Dyrektor generalny Intela, Pat Gelsinger przedstawił zarówno plan rozwoju procesów i technologii pakowania do 2025 r., jak i nazwę pierwszego klienta, który skorzysta z mocy produkcyjnych Intela w zakresie chipów. Kto to taki?
Pierwszą firmą, której układy będą produkowane w zakładach Intela jest AWS. Tak, Amazon Web Services posiada własne, serwerowe CPU, które są stale rozwijane od kilku lat. Będą wytwarzane właśnie w zakładach “niebieskich”. Drugim klientem ma być Qualcomm, który w przyszłości skorzysta z procesu Intel 20A. Niestety, nie poznaliśmy więcej szczegółów na ten temat.
„Innowacje zaprezentowane dzisiaj nie tylko umożliwią opracowanie mapy drogowej produktów firmy Intel; będą miały również kluczowe znaczenie dla klientów naszych fabryk” – powiedział Gelsinger. „Zainteresowanie IFS jest duże i cieszę się, że dzisiaj ogłosiliśmy naszych pierwszych dwóch głównych klientów. IFS staje do wyścigu!”
Nowe nazewnictwo i zmiany w produkcji
Intel twierdzi, że jego technologia procesowa dorówna obecnemu liderowi branży, TSMC, do 2024 r., a do 2025 r. odzyska pozycję lidera w zakresie wydajności procesu. Jak “niebiescy” planują tego dokonać? Dzięki temu, że to Intel będzie pierwszą firmą, która otrzyma od ASML maszynę produkcyjną nowej generacji: High NA EUV. To kolejny krok w rozwoju litografii EUV. Bardziej precyzyjny, pozwalający tworzyć jeszcze bardziej drobne struktury na krzemie.
Ciekawostką, która może być różnie odebrana jest nowa polityka nazewnictwa. Zaczyna się od procesu znanego dotychczas jako 10 nm Enhanced SuperFin, który ma zadebiutować wraz z procesorami Alder Lake. Intel zmienia jego nazwę na „Intel 7”. Intel odrzuca w ten sposób nazewnictwo powiązane wprost z nanometrami. Zamiast tego Intel będzie nazywał swoje węzły na podstawie wydajności, jakości i efektywności energetycznej. W praktyce, chociaż Intel nie mówi tego wprost, to bardziej jak nazywanie procesu w oparciu o to, do którego z procesów stosowanych przez TSMC jest najbliżej, nie pod względem konstrukcyjnym, a efektu. W rezultacie wszystkie kolejne nazwy węzłów Intela również zostaną dostosowane, przy czym 7 nm Intel stanie się „Intel 4” i tak dalej.
„Opierając się na niekwestionowanej pozycji firmy Intel w dziedzinie zaawansowanych technologii pakowania układów, przyspieszamy nasz plan rozwoju innowacji, aby zapewnić, że do 2025 r. jesteśmy na ścieżce wiodącej prosto do pozycji lidera w zakresie efektywności procesów produkcyjnych” — powiedział Pat Gelsinger, dyrektor generalny firmy Intel podczas globalnego webcastu „Intel Accelerated”. „Wykorzystujemy nasz niezrównany zestaw innowacji, aby zapewnić postęp technologiczny od tranzystora, aż do poziomu systemu. Dopóki układ okresowy pierwiastków się nie wyczerpie, będziemy nieugięci w dążeniu do zachowania prawa Moore’a i naszej drogi do innowacji dzięki magii krzemu”.
Branża półprzewodników od dawna zdaje sobie sprawę, że tradycyjne, oparte na nanometrach nazewnictwo węzłów procesów przestało odpowiadać rzeczywistej metryce długości bramki już w 1997 roku. Intel twierdzi więc, że oderwanie nazewnictwa od rzekomych nanometrów (mierzonych przez różne wytwórnie różnie, np. w różnych punktach finów tranzystora) jest pewnym urealnieniem całego systemu.
Inżynierowie z firmy Intel przedstawili następującą mapę drogową z nowymi nazwami procesów produkcyjnych oraz z innowacjami wprowadzanymi przez każdy z nich:
Intel 7 zapewnia około 10% do 15% wzrost wydajności na wat w porównaniu z Intel 10 nm SuperFin, dzięki optymalizacji tranzystorów FinFET. Intel 7 będzie dostępny w produktach takich jak układy Alder Lake (dostępne w sektorze PC już w 2021 roku) i Sapphire Rapids dla centrów danych, które mają trafić do produkcji w pierwszym kwartale 2022 roku.
Intel 4 w pełni obsługuje litografię EUV, aby drukować niewiarygodnie małe elementy przy użyciu światła o ultrakrótkiej długości fali. Przy około 20% wzroście wydajności na wat, wraz z poprawą powierzchni, Intel 4 będzie gotowy do produkcji w drugiej połowie 2022 r. dla produktów dostarczanych w 2023 r., w tym Meteor Lake dla rozwiązań klienckich oraz Granite Rapids dla centrów danych.
