SoC

Was in einem SoC steckt

Die bekanntesten SoC-Familien

Auch Google hat mit dem Tensor-Chip einen eigenen SoC für die Pixel-Reihe entwickelt. Bei Macs nutzt Apple mit Apple Silicon ebenfalls SoCs, die deutlich größer sind, aber nach demselben Prinzip aufgebaut.

Warum alles in einem Chip?

Die kurzen Wege zwischen den Einheiten sparen Strom und Zeit. Daten müssen nicht über lange Leiterbahnen zwischen verschiedenen Chips wandern. Das macht Smartphones so leistungsfähig bei gleichzeitig langer Akkulaufzeit. Der Nachteil: Man kann einzelne Teile nicht austauschen oder aufrüsten. Wer mehr Leistung will, braucht ein neues Gerät.

Was ein SoC-Defekt bedeutet

Der SoC selbst geht selten kaputt. Häufiger sind die Lötverbindungen darunter betroffen, etwa nach einem Sturz, oder Bauteile in seiner Stromversorgung. Typische Anzeichen sind ein Gerät, das sich nicht mehr einschalten lässt, ständige Neustarts oder starke Wärme an einer Stelle der Platine. Die Diagnose erfolgt mit Strommessung und Wärmebildkamera.

Ein Tausch des SoC ist bei Smartphones praktisch nicht möglich, weil er mit Speicher, Sicherheitsfunktionen und Seriennummern verknüpft ist. Möglich ist aber das Nachlöten der Verbindungen per Reballing oder die Reparatur der Stromversorgung drumherum. Bei manchen Schäden werden Prozessor und Speicher gemeinsam auf eine Spenderplatine umgesetzt, um an die Daten zu kommen.

Wie ein SoC hergestellt wird

Ein SoC entsteht auf einer Siliziumscheibe, dem Wafer. In vielen Schritten werden darauf Milliarden Transistoren mit Licht belichtet, geätzt und verbunden. Moderne Chips werden mit extrem kurzwelligem Ultraviolettlicht belichtet, um die winzigen Strukturen zu erzeugen. Aus einem Wafer entstehen hunderte Chips, die anschließend getrennt, geprüft und in ein Gehäuse gesetzt werden.

Nur wenige Unternehmen können Chips auf diesem Niveau fertigen. TSMC aus Taiwan produziert für Apple, Qualcomm, MediaTek und viele andere. Samsung fertigt eigene Exynos-Chips und Chips für Kunden. Die Angabe in Nanometern, etwa 3 nm, beschreibt grob die Fertigungsgeneration. Sie ist eher ein Marketingname als eine genaue Messgröße.

Nicht jeder Chip auf einem Wafer funktioniert perfekt. Chips mit kleinen Fehlern werden oft mit deaktivierten Einheiten als günstigere Variante verkauft. Dieses Verfahren heißt Binning und erklärt, warum es von manchen Chips Versionen mit unterschiedlich vielen Grafikkernen gibt.

Die Entwicklung eines neuen SoC dauert mehrere Jahre und kostet die Hersteller enorme Summen. Deshalb gibt es weltweit nur eine Handvoll Unternehmen, die Spitzenchips für Smartphones entwickeln.

RAM und SoC übereinander

Bei Smartphones sitzt der Arbeitsspeicher oft direkt auf dem SoC. Die beiden Chips werden übereinandergestapelt und miteinander verlötet. Diese Bauweise heißt Package on Package. Sie spart Platz auf der Platine und verkürzt die Wege zwischen Prozessor und Speicher, was Geschwindigkeit und Effizienz verbessert.

Für die Reparatur ist das eine Herausforderung. Bei einem Defekt unter dem SoC muss der ganze Stapel bearbeitet werden. Beim Erhitzen kann sich auch die Verbindung zwischen SoC und Speicher lösen. Solche Arbeiten erfordern viel Erfahrung, eine präzise Temperaturführung und geeignete Werkzeuge.

Bei Apple-Chips für Macs und iPads sitzt der Arbeitsspeicher als eigene Chips direkt neben dem SoC im selben Gehäuse. Auch hier ist er fest verbunden und lässt sich nicht aufrüsten.

Typisch für Probleme an dieser Verbindung sind Geräte, die nach einem Sturz zufällig neu starten oder beim Start hängen bleiben. Manchmal hilft ein leichter Druck auf die Platine kurzzeitig, was ein deutlicher Hinweis auf eine gebrochene Lötstelle ist.

Arm und x86

Fast alle Smartphone-SoCs basieren auf der Arm-Architektur. Arm entwickelt die Grundlagen der Rechenkerne und vergibt Lizenzen an Chiphersteller. Arm-Chips gelten als besonders energieeffizient, was sie ideal für Akkugeräte macht.

