Hintergrund

Apples M3-Chips unter der Lupe

2.11.2023

Die neuen Mac-Chips sind anders abgestuft als ihre Vorgänger und kosten teilweise mehr. Grund dafür dürften Schwierigkeiten bei der Fertigung sein.

Anfangs Woche hat Apple neue Mac-Chips vorgestellt. Die M3-Serie ist in verschiedener Hinsicht auffällig. Sie bewegt sich an der Grenze des aktuell technisch Machbaren. Das hat positive und negative Folgen – und definiert die Bedeutung der Abstufungen «Normal», «Pro» und «Max» neu.

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von Samuel Buchmann

Die wichtigste Innovation der M3-Serie: Ihre Chips werden als erste im 3-Nanometer-Verfahren hergestellt. Das bedeutet, die einzelnen Transistoren sind kleiner geworden, was dichtere Chips ermöglicht. Allerdings ist die Produktion eine grosse Herausforderung. Dazu gleich mehr.

Dank den kleineren Transistoren sind die Kerne von M3, M3 Pro und M3 Max schneller, ohne mehr Energie zu benötigen. In der CPU beträgt der Leistungszuwachs gemäss Apple 15 Prozent bei den Performance-Kernen und 30 Prozent bei den Effizienz-Kernen. Hinzu kommt, dass Apple dem Grafikprozessor neue Tricks beibringt: Dynamic Caching, Mesh Shading und Ray Tracing.

Mit Dynamic Caching weisen die M3-Chips dem Grafikprozessor nur so viel Speicher zu, wie die einzelnen Tasks tatsächlich brauchen. Dies im Gegensatz zum traditionellen Prozess, bei dem für jeden Task so viel Speicher reserviert wird, wie der intensivste unter ihnen benötigt. Dynamic Caching führt laut Apple zu einer höheren Grafikleistung in Anwendungen, die viel VRAM benötigen. Mesh Shading ist wichtig in Games und 3D-Rendering. Es berechnet Polygone massiv schneller als das alte Vertex Shading. Das steigert die Grafikleistung. Auch Ray Tracing ist vor allem im Gaming ein Begriff. Es erlaubt die Berechnung von realistischen Licht- und Schatteneffekten.

Apples Grafik zu Dynamic Caching – wie es technisch konkret funktioniert, ist nicht bekannt.

Ebenfalls verändert hat sich je nach Chip-Version die Anzahl Kerne sowie die Grösse und die Bandbreite des Unified Memory. Hier die Übersicht mit Vergleich zur M2-Serie:

Schwierigkeiten der 3-Nanometer-Fertigung

Wie die meisten grossen Hersteller lässt Apple seine Chips bei TSMC fertigen. Die taiwanesische Firma konnte über die letzten Jahre die Grösse ihrer Transistoren immer weiter verkleinern. Intel, der zweite grosse Chiphersteller, beisst sich daran bisher die Zähne aus.

So sieht ein Wafer aus, aus dem einzelne Chips geschnitten werden.
Quelle: TSMC

Doch auch bei TSMC läuft nicht alles wie geplant. Die M3-Chips basieren auf dem ersten 3-Nanometer-Fertigungsprozess namens «N3B». Anscheinend gibt es bei der Produktion Effizienzprobleme: Der «Yield» (auf Deutsch: die Ausbeute) ist kleiner als gedacht. Das bedeutet, dass viele Chips Mängel aufweisen. Sie bestehen dann die Qualitätskontrolle nicht oder nur teilweise.

Damit nicht alle diese Chips komplett verloren sind, greifen Chiphersteller zu einem Trick: Sie verkaufen sogenannte Binned-Versionen. Bei Apple sind das Chips, bei denen die meisten Kerne völlig in Ordnung sind, ein paar aber nicht. Die faulen Cores werden kurzerhand deaktiviert und Apple verkauft die Chips als günstigere Varianten. Im Falle der M3-Serie:

M3 mit 8 statt 10 GPU-Cores
M3 Pro mit 11 statt 12 CPU-Cores und 14 statt 18 GPU-Cores
M3 Max mit 14 statt 16 CPU-Cores und 30 statt 40 GPU-Cores

Diese Effizienzsteigerung in der Produktion ist nichts Neues. Schon in der M1- und M2-Serie gab es gebinnte Chips. Doch dieses Jahr wird beim schwächeren M3 Max auch ein Teil der CPU deaktiviert. Zudem sinkt die Bandbreite des Unified Memory. Diese ist auch beim M3 Pro kleiner geworden. Und Apple ersetzt beim mittleren Chip zwei Performance-Cores durch die weniger problematischen Efficiency-Cores.

