Proces 10nm od spoločnosti Intel: je to viac než len škálovanie čipov

V sérii prezentácií včera spoločnosť Intel uviedla oveľa viac podrobností o svojom nadchádzajúcom 10nm procese výroby pokročilých procesorov, zverejnila nový 22nm FinFET proces navrhnutý pre zariadenia s nižšou spotrebou energie a lacnejšie zariadenia, navrhla novú metriku na porovnávanie čipových uzlov a spravidla posunula myšlienka, že „Mooreov zákon je živý a dobrý“. Najvýraznejšie ma zaujala myšlienka, že aj keď sa spracovatelia budú aj naďalej stávať hustejšie , ťažkosti a náklady nových procesných uzlov si vynútia úplné prehodnotenie toho, ako sa majú čipy navrhovať v budúcnosti.

Mark Bohr, Intel Senior chlapík a riaditeľ procesnej architektúry a integrácie, dal spoločnosti Intel zvyčajný názor na to, ako vedie v oblasti polovodičov v procesnej technológii. Uviedol, že spoločnosť Intel má stále približne trojročné vedúce postavenie pred svojimi konkurentmi, aj keď zlievárne čipov, ako sú Samsung a TSMC, sú uprostred zavádzania procesov, ktoré nazývajú 10 nm, predtým, ako sa produkty spoločnosti Intel na konci roka objavia. Bohr uviedol, že spoločnosť Intel predstavila za posledných 15 rokov väčšinu hlavných pokrokov v tomto odvetví, medzi ktoré patrí napätý kremík, kovové brány s vysokým obsahom kK a tranzistory FinFET (ktoré spoločnosť Intel pôvodne nazývala Tri-Gate, hoci sa odvtedy vrátila k používaniu priemyselného štandardného názvu),

Bohr povedal, že čísla uzlov, ktoré používajú všetci výrobcovia, už nie sú zmysluplné, a namiesto toho požadujú nové meranie založené na počte tranzistorov delených oblasťou buniek, pričom počet buniek NAND predstavuje 60% merania a skenovanie Flip-Flop. Logické bunky počítajúce 40 percent (aby bolo jasné, odkazuje na NAND flash pamäťové bunky, ale skôr na NAND alebo „logické hradlá“ záporné-AND ”). Toto vám poskytne meranie v tranzistoroch na milimeter štvorcový a Bohr ukázal graf odrážajúci vylepšenia Intelu v takomto rozsahu, od 3, 3 milióna tranzistorov / mm2 pri 45 nm až po 37, 5 milióna tranzistorov / mm2 pri 14 nm a prechod na viac ako 100 miliónov tranzistorov. / mm2 pri 10 nm.

V posledných niekoľkých rokoch používal Intel ako mieru merania výšku rozstupov časov hradlových časov, ale Bohr povedal, že to už nezachytáva všetky pokroky, ktoré spoločnosť Intel dosahuje. Povedal, že toto opatrenie zostalo dobrou relatívnou metódou porovnanie, ale nedal ťažké číslo.

Bohr povedal, že aj keď sa čas medzi uzlami predlžuje - spoločnosť Intel už nemôže zavádzať nové uzly každé dva roky - spoločnosť je schopná dosiahnuť lepšie ako normálne škálovanie oblastí, ktoré spoločnosť Intel nazýva „ hyper škálovanie „Ukazoval graf, ktorý dokazuje, že pri 14 nm aj 10 nm bol Intel schopný urobiť z logickej oblasti 37 percent veľkosti logickej oblasti v predchádzajúcom uzle.

Bohr poznamenal, že ostatné časti procesora - najmä statické obvody s náhodným prístupom a obvody vstup - výstup - sa nezmenšujú rovnako rýchlo ako logické tranzistory. Zjednodušene povedané, vylepšenia škálovania umožnia spoločnosti Intel vziať čip, ktorý by vyžadoval 100 mm ² pri 45 nm, a urobiť ekvivalentný čip za pouhých 7, 6 mm ² pri 10 nm, za predpokladu, že nedôjde k zmenám funkcií. (Samozrejme, v skutočnom svete každá ďalšia generácia čip pridáva ďalšie funkcie.)

Stacy Smith, výkonný viceprezident spoločnosti Intel pre výrobu, prevádzku a predaj, uviedol, že v dôsledku toho, aj keď to medzi uzlami trvá dlhšie, ďalšie škálovanie malo za následok rovnaké medziročné zlepšenia ako v predchádzajúcich dvoch rokoch. kadencia poskytovaná v priebehu času.

