China entwickelt wettbewerbsfähige 7-Nanometer-Chips

Huawei hat in China sein Flagschiff Smartphone Mate 60 Pro vorgestellt. Es handelt sich um das erste Smartphone seit dem drei Jahre alten Mate 40 Pro, das einen hochwertigen Prozessor von HiSilicon, einer Tochtergesellschaft von Huawei, verwendet. Dieser zeigt, dass die Chipproduktion Chinas weiter fortgeschritten ist als bisher angenommen.

Untersuchungen haben ergeben, dass der chinesische Chiphersteller SMIC, den Prozessor mit einem verbesserten 7-Nanometer-Prozess namens N+2 produziert. Die Chipausbeute soll im Vergleich zum ersten 7-nm-Prozess N+1 erhöht sein.

5G, eigene CPU-Kerne und GPU sind integriert

Im letzten Jahr hat SMIC die erste 7-nm-Generation mit 20 mm² kleinen Bitcoin-ASICs getestet. Trotz der begrenzten Chipfläche soll die Ausbeute schlecht gewesen sein. Die Herstellung des Kirin 9000S ist deutlich zeitaufwändiger, da seine Größe nun 110 mm² beträgt.

Er beinhaltet zahlreiche Verbesserungen, darunter einige eigens entwickelte ARM-Rechenkerne, eine eigens entwickelte GPU, ein 5G-Modem und ein bedeutenden KI-Beschleuniger. Huawei hat die vier großen ARM-Kerne eigenständig entworfen und zum ersten Mal Simultaneous Multithreading (SMT) in Smartphones implementiert. Dadurch können vier CPU-Kerne acht Threads gleichzeitig abarbeiten. Huawei scheint weiterhin auf aktuelle ARM-Designs über ARM China zugreifen zu können: Bei den vier Effizienzkernen nutzt Huawei die aktuellen Cortex-A510 Einheiten.

Die Chips erreichen Spitzenleistungen

Huawei treibt den Kirin 9000S im Mate 60 Pro ans Limit, um den bisherigen Kirin 9000 mit 5-nm-Technologie von TSMC zu schlagen. Huawei hat den leistungsstärksten Kern auf 2,62 GHz getrimmt, wobei die Leistung, während der letzten 100 MHz exponentiell zunimmt.

Der Prozessor hat eine Spitzenleistung von fast 13 Watt, was fast das Doppelte des bisherigen Kirin 9000 entspricht. Im Multithreading-Test erreicht die CPU die 4000-Punkte-Marke. Qualcomm, der seine Prozessoren typischerweise mehr elektrische Leistung aufnehmen lässt, erreicht etwa 10 bis 12 Watt. Die Effizienz ist bei verringerten Taktfrequenzen deutlich besser. Der Kirin 9000S soll in Videospielen mit einer Leistungsaufnahme von weniger als 6 Watt hohe Bildraten erzielen. Der Kirin 9000S ist offenbar etwas flotter und effizienter als Qualcomms Snapdragon 8 Gen 1 (Samsung 4LPE). Einzig der mit TSMCs 4-nm-Technik gefertigte Snapdragon 8 Gen 2 zieht merklich davon.

Die Produktionskapazität ist noch eingeschränkt

Es ist fraglich, wie groß die 7-nm-Kapazität von SMIC ist. Es gibt Gerüchte, dass die Firma derzeit nur ein paar Millionen Kirin 9000S pro Jahr herstellen kann. In den letzten Monaten haben chinesische Hersteller von Chipauftragsfertigungen viele Lithografie-Systeme von ASML gekauft, was SMIC die Möglichkeit gibt, seine Kapazität noch weiter auszubauen.

Im Juni haben die Niederlande weitere Einschränkungen für den Export bekanntgegeben, die ursprünglich ab dem 1. September gelten sollten. ASML hat offenbar die Möglichkeit, seine aktuellen DUV-Systeme (Deep Ultraviolet, tief-ultraviolettes Licht) bis zum Ende des Jahres nach China zu verkaufen, da sie eine Ausnahmelizenz haben. Daraufhin ist der Export auf DUV-Systeme beschränkt, die sich weiterhin für 7-nm-Prozesse eignen, aber langsamer arbeiten und eine höhere Fehlerrate aufweisen.

Die Verfügbarkeit bleibt ein Problem

ASML hat bereits im zweiten Quartal 2023 seinen Umsatz mit chinesischen Kunden mehr als verdreifacht. In den kommenden Jahren wird es für SMIC jedoch immer schwieriger, auf dem Laufenden zu bleiben. Die Lithografie-Systeme mit extrem-ultravioletter EUV-Belichtungstechnik, die von TSMC, Samsung und Intel ab der 5-nm-Generation als notwendig angesehen werden, werden in China nicht verfügbar sein. Auch auf die noch komplexeren High-NA-Systeme mit hoher numerischer Apertur hat China keinen Zugriff. Diese Maschinen werden von den Wettbewerbern ab der 2-nm-Generation verwendet.

Obwohl Huawei plant, eigene EUV-Lithografie-Systeme zu entwickeln, besteht ein erheblicher Aufwand. Es ist unwahrscheinlich, dass es hierbei kurzfristig zu Fortschritten kommt.