Apple ma problem z TSMC. Produkcja układów do iPhone'ów coraz droższa

Procesory z serii A, napędzające smartfony Apple od ponad dekady, stały się symbolem zaawansowania technologicznego w branży mobilnej. Od debiutu układu A7 w 2013 roku, wyprodukowanego w procesie technologicznym 28 nm, po najnowszy A18 Pro w technologii 3 nm, procesory te nie tylko zwiększyły swoją wydajność i funkcjonalność, ale także przyniosły nowe problemy w postaci gwałtownie rosnących kosztów produkcji.

Ben Bajarin, dyrektor generalny i główny analityk Creative Strategies, w swoim najnowszym raporcie przybliża skalę tej ewolucji. Wspomina, że koszt produkcji wafli krzemowych wzrósł z około 5000 dolarów w czasach A7 do aż 18 000 dolarów za procesory klasy 3 nm, takie jak A17 i A18 Pro. Cena ta jest wynikiem zaawansowania technologicznego, jakie oferuje TSMC – główny partner produkcyjny Apple.

Procesory Apple przeszły rewolucję nie tylko w zakresie wydajności, ale także w liczbie tranzystorów i rdzeni. Dla porównania, układ A7 zawierał miliard tranzystorów, podczas gdy A18 Pro ma ich aż 20 miliardów. Liczba rdzeni również uległa znacznemu zwiększeniu. W 2013 roku A7 oferował dwa rdzenie wysokiej wydajności i 4-rdzeniowy układ graficzny. W 2024 roku A18 Pro wyposażony jest w dwa rdzenie o wysokiej wydajności, cztery energooszczędne rdzenie, 16-rdzeniowy NPU (sztuczna inteligencja) oraz 6-dzenioe iGPU, co czyni go jedną z najbardziej zaawansowanych jednostek obliczeniowych na rynku.

Co ciekawe, mimo wzrostu liczby tranzystorów i funkcji, rozmiary matryc procesorów z serii A pozostają stosunkowo stałe – wahają się od 80 do 125 mm². Jest to możliwe dzięki rosnącej gęstości tranzystorów, która z kolei jest wynikiem coraz bardziej zaawansowanych procesów litograficznych. Jednak Bajarin zwraca uwagę, że największe przyrosty gęstości miały miejsce we wcześniejszych generacjach procesorów, takich jak przejścia z 28 nm do 20 nm, a następnie do 16 nm/14 nm.

Zwolnienie postępu w gęstości tranzystorów

Największy wzrost gęstości tranzystorów można było zaobserwować w procesorach A11 (10 nm, klasa N10) i A12 (7 nm, klasa N7), gdzie przyrosty wynosiły odpowiednio 86% i 69%. Jednak wraz z wprowadzeniem bardziej zaawansowanych technologii, takich jak N5, N4P, N3B czy N3E, postęp w zakresie gęstości znacząco spowolnił. Bajarin wskazuje, że jednym z głównych czynników tego zahamowania jest trudność w dalszym skalowaniu pamięci SRAM. Pomimo tych wyzwań, koszty produkcji nadal rosną w zastraszającym tempie. Wzrost ceny za milimetr kwadratowy matrycy procesora – z 0,07 dolara w czasach A7 do 0,25 dolara za A17 i A18 Pro – odzwierciedla wyzwania, przed którymi stoi Apple i TSMC. Bajarin podkreśla, że jego dane pochodzą z raportów stron trzecich, w tym źródeł z łańcucha dostaw TSMC, co czyni je wiarygodnym odzwierciedleniem sytuacji na rynku.

Mniejsze zyski wydajności, większa efektywność energetyczna

W miarę jak technologiczne postępy stają się trudniejsze do osiągnięcia, Apple zmaga się z wyzwaniem utrzymania tempa wzrostu wydajności. Ostatnie generacje procesorów – z wyjątkiem A18 i układów serii M4 – wykazują mniejsze przyrosty instrukcji na cykl (IPC), co jest kluczowym wskaźnikiem efektywności procesorów. Niemniej jednak firma z Cupertino konsekwentnie zwiększa efektywność energetyczną swoich układów, co przekłada się na dłuższą żywotność baterii i lepsze zarządzanie temperaturą urządzeń. Problem w tym, że te wszystkie udoskonalenia mają swoje przełożenie w wyższej cenie produkcji i z tym wyzwaniem musi sobie radzić nie tylko Apple, ale i cała branża. Jednocześnie spekuluje się, że jest to jeden z głównych powodów rezygnacji z przejścia na 2 nm przez Apple i dłuższe zatrzymanie się na obecnym procesie produkcyjnym.