Die Folge: High-End-Chips werden teurer

Apple hat Berichten zufolge TSMCs gesamte Kapazität der N3B-Produktion aufgekauft. Trotzdem laufen die Fabriken angeblich am Limit. Besonders problematisch ist der High-End M3 Max mit den vollen 16 CPU-Cores und 40 GPU-Cores. Um dem entgegenzuwirken, erhöht Apple die Preise des Max und senkt sie beim Pro. Das verschiebt den Schwerpunkt der Nachfrage in Richtung der besser verfügbaren Chips.

In folgender Grafik siehst du die Preise der M3-Serie im Vergleich mit der M2-Serie. Sie gelten jeweils für das 14 Zoll grosse MacBook Pro mit 1 TB SSD und dem Basis-Arbeitsspeicher der Chips. Für die Illustration von Apples Preispolitik sind vor allem die Preise in US-Dollar relevant. Bei anderen Währungen spielen die Wechselkurse mit. In den hinteren Folien findest du aber auch die Franken- und Europreise.

Der Aufpreis von 14 auf 16 Zoll beträgt in den USA nun 300 Dollar. Bei den M2-Chips waren es noch 200. Das könnte ebenfalls eine Massnahme zur Ausbalancierung von Nachfrage und Produktion sein. Denn damit steigt der Anreiz für kleine Laptops, in denen wohl weniger oft der Max-Chip gewählt wird. In der Schweiz bleibt der Aufpreis für den grösseren Bildschirm fast gleich: 230 statt wie bisher 220 Franken. In Deutschland sind es 250 statt 230 Euro.

Was heisst das unter dem Strich?

Wegen der Änderungen im Chip-Design ist Umdenken angesagt. M3, M3 Pro und M3 Max sind anders abgestuft als ihre Vorgänger. Gewissheit werden erst Benchmarks bringen. Anhand der Spezifikationen lässt sich aber schon mal spekulieren:

Der M3 ist schneller als der M2: Die Anzahl Kerne bleibt gleich, doch sie werden schneller. Das führt voraussichtlich zu einem Leistungszuwachs von etwa 20 Prozent.
Der M3 Pro ist kaum schneller als der M2 Pro: Der neue Chip tauscht zwei Performance- gegen Efficiency-Cores und hat einen GPU-Core weniger. Die einzelnen Kerne sind aber schneller. Hinzu kommen wie bei allen M3-Chips die neuen GPU-Technologien wie Dynamic Caching. Insgesamt dürfte nur eine minimal bessere Leistung rausschauen. Dafür vielleicht mehr Batterielaufzeit.
Der M3 Max ist viel schneller als der M2 Max: Beim grössten Chip lässt es Apple krachen. Er hat in der teuren Version vier Performance-Cores und zwei GPU-Cores mehr als der Vorgänger. Kombiniert mit der höheren Leistung der einzelnen Kerne werden sowohl CPU als auch GPU einen grossen Sprung nach vorne machen. Apple spricht von 50 respektive 20 Prozent.

Damit zieht Apple sein Chip-Sortiment auseinander. Der Abstand zwischen dem M3 am unteren Ende und dem M3 Max am oberen Ende wird grösser. Dazwischen rückt der M3 Pro nach unten und damit näher an den M3.

Apples Bento-Box-Grafik zu den neuen Chips. Die Anzahl Transistoren zeigt die neue Abstufung.
Quelle: Screenshot Apple Keynote

Die M3-Serie ist auch eine versteckte Preiserhöhung. Normalerweise kosten Geräte einer neuen Generation gleich viel wie die alten, haben aber mehr Leistung. Dieses Mal macht der M3 Max zwar einen Sprung, ist aber auch teurer als der M2 Max. Der M3 Pro bleibt etwa so teuer wie der M2 Pro, wird aber mutmasslich nicht schneller.

Welcher Chip eignet sich für dich?

Sind die neuen MacBook Pro deshalb ein schlechtes Update? Nein. Sie teilen bloss die Zielgruppen klarer auf. Überlegst du dir einen Kauf und willst unbedingt jetzt schon bestellen, würde ich die Geräte so einschätzen:

M3: Reicht für alle, die hauptsächlich Office-Anwendungen benutzen. Mit mehr als 8 GB RAM auch für gelegentliche Bildbearbeitung oder Ähnliches.
M3 Pro: Die goldene Mitte zwischen Leistung, Energieeffizienz und Preis. Kann fast alles bewältigen und hält ewig durch. Der perfekte Allrounder. Nur wenn du Programme wie Blender benutzt oder Videos mit komplexen Effekten schneidest, solltest du noch ein Regal höher greifen.
M3 Max: Wenn dein Workflow von maximalen Leistungsreserven profitiert oder du dich bis weit in die Zukunft absichern willst. Sei dir aber bewusst, dass die Batterielaufzeit deutlich schlechter sein dürfte als mit dem M3 Pro. Die Unterschiede werden grösser sein als bei der M2-Serie. Auch im Preis.