Smartphone in 5 Jahren – Future Smartphone 2023

Smartphones erfreuen sich seit einem Jahrzehnt grosser Beliebtheit. Gefühlt hat sich noch nie ein Produkt so rasant Marktanteile (und gigantische Umsätze) erschlossen, national wie global. Doch wie sieht ein Smartphone in 5 Jahren aus?

Die Technik macht grosse Fortschritte. Aber wo genau sind diese Fortschritte eigentlich angesiedelt? Und viel spannender: Wie sieht eigentlich konkret das Smartphone in 5 Jahren aus? Ich möchte kein „Glaskugel lesen“ betreiben, wie könnte es in 20 Jahren aussehen (vielleicht fliegende Dronen-Smartphones die uns begleiten?). Stattdessen habe ich versucht realistisch abzuschätzen, wie das Smartphone in fünf Jahren aussehen wird. Dabei habe ich Smartphones von vor 10 Jahren, vor 5 Jahren und heute mathematisch einbezogen.

Smartphone der Zukunft: Nichts besonderes – aber sehr viel mehr von allem

Die meisten Daten habe ich realistisch linear extrapoliert. Es gibt Komponenten wie z.B. der Bildschirm, bei denen man von genug materialwissenschaftlichen und verkleinerungstechnischen Errungenschaften ausgehen kann. Andere wie die Prozessoren sind durch gewisse physikalische Regeln limitiert. Diese haben daher so langsam das Ende ihres Wachstums erreicht. Weitere Technologien wie der zukünftig 5G Mobilfunk sind schon definierte Standards die heute gebaut werden. Hier kann man relativ zuverlässig aus professionellen Studien ablesen mit welchem Ausbau bis in 5 Jahren gerechnet werden kann.

Allgemein habe ich mich an einem „bezahlbaren teuren“ Smartphone um die 700 USD orientiert. D.h. für 2008, genauso wie für 2013 und heute. Die Namen der bestehenden Phones sowie alle Details sehen sie in der Tabelle am Ende des Artikels. Beim Hersteller für 2023 gehe ich von einem Koreanischen oder Chinesischen Produkt der oberen Klasse aus. Das wie auch heute schon ein Smartphone höchster Qualität ist.

Tendenziell wird ein Phablet (so genanntes Phone-Tablet) in 5 Jahren wohl noch mehr können. Im Vergleich zu dem was ich als Phone hier im Detail vorstelle. Als Nachteil dürfte das Phablet dann aber deutlich schwerer und für den Kernmarkt „unattraktiv“ gross sein. Sowie noch teurer.

Smartphone Bildschirm – wird schlanker

Der Bildschirm wird wie bisher weiterhin grösser werden. Dabei ist interessant zu beobachten dass zwar die Kernzahlen rapide wachsen: höhere Auflösungen, grössere Diagonale in Zoll. Aber der eigentlich nutzbare Bereich (Fläche, also Breite mal Höhe) nur langsam zunimmt.

Dies hat wohl vor allem damit zu tun, dass den wenigsten Kunden ein „breites“ Smartphone sympathisch ist. Moderne Smartphones schrumpfen sogar wieder in der Breite, sie sind somit schlank. Das Seitenverhältnis (Aspect Ratio) der Smartphone-Bildschirme war 2008 noch 3:2. Und ist dann 2015 zu 16:9 und zuletzt 2018 sogar zu mehr als 2:1 (z.B. 21:9) übergangen. Dies entspricht einerseits mehr und mehr Kinoformat und bestätigt die Trends: Junge Menschen schauen gerne Filme auf dem Smartphone, sowie der Grossteil der heute genutzten Internetbandbreite sind auf TV-Serien Streaming und natürlich Youtube zurück zu führen.

Filmformate und Attraktivität von schlanken Phones sorgen also für die grössere Diagonalen. Gleichzeitig aber leider nur sanft anwachsende Nutzfläche (weniger Breite, aber mehr Höhe). Wir werden 6.7 Zoll-Smartphones sehen, die nach wie vor nur 16.25 Quadratzoll an Fläche bieten bei angenehmen 6.7 cm Screenbreite (das 2018 aktuelle Samsung Galaxy S9+ ist bereits bei 7 cm Screenbreite angekommen).