Ruth Brain, Intel chlapík a riaditeľ technológie prepojenia a integrácie, hovoril o existujúcej 14nm technológii spoločnosti, ktorá začala s výrobou v roku 2014, a uviedol, že jej hustota je podobná ako pri 10nm výrobkoch, ktoré začínajú dodávať tento rok.

Vysvetlila, ako tento proces zaviedol “ hyper škálovanie “, sčasti pomocou efektívnejšej techniky viacnásobného vzorkovania na vytvorenie jemnejších funkcií ako 80nm alebo tak, aby súčasné ponorné skenery 193nm mohli vytvoriť jediný priechod. Spoločnosť Intel uviedla, že používa technológiu nazývanú„ vzájomne zarovnané dvojité vzorovanie “ „(SADP), namiesto metódy Litho-Etch-Litho-Etch, ktorú používajú iní výrobcovia, môže získať presnejšie a konzistentnejšie výsledky, ktoré vedú k lepším výnosom a výkonnosti.

Celkovo Brain uviedol, že použitie hyper škálovanie Výsledkom je 1, 4-krát viac jednotiek za dolár, ako by to umožnilo tradičné škálovanie, a to by malo za následok zhruba ekvivalent úspor, ktoré by Intel dosiahol, keby sa priemysel presunul z 300 mm na 450 mm kremíkových doštičiek (prepínač, ktorý bol široko bolo uvedené, ale zdá sa, že sa zatiaľ opustil).

Ako vysvetlil pán Kaizad Mistry, viceprezident a spoluzakladateľ spoločnosti Logic Technology Development hyper škálovanie Tieto techniky sa používajú pri 10 nm a poskytli viac podrobností o 10 nm procese spoločnosti, ktorý opísal ako „úplnú generáciu pred ostatnými“ 10nm technológiami. Celkovo povedal, že 10nm uzol prinesie buď 25% zlepšenie výkonu pri rovnakom výkone alebo takmer 50% zníženie výkonu pri rovnakom výkone v porovnaní s 14nm uzlom.

Mistry opísal proces spoločnosti Intel tak, že používa rozstup brány 54nm a výšku bunky 272nm, ako aj rozstup rebier 34nm a minimálny rozstup kovu 36nm. V podstate povedal, že to znamená, že máte plutvy, ktoré sú o 25 percent vyššie a o 25 percent bližšie ako v 14 nm. Čiastočne povedal, že sa to podarilo dosiahnuť pomocou „samo-zarovnaného kvadratického modelovania“, pričom sa vyvinul proces vyvinutý spoločnosťou Intel pre viacnásobné vzorkovanie s dĺžkou 14nm a ďalej sa rozširuje, čo zase umožňuje menšie funkcie. (Poznamenal by som však, že to naznačuje, že rozstup brán nie je tak rýchly ako v predchádzajúcich generáciách.)

Dva nové hyper škálovanie zálohy tiež pomohli, uviedol. Prvým z nich je „kontakt aktívny brána “, čo znamená, že miesto, kde brána prechádza a plutva vytvoriť tranzistor je teraz priamo nad hornou časťou namiesto tesne pod ním. Povedal, že to dalo ďalších 10 percent škálovanie nad stupnicu. Druhá technika, ktorú ministerstvo uviedlo, že sa predtým používala, ale nie s tranzistormi FinFET, sa nazýva „slepá brána“. V 14nm generácii povedal, že tranzistory spoločnosti Intel majú na hrane každej logickej bunky plné „fiktívne brány“; v 10 nm však Mistryna uviedla, že na každej hrane je iba polovica figuríny. To poskytuje ďalšie 20-percentnú výhodu škálovania v oblasti, povedal.

Spoločne, Mistry povedal, tieto techniky umožňujú 2, 7x zlepšenie hustoty tranzistorov a umožňujú spoločnosti vyrábať viac ako 100 miliónov tranzistorov na štvorcový milimeter.

Ministerstvo tiež objasnilo, že tak ako pri 14 nm, predlžujúca sa doba medzi procesovými uzlami umožnila spoločnosti každý rok vylepšiť každý uzol. Všeobecne sú opísané plány pre ďalšie dva uzly 10nm výroby so zlepšeným výkonom. (Považoval som za zaujímavé - a trochu znepokojujúce - že aj keď tieto grafy ukazujú, že 10nm uzly jasne vyžadujú menej energie ako 14nm uzly, naznačujú, že prvé 10nm uzly nebudú ponúkať taký výkon ako posledné 14nm.)

