Ranní káva – 31/10/23 – Co napovídá Apple M3 o 3nm výrobě v TSMC

V noci na dnešek měl Apple představení nových produktů, konference měla název Scary Fast a jak podle názvu, tak podle grafiky, se správně očekávalo, že Apple představí nové notebooky s čipy M3. Samotný produkt si můžete prohlédnout na webu výrobce, o tom dnešní článek nebude. Co ale je zajímavé na včerejší prezentaci, jsou implikace o výrobním procesu TSMC N3, na kterém jsou nové Apple Silicon M3 vyrobené, a které vyplývají z celkového kontextu.

Historie výroby Apple Silicon

Pro pochopen současného stavu si udělejme krátký exkurz do historie. Apple měl vždy procesory od Intelu a jednalo se o skoro nerozlučnou dvojku. Pak v dobách, kdy popularita Apple raketově rostla, začal Intel zaostávat a Apple se velmi chytře rozhodl změnit status quo. Využil zkušenosti s designem a výrobou vlastních čipů pro mobilní telefony a tablety a know-how aplikoval i do světa notebooků a počítačů. Vytvořil vlastní design na architektuře ARM (čímž udělal tlustou čáru za x86 od Intelu) a výrobu zadal TSMC. Změna s příchodem Apple M1 znamenala skok v energetické efektivitě, která prudce vzrostla díky výrobnímu procesu s lepším rozlišením a lepšímu designu čipu. Apple M1 notebooky slavily úspěch díky extrémní výdrži na baterii a řádově lepší rychlostí, přitom cena o moc nevzrostla.

Apple M1 a M2 byly vyráběny na 5nm procesech v TSMC. Už při M2 bylo možné pozorovat, že bez zvětšení rozlišení efektivita M2 oproti M1 nevzrostla a vyšší výkon byl kompenzován vyšší spotřebou energie. Zároveň úměrně rostla i cena. Další jev, který bylo možné pozorovat je celkové prodloužení životního cyklu modelové řady. M2 je defacto kosmetické zlepšení M1 a oba procesory se stále prodávají v nových výrobcích Applu, přitom Apple M1 je v prodeji již 3 roky. Růst efektivity a pokrok se v Applu, co se vývoje čipu týče, zadrhl. Jsou schopni produkovat silnější čipy, ale ne nutně úspornější energeticky a už vůbec ne cenově.

Apple M3 – evoluční změna

M3 s přechodem na nový proces TSMC N3 měl (a podle všeho i bude) znamenat další skokový růst efektivity. Tj. buď vyšší výkon na watt nebo stejný výkon při méně wattech = delší výdrž na baterii. Uvedení M3 do prodeje se očekávalo již velmi dlouhou dobu. Prvotní zmínky mluvili již o přelomu tohoto roku, následně se diskutovalo léto nebo podzim, a nakonec jsme se ho dočkali včera. Má to jedno velké ale.

Modelová řada se skládá z několika různých procesorů (s oznčaním Mx, Mx Pro, Mx Max a Mx Ultra) a čím vyšší model, tím více jader a složitější a větší systém čipu. Klasicky se tedy jako první objevil Macbook Air, se základním modelem Mx. Následně o něco později Macbooky Pro s modely Mx Pro a vyššími. A časový odstup býval i půl roku nebo více. Od 7. listopadu se ale začnou prodávat Macbooky s M3, M3 Pro i M3 Max. Nasazení nejjednodušších modelů se tím pádem úmyslně opozdilo.

Navíc, poprvé vidíme novou řady čipů, která nezačíná na Macbooku Air. Základní M3 v Airu nenajdete a, opět poprvé, se dostal Mx jako základní čip do Macbooku Pro. Proč je to důležitá informace? Protože narozdíl od Macbooku Air, který se obvykle prodává s velmi konkurenceschopnou cenovkou pro retail (obvykle pod 35tis s DPH za základní model), tak Macbook Pro si může diktovat vyšší cenu.

Konkrétně M3 s 8 jádrovým CPU, 10 jádrovým GPU, 8GB sdílené RAM a 512GB diskem začíná na 50 tis. Kč. To samé v Macbooku Air s M2 (8/10/8/512) stojí 41 tis. Kč.

Dále, M3 Pro v konfiguraci 11/14/18/512 stojí 60 tis. Kč, konfigurace 12/18/18/512 stojí o 6 tis. Kč více. Přitom čip je, pokud se nepletu, tištěný na wafer stejně. Jádra jsou vypnuta v post-produkci a dovolil bych si spekulovat, že 11/14 konfigurace je způsob, jak prodat čipy, které by v případě 12/18 musel Apple vyhodit jako vadné. Takhle pouze jádra, kde se výroba nepovedla a došlo ke kazu, vypne.

Co nové Macbooky napovídají o 3nm výrobě?

Za prvé, výroba na N3 u TSMC je velmi, velmi drahá. Pokud někdo není spokojen s cenou produktů nVidie, nebude potěšen ani v budoucnu (pokud si nVidia nezačne dobrovolně sahat do marží).

Za druhé, u aktuálně vrcholné produkce, kterou drží TSMC, nám začíná vývoj přibržďovat. Náběh 3nm technologie šel extrémně pomalu a následující dva roky se rozhodně nikam zásadně nepohne. TSMC aktuálně spustilo druhou generaci výroby na EUV 0,33 NA s minimálním rozlišením 3nm, označenou jako N3E. Vzhledem k době produkce a následnému výrobnímu a logistickému procesu, reálný produkt s čipem vyrobeným na tomto procesu, neuvidíme do 2Q2024. Zásadně se ale efektivitou od N3 lišit nebude.

Co je pravděpodobný plán pro budoucí léta u TSMC, je výrazné zlepšení yieldu (tj. poměru vyrobených funkčních čipů vs počet čipů, které se fab pokusil vyrobit). Minimálně Apple napovídá, že yield nebude nic moc. Každý čip, který projde výrobou a musí se vyhodit, je náklad, který padá na hlavu konečnému spotřebiteli a v kombinaci se vším ostatním bude hlavním důvodem, proč M3 není v lowend produktech.

To také dává čas Samsungu a především Intelu dohnat ztrátu. Intel předběhl TSMC v dodávkách 0,55 NA litografických strojů od ASML (pokud vás zajímá více o ASML, na Patreonu je rozbor celé společnosti) a první předseriový exemplář dostane již letos. Intel 18A by měl smazat náskok TSMC a bude vyrobený na lepším litografickém stroji s vyšší hodnotou číselného rozlišení. Což mu efektivně umožní vyrábět čipy s menšími tranzistory i bez designových triků, kterými se uměle rozlišení výrobního procesu zlepšuje. Do roku 2026 se budou v olovodičovém odvětví dít ještě zajímavé věci.