Nicht zuletzt wird das Wachstum des Bildschirms, bei gleichzeitiger Verkleinerung des Gehäuses, sicherlich noch bis zum letzten möglichen Millimeter voranschreiten. Zur Zeit sind schon Screen-To-Body Ratios von über 80% erreicht (Smartphone Mii Mix). Aber rein theoretisch ist mit abgerundeten Glaskanten bis zu 100% machbar.

Smartphone Bildschirm – wieder ohne Notch

Bei fast allen neuen Smartphones 2018 wird eine Notch eingesetzt (Aussparung im oberen Teil des Smartphone Bildschirm). Diese wird aber nur ein Phänomen im Übergang sein. Sinn der Aussparung ist dort Ohrhörer (Lautsprecher) und Kameras, evtl. Status Leds zu haben. Bisher waren diese Ausserhalb des Bildschirms. Nun sind Sie in den Bereich des Bildschirms gewandert, werden aber ausgesparrt.

Stattdessen werden zukünftig diese Elemente unter dem Bildschirm sein: Mikrophone und Lautsprecher können mit Keramik unter den Bildschirm gebaut werden. Status LED’s können durch das (ausgeschaltete) Display leuchten. Und Kameras brauchen nur kleine runde Aussparungen, keine im Verhältnis riesige Notch.

Apple begann auf dem iPhone X die Notch. Dort ist der Sinn und Zweck die dort eingelassenen Tiefen-Sensoren. Mehrere Kameras und Infrarot Sensoren können die 3D Tiefe erfassen. Apple nutzt das in der Front bisher vorallem für Facial-Recognition. Aber auch dieses kann schon überlistet werden (z.B. einfach von Jugendlichen die ihren Eltern zu ähnlich sind). Und so wird es bis in fünf Jahren vermutlich nicht weiter eingesetzt werden.

Smartphone Bildschirm – Auflösungswachstum verlangsamt sich – Helligkeit legt zu

Nachdem das Wachstum der Auflösungen rasant war, ist es nun physikalisch an den ersten Limits angekommen. Vor allem von der menschlichen Wahrnehmung her: Der Unterschied zwischen 400 ppi und 500 ppi ist fast nicht mehr erkennbar. Auch für die schärfsten Augen ist über 500 ppi keine Verbesserung mehr sichtbar. Das Smartphone 2023 wird wohl noch 4K als Standard Auflösung erreichen. Aber Kinoformat typisch und der schlanken Ästhetik zuliebe nur mit 3840 mal 1645 Pixel. Das sind dann 6 Megapixel und somit eine riesige 623ppi Density (bei 6.7 Zoll Diagonale).

Moderne Materialien, bessere Bauweisen und auch grössere Akkus erlauben eine grössere Lichtausbeute des Displays. Die Helligkeit ist zwischen 2008 und 2018 um 400% gewachsen. Sie wird beim Smartphone 2023 nochmal ca. um 75% auf über 1400 NITS anwachsen. Dies wird eines der wichtigsten Merkmale neuer Smartphones sein: Gute Outdoor Ablesbarkeit (auch und gerade bei direkter Sonneneinstrahlung). So wie volle Farben und Leuchtkraft (Indoor). Beides geht bisher noch zu sehr auf Kosten des Akkuverbrauchs.

Smartphone Kamera – viele Kamera Linsen

Bei den Kameras werden sich ein paar interessante Trends etablieren und zum Standard werden: Wir werden statt aktuell zweier Hauptkameras und einer Frontkamera zukünftig 4+2 Kameras haben. Für 3D Gesichtserkennung und Portraitunschärfe werden sich vorne zwei Kameras befinden und Hinten ganze 4:

1. Hauptkamera Mittelauflösend (farbig + extrem gute Helligkeit mit bis zu 1.2 f/Stop + auto focus)
2. Unterstützungskamera Extrem hochauflösend (schwarzweiss)
3. Teleobjektiv für Zoom
4. Weitwinkelobjektiv (Fischauge, für Gruppenphotos, Innenräume und Panoramen)

