Intel 14nm işlem teknolojisi ipuçları, broadwell mikro mimarisi

Geçen haftaki Intel Geliştirici Forumu'nda, bir dizi Intel mühendisi Core M işlemcisi, genel Broadwell mikro mimarisi ve altında yatan 14nm süreci hakkında daha fazla teknik detay ortaya koydu.

Başmühendis ve CPU Şefi Mimar Srinivas Chennupaty, Broadwell'in Intel'in "onay / takma" temposunda (esas olarak 14nm'ye kadar küçülen bir işlem olduğu anlamına gelirken) "onay" olmasına rağmen, Broadwell mikro mimarisinin Haswell mimarisinden genişletildiğini açıkladı. Mevcut 22nm ürünlerde kullanılır. Sunumun çoğu tabletler, ikisi bir arada ikisi ve fansız ultrabookları hedef alan düşük güçlü Core M versiyonunda olmasına rağmen, bu mimarinin tabletlerden Xeon sunucularına kadar geniş bir ürün yelpazesini desteklemesi gerektiğini belirtti.

Genel olarak, tüm mimarinin daha iyi bir dinamik güç ve termal yönetim için tasarlandığını, çip Üzerine Sistem (SoC) boşta gücünün azaldığını ve daha geniş bir güç aralığında çalışmasını sağlayan artırılmış bir dinamik çalışma aralığının azaldığını söyledi. . Bu nedenle, sadece 4.5 watt'lık bir toplam güç oranına inen Core M versiyonunun, fansız sistemlerde çalışmasının nedeni budur.

Bunun bir kısmı, çeşitli güç durumlarına ayarlanabildiği gibi çekirdeğin içindeki gelişmiş güç yönetiminden kaynaklanmaktadır, böylece işlemciyi aşırı ısıtmadan gerektiğinde hala "turbo güçlendirme" elde edebilmekte ve gelişmiş bir tam entegre gerilime sahiptir. voltajı en yüksek talebi izleyen ve düşük güçte geliştirilmiş performans sağlayan bir şekilde değiştirmek için tasarlanmış olan regülatör (FIVR). Ayrı platform denetleyici hub'ı (PCH) veya yonga seti de dahil olmak üzere tüm çözümün daha iyi izlenmesini sağlar, böylece PCH sırayla bağlı özellikler için gücü kısabilir, bağlantıların SATA sürücüleri gibi şeyler için düşük güç durumlarına girmesine izin verir, PCI Express ve USB. Ve aktif cilt sıcaklığı yönetimine sahip olduğundan çip kendi sıcaklığını izleyebilir ve güç kullanımını buna göre ayarlayabilir.

Mikro mimarinin kendisi, daha büyük bir sıra dışı zamanlayıcı, gelişmiş adres tahmini ve vektör ve kayan nokta hesaplamasındaki gelişme gibi özelliklerden dolayı, aynı Hasır neslinden daha fazla performans elde edebilir.

Genel olarak, döngü başına tek iş parçacıklı talimatların bu nesilde sadece bir miktar artarken, tüm bunlar, son 7 yıldaki tek iş parçacıklı performansın aynı hızda% 50 arttığı anlamına geliyor.

Diğer değişiklikler arasında, kriptografi ve güvenlik için yeni talimatlar, daha iyi izleme ve önceki nesildeki işlemsel bellek uzantıları (TSX veya İşlemsel Senkronizasyon Uzantıları olarak da bilinir) ve Sanallaştırma komutlarında (VT-x) yapılan bazı iyileştirmeler bulunur.

Core M'ye eşlik eden PCH yonga seti PCH-LP olarak bilinir ve aslında 22nm prosesinde üretilir. Bu, boştayken yaklaşık% 25 daha az güç kullanmak ve aktif gücü yaklaşık% 20 azaltmak için tasarlanmıştır. Ayrıca, ses ve PCI Express depolama alanındaki geliştirmeleri içerir.

Genel olarak, değişikliklerin, geleneksel işlem ölçeklendirmeden beklediğinizden iki kat daha az azalma sağladığını, aynı zamanda saat başı tek iplik talimatlarının ve vektör performansının arttığını söyledi.

Baş Mühendisi ve Grafik Mimarı Aditya Sreenivas'a göre grafiklerde de benzer iyileştirmeler yapıldı. Burada yine amaç, daha düşük voltaj çalışması için optimize edilen daha iyi dinamik güç ve kaçak özellikleri gibi performans / watt geliştirmeleri oldu; ve dinamik gücü azaltmak için mikro mimari geliştirmeleri. Bunun 6 ve 10 watt'ta çalışmak üzere tasarlandığını, belki de yeni sürümlere işaret ettiğini belirtti.

Gerçek grafik mimarisinin kendisi önceki sürüme benziyor, ancak Core M uygulamasında kullanılan GT2 sürümü, her biri 8 AB'ye sahip üç "alt" olarak organize edilen 20'den 24 Yürütme Birimine yükseldi. (Başka bir konuşmada, bilgi işlem mimarisine odaklanan bir Intel mühendisi, gelecek sürümleri öneren 12 ve 48 AB’li grafiklerin örneklerini verdi.)

Önemli bir fark, bu sürümün Direct X 11.2'yi ve DX12 hazır olması ve Open GL 4.3 ve Open CL 2.0'ı desteklemesidir. Bu, hemen hemen tüm oyunların ve uygulamaların, burada ayrı bir grafik yongasında gördüğünüz aynı hızda olmasa da, buradaki grafiklerle çalışması gerektiği anlamına gelmelidir. Ancak bu değişiklikler, bazı durumlarda, önceki Haswell-Y serisine kıyasla, grafik performansında% 40'lık bir iyileşme sağlayabilir.

