17:58
Lyhoo
Na dann gibt es bald wieder Power PCs.

Es gibt gerade einen gehärteten PowerPC auf dem Mars im Rover Perseverance und ein im Vergleich ARM-Rechenmonster im Ingenuity Helicopter.
People who are really serious about software should make their own hardware [A. Kay]
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heliworld10.05.21 18:03
TiBooX
Lyhoo
Na dann gibt es bald wieder Power PCs.
Es gibt gerade einen gehärteten PowerPC auf dem Mars im Rover Perseverance und ein im Vergleich ARM-Rechenmonster im Ingenuity Helicopter.

War nicht auch ein intel Atom auf dem Mars?
Aber uralter PowerPC Chip hatte ich auch gehört.
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kaizen10.05.21 19:16
Metty
Ufff - 333 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter - das sind als Dimensionen, die jenseits meiner Vorstellungskraft liegen. Meinen tief empfundenen Respekt denen, die so etwas möglich machen.
Mein erster Prozessor war ein Zilog Z80. Den habe ich noch komplett verstanden. Aber das hier ... Wahnsinn.

Ja, der Z80 war toll. Später dann noch die CMOS Version
Das Leben ist wie ein Brot. Irgendwann wird es hart.
+2
Colonel Panic
Colonel Panic10.05.21 20:21
Hier sieht man schön, was die Marketingabteilungen der Halbleiterhersteller dieser Welt unter "2 nm" verstehen:
Das kleine Bild auf der rechten Seite enthält Maßangaben.

Link zum Artikel:

Ist trotzdem beeindruckend.

Update: sehe gerade, daß das Bild auch in dem Anandtech-Artikel enthalten ist.
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gfhfkgfhfk10.05.21 21:13
Borimir
Solange der Chip-Hersteller keine eigene Software drauf laufen lässt könnte ein großer Teil der Leistungsfähigkeit leider wieder verpuffen.
Denn genau DSA ist aktuell Apple`s großer Vorteil.
IBM lässt ja eigene Software (AIX, IBM i, Linux und z/OS) auf den IBM CPUs laufen, und das eigentlich schon immer. Die einzige Ausnahme war der IBM PC.
kaizen
Ja, der Z80 war toll. Später dann noch die CMOS Version
Lieber VAX-11, NS32000 oder MC68000
+1
Macs0411.05.21 09:02
Lieber VAX-11, NS32000 oder MC68000

Das sind ja alles schon 32-Bitter...
Im Apple I und Atari werkelten 6502.
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gfhfkgfhfk11.05.21 10:54
Macs04
Das sind ja alles schon 32-Bitter...
Genau, und deshalb nicht mit der Frickelei Bank Switching behaftet. Wenn man von den aller ersten 8Bit Rechner absieht, waren der Adressraum von 16Bit (entspricht gerade einmal 64kB), sehr schnell zu klein, und dann fing der Ärger an.
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pünktchen
pünktchen11.05.21 11:11
Der Motorola 68k war eher ein 16-bit Prozessor, so breit waren die ALUs. Die Befehle und die Register waren 32-bittig, der Adressbus hatte 24 bit.
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gfhfkgfhfk11.05.21 11:44
pünktchen
Der Motorola 68k war eher ein 16-bit Prozessor, so breit waren die ALUs. Die Befehle und die Register waren 32-bittig, der Adressbus hatte 24 bit.
Ich habe die Bezeichnungen für die Familien gewählt.

Der Adressraum bei der 68000-Familien war vor dem 68020 recht variabel. Der 68008 DIL hatte 20Bit, der 68008 PLCC 22Bit, der 68000 und 68010 (egal ob DIL, PLCC oder PGA) haben 24Bit, der 68012 PGA hat 31Bit.
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