Zusammen werden 1 und 2 als Standard 24 MegaPixel erreichen. Dabei sind wir heute schon physikalisch am Ende der Auflösung angekommen. Höhere Auflösungen (in winzigen Smartphone Kamera Chips) führen eher zu mehr rauschen und nicht zu mehr Schärfe. Erst durch die verbesserte Bauweise und geringen F-Stop wird die Lichtausbeute hoch. So, dass wir von einer Verdoppelung der Bildqualität ausgehen können. Eine Verdoppelung wie auch schon 2013 bis 2018. Noch höhere Auflösung (in guter Qualität) wird dann aber erst durch die Kombination von zwei Objektiven mit unterschiedlichen Eigenschaften möglich. Dazu ist intensive Softwareaufbereitung notwendig: die sogenannte Kamera Künstliche Intelligenz Software.

Smartphone Kamera – KI Software

Dies wird eine wichtige Aufgabe von „KI“ Software im Smartphone: Szenenabhängig aus den verschiedenen Kameras Ergebnisse zusammenrechnen. Man kann also ein Super-Bild aus 4 Kameras errechnen. Exakte Tiefenunschärfe aus 1+2+3+4, sehr panoramisch weiter Bildbereich aus 1+4, dennoch sehr hohe Detailauflösung im Zentrum aus 2+3. Die künstliche Intelligenz Software wird hier Situationen noch besser erkennen können als bisher. Nicht nur die Farbigkeit oder das Erkennen von Menschen und Objekten ermöglicht das Erkennen der Situation.

Zukünftig wird das Smartphone noch mehr Informationen über die Szene errechnen können. Durch die 4 eigenständigen Kameras. Diese können unterschiedlich auf der Rückseite des Smartphone Gehäuses angebracht werden. Wir werden eigenwillige Anordnungen sehen. Denn diese liefern unterschiedliche Blickwinkel und somit noch mehr Informationen. Von wo kommt Licht in das Bild? Ist es natürlich oder künstliches Licht? Wie ist die Komposition der Szene (Wie steht die Gruppe an Menschen? Ist das ein Baum hinter oder neben dem Mensch? Ist es eine grosse Szene die scharf sein soll? Oder ein Gegenlichtportrait bei dem nachträglich Schieberegler eine Nachbelichtung und Tiefen(un)schärfe dem Benutzer angeboten werden sollen?). Seit langem wird dann doch mal wieder der alte Marketingsatz zutreffen: Die Möglichkeiten sind unbegrenzt.

Smartphone Kamera – Video Auflösung bleibt – Bandbreite explodiert

Während Smartphonekameras seit 2015 Videos in 4k in Kinoqualität aufnehmen können (3840 mal 2160 Pixel) können Sie es seit 2018 auch in 60 fps (Bilder pro Sekunde). Vorher war das nicht zuverlässig sondern nur mit Rolling-Shutter möglich. Das Besondere ist also im 2018 nicht die Auflösung! Sondern, dass die neuesten 2018 Geräte Ultra-Zeitlupe in 1280 mal 720 mit 960 Bildern pro Sekunde aufnehmen können. Die Bandbreite ist somit gegenüber 2008 mit 0.03 Gbps (Gigabit Pro Sekunde) explodiert zu 11 Gbps (4k 60fps) in 2018. Dennoch bedeuten die Super-Zeitplupen nochmal eine Bandbreitenverdoppelung auf 20 Gigabit pro Sekunde.

Ich erwarte eine 4K Auflösung auch für das Smartphone 2023. Denn 8K wird auch dann noch keine breite Unterstützung in den Anzeigegeräten haben. Dennoch gehe ich davon aus, dass sich die Bandbreite auf 30 Gbps weiter steigern wird. Der Standard für Videos wird dann HDR sein. Farben in 30bit, sowie eine Verdoppelung der Framerate von 60 fps auf 120 fps.