In klassischen Windows-PCs und vielen Laptops arbeiten dagegen Prozessoren mit x86-Architektur von Intel und AMD. Sie sind traditionell keine SoCs im engeren Sinn, weil Grafik, Speichercontroller und andere Funktionen teilweise auf separaten Chips sitzen. Inzwischen integrieren aber auch Intel und AMD immer mehr Funktionen in einen Baustein.

Ein Vorteil der Arm-Architektur ist, dass Hersteller eigene Kerne entwerfen dürfen. Apple und Qualcomm entwickeln deshalb eigene Rechenkerne, die auf Arm aufbauen, aber eigene Stärken haben. Andere Hersteller verwenden die fertigen Kerndesigns von Arm.

Wärme und Leistung

Ein SoC kann nur so viel leisten, wie seine Wärme abgeführt werden kann. In einem Smartphone gibt es keinen Lüfter. Die Wärme wird über Wärmeleitfolien, Grafitschichten und teils Dampfkammern an das Gehäuse abgegeben. Wird das Gerät zu warm, senkt der SoC seine Taktfrequenz, um sich zu schützen.

Deshalb kann derselbe Chip in verschiedenen Geräten unterschiedlich schnell sein. Ein Gerät mit besserer Kühlung hält die hohe Leistung länger. Für dich zeigt sich das zum Beispiel bei langen Spielesitzungen oder bei Videoaufnahmen in hoher Auflösung.

Auch eine dicke Hülle oder direkte Sonne können die Leistung senken. Der Chip ist dann nicht defekt, sondern schützt sich vor Überhitzung.

Wie lange ein SoC hält

Ein SoC hat keine beweglichen Teile und nutzt sich im normalen Betrieb kaum ab. In aller Regel überlebt er das Gerät, in dem er steckt. Ausfälle haben fast immer äußere Ursachen: Stürze, die Lötverbindungen unter dem Chip brechen lassen, Wasserschäden, die Korrosion an den Lötkugeln verursachen, oder Überspannung durch einen Defekt in der Stromversorgung.

Ob ein Gerät schnell bleibt, hängt deshalb weniger vom Alter des SoC ab als von Software, Speicherplatz und Akku. Ein gealterter Akku kann dazu führen, dass das System die Leistung des SoC drosselt, um plötzliche Abschaltungen zu vermeiden. Ein Akku-Tausch macht ein älteres Gerät deshalb oft spürbar schneller.

Hersteller unterstützen ihre SoCs außerdem unterschiedlich lange mit Treibern und Updates. Auch das bestimmt mit, wie lange ein Gerät sinnvoll genutzt werden kann.

SoCs in Laptops

Lange Zeit waren SoCs vor allem ein Thema für Smartphones und Tablets. Mit den Apple-Chips der M-Serie hat sich das geändert. Seit 2020 arbeiten in Macs SoCs, die Rechenkerne, Grafik, KI-Einheit und Speicher in einem Gehäuse vereinen. Sie bieten hohe Leistung bei sehr geringem Stromverbrauch und ermöglichen lange Akkulaufzeiten.

Auch bei Windows-Laptops gibt es inzwischen Geräte mit Arm-SoCs, etwa mit Snapdragon-Chips von Qualcomm. Gleichzeitig integrieren Intel und AMD immer mehr Funktionen in ihre Prozessoren. Die Grenze zwischen klassischem Prozessor und SoC verschwimmt dadurch zunehmend.

Für Reparaturen bedeutet diese Entwicklung, dass auch bei Laptops immer weniger einzeln tauschbar ist. Arbeitsspeicher und oft auch der Datenspeicher sind fest mit dem SoC oder der Platine verbunden. Defekte werden dadurch häufiger zu Platinenreparaturen.

SoCs vergleichen

Benchmarks geben einen ersten Eindruck von der Leistung eines SoC. Sie messen Rechenleistung, Grafikleistung und KI-Leistung in standardisierten Tests. Im Alltag ist der Unterschied zwischen aktuellen Spitzenchips aber oft kaum spürbar. Wichtiger sind dann Faktoren wie Software-Optimierung, Kühlung und Update-Versorgung.

Für die meisten Menschen reicht ein aktueller Mittelklasse-SoC völlig aus. Erst bei anspruchsvollen Spielen, Videobearbeitung oder sehr langer Nutzungsdauer macht ein Spitzenchip einen spürbaren Unterschied.

Zusammengefasst ist der SoC das Herz jedes modernen Smartphones und vieler Laptops. Er vereint fast alle wichtigen Funktionen in einem Baustein, ist sehr effizient und hält in der Regel länger als das Gerät selbst. Fällt er durch äußere Einflüsse aus, ist eine Reparatur auf Platinenebene möglich, erfordert aber viel Erfahrung.

Für die Datenrettung ist der SoC besonders wichtig, weil er bei vielen Geräten die Schlüssel für die Verschlüsselung enthält. Ohne funktionierenden SoC sind die Daten auf dem Speicher nicht lesbar.

Häufige Fragen