Homegrown-Chips: Warum eigene Prozessoren so gefragt sind

Tesla hat sie, Apple ohnehin, gar die EU arbeitet daran: Selbst entwickelte Chips haben viele Vorteile - wenn alles glattgeht.

Ein Bericht von veröffentlicht am
Der Graviton3 ist die neue Eigenentwicklung von AWS' Annapurna Labs.
Der Graviton3 ist die neue Eigenentwicklung von AWS' Annapurna Labs. (Bild: AWS)

In der Halbleiter-Branche gibt es seit einigen Jahren einen Trend: Statt Chips von großen Herstellern zu kaufen, gehen immer mehr Unternehmen und sogar Staaten dazu über, eigene Prozessoren zu entwickeln. Die Ziele sind dabei oft ähnlich, in einigen Fällen aber auch das Resultat einer falschen Entscheidung.

Inhalt:
  1. Homegrown-Chips: Warum eigene Prozessoren so gefragt sind
  2. Nicht alle Designs sind erfolgreich
  3. Mit ARM ab in die Unabhängigkeit

Meist geht es darum, sich von Mitbewerbern abzuheben: Von der Hardware über die Firmware bis hin zum Betriebssystem samt Apps und Services kommt alles aus einer Hand. Das macht es einfacher, die einzelnen Komponenten ineinander zu verzahnen, was schlussendlich in einer geringeren Abhängigkeit von Dritten - egal ob Unternehmen oder Ländern - resultiert.

Durch die höhere Gewinnmarge lässt sich mehr Geld verdienen und mittelfristig aufgrund besserer Finanzkontrolle auch noch Geld sparen - wenngleich initial äußerst hohe Kosten anfallen und überdies ein langer Atem erforderlich ist, bis (hoffentlich) das Ergebnis steht.

Vertikale Integration als ideale Lösung

Selbst entworfene Designs gibt es vom Smartphone über Laptops bis hin zu Servern und Supercomputern, wobei einige Hersteller bereits lange im Geschäft sind. Das wohl bekannteste Beispiel derzeit ist Apple: Das Team aus Cupertino entwickelt seit über einem Jahrzehnt die Chips für die iPhones und iPads inhouse, die Basis wurde schon früh gelegt.

  • Die M-Serie bringt ARM64 statt x86-64 für Macbooks. (Bild: Apple)
  • Samsungs M1 war noch effizient, der M2 und der M3 nicht mehr. (Bild: Samsung)
  • Das Tensor-SoC ist ein Exynos mit zusätzlicher TPU für Inferencing. (Bild: Google)
  • Nuvia entwickelte mit dem Phoenix ursprünglich einen Server-CPU-Kern. (Bild: Nuvia)
  • Qualcomms Centriq mit Falkor-Core erwies sich als Flop. (Bild: Qualcomm)
  • Der 64-kernige Graviton2 überzeugt vor allem beim Preis pro Stunde. (Bild: AWS)
  • Instanzen damit schlugen zum Start ihre Intel-Pendants. (Bild: AWS)
  • Der Graviton3 hat auch 64C, ist aber dennoch signifikant schneller. (Bild: AWS)
  • Integer legt 25% zu, Float gar 60%.  (Bild: AWS)
  • Nvidia baut mit Grace eine Supercomputer-CPU mit NV Link 4.0 für Beschleuniger.  (Bild: Nvidia)
  • Der D1-Chip ist für Training ausgelegt, ... (Bild: Tesla)
  • ... wobei 25 davon eine Training Tile bilden, ... (Bild: Tesla)
  • ... welche wiederum den Dojo-Supercomputer für BF16 ergeben. (Bild: Tesla)
  • Der Rhea ist der Supercomputer-Chip der EU. (Bild: SiPearl)
  • China hat für den Sunway Ocean Light eigene Prozessoren entwickelt. (Bild: NRCPC)
  • Die SW26010 Pro liefern eine sehr hohe Performance. (Bild: NRCPC)
Die M-Serie bringt ARM64 statt x86-64 für Macbooks. (Bild: Apple)
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Beginnend mit dem A6 (iPhone 5) von 2012 hat Apple auf Basis einer ARM-Architekturlizenz selbst CPU-Kerne gebaut und ab dem A8 (iPhone 6) von 2014 kommt eine modifizierte PowerVR-Grafik von Imagination Technologies zum Einsatz; seit dem A11 (iPhone 8) von 2017 stammt die GPU komplett von Apple - wenngleich hier ebenfalls Lizenzzahlungen geleistet werden.

Parallel zum Design eigener CPU-Kerne und Grafikeinheiten erfolgte die Entwicklung weiterer wichtiger IP-Blöcke, darunter etwa eine Apple Neural Engine (ANE aka NPU) für künstliche Intelligenz und ein NVMe-Controller für SSDs. Der wiederum bildete die Grundlage für die etablierten T1-/T2-Chips, die unter anderem Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung übernehmen und schon seit Jahren in Mac-Geräten stecken.

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Der M1 Max ist eine Glanzleistung

Aus all dieser Expertise erwuchs mit dem regulären M1 ein Chip für sparsame Laptops, mit dem aktuellen M1 Max hat Apple ein exzellentes Design für leistungsstarke Notebooks abgeliefert. Der Hersteller aus Cupertino ist das Paradebeispiel für die vertikale Integration, denn Hardware und Software sind bestens aufeinander abgestimmt. So kommt etwa die Neural Engine gerade in Apple-Apps voll zur Geltung, was Kunden stärker an das eigene Ökosystem bindet.

In den nächsten Monaten sollen alle Mac-Systeme auf M-Chips mit eigener ARM-Technik umgestellt werden, womit Intels x86-Prozessoren selbst beim Mac Pro in Bälde ausgedient haben. Und auch ein anderer Partner ist künftig Geschichte.

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Nicht alle Designs sind erfolgreich 
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ms (Golem.de) 07. Jan 2022 / Themenstart

Du meinst 42W für das komplette System an der Steckdose oder 42W Package Power des M1...

ms (Golem.de) 17. Dez 2021 / Themenstart

Genau, bei Kosten/Stunde ist Graviton3 auch dann oft noch spannend, selbst wenn man erst...

ms (Golem.de) 17. Dez 2021 / Themenstart

Ja, die Kapazität ist gelinde ausgedruckt schei0e.

GwhE 16. Dez 2021 / Themenstart

Dann bleibt noch die frage nach moores law. Stimmt es wenn ich heute 2 Kartoffeln aufs...

fabiwanne 16. Dez 2021 / Themenstart

Anwendersoftware nutzt längst so viele unterschiedliche Funktionen und die Andwenderbase...

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