Smartphone Prozessor – Spitzenleistung steigt – Stromverbrauch sinkt

Obwohl wir mit dem Moore’schen Gesetz schon bald am Ende angekommen sind: Es wird deutlich länger dauern bis die Prozessorgeschwindigkeiten sich weiterhin verdoppeln. Bis 2023 ist aber noch genug Luft drin, damit die folgenden Entwicklungen passieren dürften:

1. Prozessoren werden für kurze Zeit Berechnungen mit bis zu 3.4 Ghz durchführen können. Das ist besonders da es in dem engen und ungekühlten Smartphonegehäuse passieren muss. Dies betrifft natürlich nur einzelne Kerne des Prozessors und die Dauer wird auf sehr wenige Sekunden sinken. Das ist aber auch genau das was man am ehesten braucht: Laden einer App, Scrollen auf dem Bildschirm. Berrechnungen auf Knopfdruck durchführen, komplexe Effekte im Bildeditor. Sie sollen idealerweise möglichst schnell erledigt sein. Und danach folgt eine (menschliche) Pause.
2. Die Prozessor Cluster werden weiter skalieren: Es werden bis zu 6 Cores pro Cluster sein und typischerweise 3 Cluster. D.h., dass das Smartphone theoretisch 6 Dinge auf einmal berechnen kann. Und gleichzeitig je nach Dringlichkeit oder nötiger Performance für Berechnungen 3 Gruppen von Prozessoren welche die Arbeit machen. 2018 sind die ersten 3 Cluster CPUs erhältlich, bis davor hatte es sich aber seit 2015 etabliert 2 Cluster zu haben: Viel Leistung (z.B: 2.4 Ghz) und Strom sparend (z.B. 1.5 Ghz). Zukünftig werden die Cores dann wohl eher 3.4 Ghz + 2.0 Ghz + 1.2 Ghz getaktet sein. Flexibel und ideal für jede Situation.
3. Die Prozessor „Oberfläche“ wird weiter schrumpfen. 2008 war die etablierte Smartphone-Architektur noch eine 65 nm (Nanometer) Struktur. Bis 2013 verkleinerte sich das um 50% und nochmal um über 50% auf nur 10 nm für 2018. Für 2023 ist jetzt schon absehbar dass sich die Smartphoneprozessoren nicht nochmal um 50% verkleinern können. Dennoch auf 7nm Strukturgrösse reduzierbar sind.

Dies mag für den Laien recht abstrakt sein, bedeutet es aber den wichtigsten Aspekt: Strom-Sparsamkeit. Rein theoretisch wird dieser Schritt für ca. 20% weniger Verbrauch der Prozessoren sorgen können, wobei die wichtigsten Verbraucher die Funkntenne und vor allem die Beleuchtung des Bildschirms bleiben werden.

Smartphone Prozessor – Arbeitsspeicher steigt mehr als benötigt

Schon 2018 bieten fast alle Smartphones 4 GB Arbeitsspeicher, der Trend geht aber zu 6GB. Es lässt sich daraus extrapolieren, dass wir 2023 bei bis zu 12 GB angekommen sein werden. Theoretisch könnten es auch 16 GB sein, aber schon bei 8 GB stellt sich die Frage: Wozu? Anfangs der 80er Jahre war es ein Marketingspruch zu behauten: „Niemand wird je mehr als 640kb RAM brauchen“. Es wurde schnell klar dass man viel mehr nutzen kann. Dennoch benötigen heutige normale Arbeitsrechner nur für wenige Aufgaben mehr als 8 GB.

In den aktuellen Smartphones sind es eigentlich nur 3D Spiele. Mit hochauflösenden Texturen und komplexen Simulationen erreichen sie einen sehr grossen Speicherbedarf. Zukünftig könnten also auf dem Smartphone Videoschnitt oder andere speicherverschlingende Tätigkeiten durchgeführt werden. Aber wird die Hitze von Akku und Prozessor diese langfristigen Berechnungen ermöglichen? Das bleibt zu bezweifeln.