Povedal, že proces 10nm ++ prinesie o 15% lepší výkon pri rovnakom výkone alebo 30% zníženie výkonu pri rovnakom výkone v porovnaní s pôvodným procesom 10 nm.

Neskôr bol Murthy Renduchintala, prezident klienta a skupina architektúry IoT pre podnikanie a systémy, jasnejší a uviedol, že kľúčové produkty sa usilujú o každoročné zlepšenie výkonnosti o viac ako 15 percent pri „ročnej produktovej kadencii“.

Bohr sa vrátil, aby opísal nový proces s názvom 22 FFL, čo znamená spracovanie 22nm pomocou FinFET s nízkym únikom. Uviedol, že tento proces umožňuje až 100x zníženie úniku energie v porovnaní s konvenčnými planárnymi technológie, a bude vyššia hustota ako akýkoľvek iný 22nm proces, spolu s možnosťou vyšších výkonov FinFET. Zaujímavé je, že dizajn čipu môže v jednom čipe používať dva rôzne druhy tranzistorov; vysoko výkonné tranzistory pre veci, ako je spracovanie aplikácií a tranzistory s nízkym únikom pre stále zapojené obvody.

Môže byť navrhnutý tak, aby konkuroval iným 22nm procesom, ako je 22nm FDX proces kremíka na izolátore od Global Foundries. Zdá sa, že myšlienkou je, že pri 22nm sa môžete vyhnúť dvojitému vzorovaniu a ďalším nákladom, ktoré si vyžadujú prísnejšie uzly, ale stále dosahujete dobrý výkon.

Renduchintala hovoril o tom, ako ako výrobca integrovaných zariadení (IDM) - spoločnosť, ktorá navrhuje procesory aj ich výrobcov - má spoločnosť Intel výhodu „fúzie medzi procesnou technológiou a vývojom produktov“. Spoločnosť je schopná vybrať si z viacerých typov IP a procesných techník, vrátane vyberania tranzistorov, ktoré vyhovujú každej časti jej návrhu, uviedol.

Najzaujímavejšie ma zaujala diskusia o tom, ako sa návrh procesora posunul z tradičného monolitického jadra k dizajnu „mix and match“. Myšlienka heterogénnych jadier nie je ničím novým, ale predstava, že môžu mať rôzne časti procesora postaveného na nástrojoch využívajúcich rôzne procesy, ktoré sú navzájom spojené, by mohla byť veľká zmena.

Umožňujú to vstavaný most na vzájomné prepojenie (EMIB), ktorý spoločnosť Intel začala dodávať so svojimi najnovšími technológiami Stratix 10 FPGA a diskutovala o použití v budúcich serverových produktoch Xeon v posledný deň investora.

Renduchintala opísala budúci svet, v ktorom by procesor mohol mať jadrá CPU a GPU vyrobené na najnovších a najhustejších procesoch, s vecami, ako sú komponenty IO a komunikácia, ktoré nemajú úžitok zo zvýšenej hustoty. na skorší proces a ďalšie veci na starších uzloch. Všetky tieto matrice by sa spojili pomocou tohto mostíka EMIB, ktorý umožňuje rýchlejšie pripojenie ako tradičné multi-čipové balíčky, ale je lacnejší v porovnaní s použitím silikónového vkladača.

Ak sa všetky tieto veci splnia, celý rámec nových spracovateľov by sa mohol zmeniť. Od získania nového procesora úplne nového procesu každých pár rokov môžeme smerovať Svet to znamená oveľa postupnejšiu zmenu technológie spracovania iba v častiach čipu. Tým sa tiež otvára možnosť pridať do samotného čipu mnoho ďalších vecí, od integrácie viacerých IO komponenty, na rôzne druhy pamäte. Z dlhodobého hľadiska by to mohlo signalizovať veľké zmeny v tom, ako fungujú čipy a systémy, ktoré napájajú.

Michael J. Miller je hlavným informačným úradníkom v súkromnej investičnej spoločnosti Ziff Brothers Investments. Miller, ktorý bol šéfredaktorom časopisu PC Magazine v rokoch 1991 až 2005, autori tohto blogu pre spoločnosť PCMag.com zdieľajú svoje názory na produkty súvisiace s počítačmi. Tento blog neponúka žiadne investičné poradenstvo. Všetky povinnosti sú vylúčené. Miller pracuje samostatne pre súkromnú investičnú spoločnosť, ktorá môže kedykoľvek investovať do spoločností, ktorých produkty sú uvedené v tomto blogu, a neuskutoční sa žiadne zverejnenie transakcií s cennými papiermi.