Intel 3 wykorzystuje dalszą optymalizację FinFET i ulepszone EUV, aby zapewnić około 18% wzrost wydajności na wat w porównaniu z Intel 4, wraz z dodatkowymi ulepszeniami powierzchni. Intel 3 będzie gotowy do rozpoczęcia produkcji w drugiej połowie 2023 roku. Po tym procesie Intel przechodzi w, jak sam to nazywa, epokę angstremów.
Ale czym jest w ogóle angstrem? Angstrem to jednostka długości równa 10⁻¹⁰ m. Czyli, w przeliczeniu na nanometry, 1 angstrem to 0,1 nm. Ta część zmiany nazewnictwa jest oczywista, bo zostało już bardzo niewiele pola dla nazewnictwa opartego, choćby nawet i pośrednio, na nanometrach. Dalsza część planów Intela odnosi się właśnie do pomiaru w angstremach:
Intel 20A wchodzi w epokę angstremów wraz z dwiema nowymi technologiami: RibbonFET i PowerVia. RibbonFET to przyszła implementacja tranzystora typu „gate-all-around” firmy Intel. Będzie pierwszą nową architekturą tranzystorową firmy, odkąd w 2011 r. powstał FinFET. Technologia ta zapewnia szybsze przełączanie tranzystorów przy większej liczby żeber tranzystora i mniejszej powierzchni, zachowując jednocześnie ten sam prąd zasilajacy. PowerVia to natomiast pierwsza w branży implementacja dostarczania zasilania od tyłu krzemu, optymalizująca transmisję sygnału przez eliminację potrzeby kierowania zasilania z przodu płytki. Oczekuje się, że Intel 20A pojawi się w 2024 roku.
2025 i dalej: Wychodząc dalej w przyszłość, na początek 2025 r. firma szykuje proces Intel 18A, z udoskonaleniami w technologii RibbonFET, które zapewnić mają kolejny skok wydajności tranzystorów.
Nowości w zakresie pakowania
Firma ogłosiła, że użyje w swoich procesorach Sapphire Rapids technologii pakowania EMIB, która wykorzystuje wbudowany mostek krzemowy w pakiecie do łączenia wielu matryc. To oznacza, że Sapphire Rapids będzie pierwszym produktem dla centrów danych z tą technologią pakowania układu. To jednak najmniej znacząca z informacji w tym zakresie. Znacznie większe zmiany przynoszą technologie Foveros Omni i Foveros Direct.
Technologia układania chipów Foveros 3D zadebiutowała w procesorach Lakefield, które należy traktować raczej jako pewnego rodzaju eksperyment i poligon doświadczalny dla przyszłych rozwiązań. Implementacja nowej generacji Foveros zadebiutuje w procesorach Intel Meteor Lake. Technologia ta ma zapewnić elastyczność produkcji dzięki wydajnej technologii układania warstw w stosy dla połączeń typu die-to-die i konstrukcji modułowych. Foveros Omni umożliwi dezagregację matryc, mieszanie wielu płytek górnych matryc z wieloma płytkami podstawowymi w zróżnicowanych procesach produkcyjnych. Oznacza to, że procesor może być trochę jak warstwowo układany tort, przy czym każda warstwa może być różna, także pod względem np. procesu produkcji. Różni się to od Foveros pierwszej generacji, ponieważ oddziela transmisję danych i zasilania, co pozwala na czystsze trasowanie sygnałów.
Foveros Direct to natomiast przejście na bezpośrednie łączenie miedzi z miedzią w przypadku interkonektów o niskiej rezystancji i zaciera granicę między miejscem, w którym kończy się wafel, a miejscem, w którym zaczyna się jego opakowanie. Intel już zastosował układ scalony SRAM z wiązaniem hybrydowym, a teraz firma stosuje tę technikę w swoim interkonekcie Foveros. Jednak Intel nie podał, kiedy ta technologia pojawi się na rynku. Oczekuje się, że będzie gotowe w 2023 roku, ale nie jest to pewne.
Co to wszystko oznacza w praktyce?
Ewidentnie zmiana CEO przysłużyła się Intelowi. Nie chodzi nawet o same projekty, te bowiem Intel z pewnością rozwija już od dawna. Chodzi o przedstawienie pewnej przekonującej wizji rozwoju. Czy Intel zdoła wrócić na szczyt, jako czołowy wytwórca układów scalonych? Mam wątpliwości. Czy zdoła dogonić technologicznie TSMC? Sądzę, że tak. Przede wszystkim nowe technologie z zakresu pakowania półprzewodników mogą popchnąć “niebieskich” poza peleton. Układy o zróżnicowanych rdzeniach wydają się być świetnym rozwiązaniem dla zróżnicowanych obciążeń obliczeniowych. Jak będzie w praktyce, będziemy mogli przekonać się już niedługo. Pierwszym elementem planu Intela jest bowiem Alder Lake.