Smartphone Prozessor – Grafik Leistung verdreifacht sich

Moderne Spiele mit 3D Grafik haben auf dem Smartphone das Niveau von sehr teuren PCs erreicht. Sind wir heute bei der Leistung von PCs von ca. 2009 angekommen, werden die Smartphones 2023 beim Niveau von teuren Grafikkarten des Jahrgangs 2012 angekommen sein. Bedenkt man wie viel Stromverbrauch diese Grafikkarten haben, ist es eine der eindrucksvollsten Leistungen dies in Smartphones zu erreichen. Die verschiedenen Formen von Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality) werden diese 3D Leistung brauchen. Vor allem um photorealistisches 3D glaubhaft für unsere beiden Augen darstellen zu können.

Ob wir dann das Smartphone in ein Gestell stecken, oder eine externe 3D Brille tragen? Ich denke die Zeit ist knapp für 2023 schon „Linsen-Folien“ auf dem Display zu haben, das echtes 3D für zwei Augen ermöglicht (oder gar mehrere Zuschauer). Noch sind die Materialeigenschaften dieser Folien unideal. Zu unscharf und lichtschluckend sind sie. Somit will man sie nicht dauerhaft auf dem Smartphone (bei allen Anwendungssituationen) angebracht haben.

Smartphone Akku – Stagnation statt Fortschritt

Rein physikalisch steht keine grosse Verbesserung der Akkus bevor. Selbst wenn gewisse Ergebnisse der Materialforschung in den letzten Jahre mit Begeisterung betrachtet werden. Keine Akkufabrik wird ihre Prozesse schnell genug umstellen können, um bis 2023 andere Technologien zu bieten. Bis dahin werden sich im Akku Bereich nur zwei kleine Verbesserungen ergeben:

1. Geringere Margen bei der Akku-Sicherheit (z.B. weniger „Polster“) für weniger Gewicht und Volumen der Akkus. Dies führte aber auch in der Vergangenheit schon zu „Explosionen“ wie z.B. bei der Rückrufaktion des Samsung Galaxy Note 7 im Jahr 2016.
2. Des weiteren werden gerade im Automobilbau die Kobalt und andere Seltene-Erden-Element-Anteile zurückgehen (Kostensenkung) was aber aktive Akku-Kühlung erfordert z.B. Flüssigkeitsgekühlt wie im Tesla, während der VW e-Golf bisher nur passiv gekühlt wird. Da hierfür im Smartphone kein Platz ist, wird die Akku Technologie eher teurer werden. (Aktuell 2018 ist der Kobaltpreis sehr definierend angestiegen). Teurere Akkus führen dazu, dass die Hersteller eher weiterhin kleinere Smartphones mit kleinen Akkus bauen.

Smartphone Akku – Verschiedene ernüchternde Betrachtungsweisen

Interessant sind folgende „Kurven“ an Akku bezogenen Werten, die alle ein recht unpositives Gesamtbild ergeben:

1. Akku pro Gewicht. Man berechne die mAh (Kapazität des Akkus) pro Gesamtgewicht des Phones. Daraus ergeben sich interessante Zahlen. Von 2008 auf 2018 gab es nur eine Verdoppelung. Und meine Berechnung sagt für 2023 auch nur eine Steigerung von ca. 10% vorraus. Wollen wir mehr Akku, braucht es auch in 5 Jahren noch mehr Gewicht.
2. Prozessor Leistung pro Akku. Verrechne man die Leistung der Prozessoren mit der Baugrösse (Nanometer Struktur). Und dann mit der Akku Kapazität in mAh. So ist hier eine ungute Steigerung um 400% erfolgt. D.h. während die Prozessorstruktur auf 10% geschrumpft ist, ging die Stromersparnis nur auf 25% herunter.
3. Akku pro Helligkeit. Berrechne man die früher sowie heute verbauten Bildschirme und ihre Helligkeit mit der Akkukapazität. So kann man daraus erkennen, dass wir nur noch halb so lange Laufzeiten haben. Weil die Bildschirme viel heller geworden sind. Jeder kennt das Gefühl: Früher hielt das Smartphone immer 2 Tage, heute muss der Akku in jeder Nacht aufgeladen werden. Bei hoher Benutzung eher früher.