Intel včera uspořádal virtuální konferenci Accelerated, od které jsme čekali leccos. Od detailů o úspěšné 10nm výrobě, přes námluvy se zakázkovými partnery, až po nové informace o budoucích procesorech rodiny Alder Lake. Dostali jsme od všeho kousek, hlavní téma prezentace ale bylo jiné. Budoucnost výrobních procesů.
Největší pozornost vzbudilo jejich přejmenování. Firma aktuálně ladila čtvrtou generaci 10nm procesu označenou jako Enhanced SuperFin, na které měly vznikat budoucí procesory Alder Lake, serverové čipy Sapphire Rapids a highendové grafiky Xe HP. Přes noc se z 10nm Enhanced SuperFinu stal proces nazvaný Intel 7.
Od nanometrů k angstromům
Výrobce v označení nepoužívá nanometry, číslovka má být srovnatelná s tím, co nabízí konkurence, tj. dnes TSMC (N7FF) a Samsung (7LPP). Jméno výroby podle nanometrů už dnes totiž stejně nedává smysl, protože číslo nereprezentuje skutečnou velikost tranzistoru.
Co se z planárních tranzistorů staly 3D FinFETy, nůžky se začaly rozevírat. Intel byl dosud konzervativní. S jeho 10nm procesem lze na milimetr čtvereční nasázet 100 milionů tranzistorů. Samsung a TSMC na jejich 10nm litografiích zvládnou jen poloviční množství. Denzita Intelu odpovídá (nebo spíš lehce převyšuje) konkurenční 7nm technologii.
Hustota logických jednotek pochopitelně není jediný důležitý parametr. Srovnávat se dají maximální dosažitelné frekvence, výkon na watt atd. Z marketingového hlediska to ale vypadalo, že je Intel více pozadu, než ve skutečnosti je. Proto číslování „zrychlil“.
Aktuální roadmapa procesů Intelu
Z původní 7nm výroby určené pro klientské procesory Alder Lake a serverové Sapphire Rapids teď bude Intel 4 (evidentně si věří, že jde o lepší proces než konkurenční 5nm). Půjde o první proces Intelu plně využívající extrémní ultrafialovou litografii (EUV).
Následovat bude optimalizovaný Intel 3, který o 18 % zvýší výkon na watt. A po něm přijde Intel 2 Intel 20A. Áčko symbolizuje angstrom, čili jednotku délky odpovídající 100 pikometrům nebo 0,1 nanometru, 20A se tak má rovna konkurenční 2nm výrobě. Tohle bude skutečná revoluce, avšak zároveň velká překážka ve vývoji, resp. výrobě.
Intel u procesu využije nové technologie RibbonFET a PowerVia, o kterých se rozepíšeme níže. Na využití Intel 20A se už firma předběžně domluvila s Qualcommem, který by tento proces mohl využít u budoucích Snapdragonů. Po 20A pak dorazí ještě vylepšený Intel 18A.
Budoucí výrobní procesy Intelu
| Proces |
Starší název |
Start výroby |
Produkty |
Poznávací znamení |
| 10nm SuperFin |
10nm++ |
již běží |
Tiger Lake, SG1, DG1 |
první úspěšná 10nm výroba Intelu |
| Intel 7 |
10nm Enhanced SuperFin |
H2 2021 |
Alder Lake, Raptor Lake, Sapphire Rapids, Xe HP |
až o 15 % vyšší výkon na watt oproti 10nm SF |
| Intel 4 |
7nm |
H2 2022 |
Meteor Lake, Granite Rapids |
poprvé EUV, až o 20 % vyšší výkon na watt oproti Intelu 7 |
| Intel 3 |
7nm+ |
H2 2023 |
? |
lepší využití EUV, až o 18 % vyšší výkon na watt oproti Intelu 4 |
| Intel 20A |
5nm |
2024 |
? |
RibbonFET, PowerVia, využití High NA EUV (první mezi výrobci) |
| Intel 18A |
5nm+ |
H2 2025 |
? |
? |
Zcela nové tranzistory
Po více než deseti letech, kdy všichni hlavní výrobci čipů přešli na FinFET, nás čeká další revoluce tranzistorů. Jmenují se GAAFET (TSMC), MBCFET (Samsung) nebo RibbonFET (Intel). Samsung s nimi počítá u 3nm litografie pro rok 2023. TSMC je nasadí někdy ve stejné době až u 2nm procesu. Intel ji má v roadmapě pro rok 2024 u výroby 20A.
Zatímco u planárních tranzistorů se hradla dotýkala kanálů jen z jedné (vrchní strany), u FinFETů už zasahovala i do obou boků. Až u RibbonFETu (a jeho alternativy jiných výrobců) ale hradla obklopí kanály ze všech čtyř stran. FinFETy skládaly kanály vedle sebe horizontálně, RibbonFETy je budou vrstvit nad sebou. Takové tranzistory se mohou zmenšit, takže se efektivněji využije plocha křemíkového waferu.
Evoluce tranzistorů (zdroj: Samsung)
Proces 20A ale přinese i další významnou inovaci – PowerVia. Intel zruší zavedené pořádky, kdy vrstva tranzistorů byla v čipu dole, zatímco nad ní se navzájem proplétaly vodiče signálu a elektřiny. (V pouzdře se orientace přehodila, aby tranzistory byly nahoře a daly se lépe chladit.)
PowerVia datové a elektrické vodiče oddělí a tranzistory zůstanou uprostřed. Výhody? Spodní vrstvy s elektrickými vodiči nebudou tolik trpět na úniky napětí, což zvýší energetickou efektivitu. Vrchní vrstvy se signálovými vodiči se zase mohou zahustit, takže čipy by mohly běžet na vyšších frekvencích.
O nevýhodách Intelu nemluví, byť teoreticky hrozí, že citlivá vrstva tranzistorů bude z horní strany tepelně izolována, a tedy nepůjde tak dobře uchladit. Účinnost nové koncepce ale ukáže až praxe, Intel zatím technologii demonstroval jen na papíru.
Podle aktuálních plánů by procesory postavené na procesu 20A měly sjíždět z linek už za tři roky, takže teoreticky je uvidíme u Core 15. generace. Po dosavadních problémech s 10nm litografií se každopádně cíl uvádět každý rok nový (či výrazně přepracovaný) výrobní proces jeví jako velmi ambiciózní…