Bir diğer büyük değişiklik ise OpenCL altında Paylaşılan Sanal Bellek (SVM) desteği sağlamaktır, bu da hem CPU hem de GPU bileşenlerinin hesaplama için kullanılmasına izin vermektedir. Bu, AMD ve diğerleri tarafından itilen Heterojen Sistem Mimarisi (HSA) ile aynı kavram olarak görünmektedir.

Intel Fellow ve Baş Medya Mimarı Hong Jiang'a göre, yeni mimaride medya işlevlerinde bazı gelişmeler var. Chip'in Intel Quick Sync video ve video kodlama gibi şeylerin önceki sürümden daha "2x daha hızlı" olmasını ve daha iyi kalitede olmasını sağladığını söyledi. Ek olarak, video için VP8 kod çözmenin yanı sıra AVC, VC-1, MPEG2 ve MVC'yi de destekliyor; JPEG ve Hareket Video konferans ve dijital fotoğrafçılık için JPEG kod çözme; ve GPU ile hızlandırılmış HEVC kod çözme ve 4K 30fps'ye kadar kodlama. 4K video izlemeye ek olarak, bu değişiklikler% 25 daha uzun Full HD video oynatmaya izin vermelidir.

14nm Proses Teknolojisi

Intel daha önce 14nm işlem teknolojisi hakkında çok fazla bilgi vermesine rağmen, Intel Kıdemli Üyesi, Mantık Teknolojisi Geliştirme Mark Bohr yeni süreçte yürüdü ve daha fazla bilgi paylaştı.

“En azından Intel için, Moore Yasası devam ediyor” dedi. Intel'in yıllarca her nesil için 0.7x'lik bir transistör ölçeğinin ortaladığını gösteren bir slayt gösterdiğini söyledi. (Her iki boyutta da ölçeklenirse, önceki nesle göre% 50 kadar olan yeni bir transistör elde edersiniz, ki bu Moore Yasasının teknik olarak öngördüğü şeydir.)

22nm girişini takiben Intel'in ikinci nesil olan "Tri-Gate" transistörlerinde nasıl olduğunu anlattı (Intel, kanalın bir yüzgeç gibi yükseltildiği transistörleri ve kontrol ünitesini kapatmak için "Tri-Gate" terimini kullanıyor). endüstrinin çoğunun "FinFET" transistörleri olarak adlandırdığı bir yapı olan üç tarafın etrafına sarılır). Kanatlar arasındaki mesafenin yeni işleme geçişte 60nm'den 42nm'ye düştüğünü; Kanatçıkların yüksekliği 34nm'den 42nm'ye yükselmiştir. (Yukarıdaki slaytta "yüksek-k dielektrik" sarı renktedir; Intel 45nm düğümünden beri kullanmakta olduğu yüksek k / metal-kapılı tasarım kullanan mavi metal kaplı elektrot.)

14nm kuşağında, en küçük kritik boyutun yaklaşık 8 nm olan bir Tri-gate fin'in genişliği olduğunu, diğer kritik boyutların ise 10nm ile 42nm arasında değiştiğini söyledi (fin yüzgecinin merkezi ile merkez arasındaki mesafe için) sonraki fin perde). Transistörlerin çoğu zaman çoklu yüzgeçlerle yapıldığını ve transistör başına yüzgeç sayısının azaltılmasının, yoğunluğun ve düşük kapasitansın arttığını sağladığını belirtti.

Bu nesilde, kanatçık perdesinin 0, 7x (60 ila 42nm), kapı aralığının 87x (90 ila 70 nm) ve ara bağlantı aralığının 0, 65x (80 ila 52nm) azaldığını söyledi. Tarihsel ortalama 7.7 ortalama civarında. Ona bakmanın bir başka yolu, kapı perdesi ve metal perdesi çarpmak olduğunu ve orada Intel'in normalden daha iyi olduğunu söylediği mantıksal alan ölçeklendirmesi için 0.53 olduğunu söyledi. (Bir yana, Bohr'un slaytlarının Çekirdek M işlemcisini, 1, 9 milyar transistörle 82 mm2 kalıp boyutunda göstermesi de ilgimi çekmişti, resmi şemada 1.3 milyar ile karşılaştırıldığında; Intel PR hatayı kabul etti ve 1.3 milyar Doğru rakam.)

Transistör başına maliyete bakıldığında, Bohr üretilen silikon gofret başına maliyetin ilave maskeleme adımları nedeniyle artacağını kabul etti - bazı katmanlar şimdi çift ve hatta üçlü modelleme gerektiriyor. Ancak, 14nm düğümü normal alan ölçeklendirmeden daha iyi bir başarı elde ettiğinden, transistör azaltma başına normal maliyeti koruduğunu söyledi.

Gerçekten de, Intel’in bu tür indirimlerin geleceğe devam etmesini beklediğini gösteren grafikler gösterdi. Ayrıca, değişikliklerin daha düşük sızıntı ve daha yüksek performansla sonuçlandığını ve böylece vat başına daha iyi performansa yol açtığını ve bunun nesil başına 1.6X'te arttığını iddia ettiğini de sürdürdü.

Haswell-Y’den Core M’ye geçerken, Intel’in daha önce çip boyutunun özellikten bağımsız olması durumunda 0, 51 kat daha büyük bir kalıba sahip olduğunu; Core M tasarımında tasarlanan ek özelliklerle, 0.63x kalıp ölçeğine ulaştı.

Bohr, 14 nm’nin şu anda Oregon ve Arizona’da hacim üretimi yaptığını ve gelecek yılın başlarında İrlanda’da başlayacağını söyledi. Ayrıca Intel’in iki transistör sürümüne sahip olmasına rağmen - yüksek voltaj ve çok düşük kaçak olanlar - şimdi farklı transistörler, ara bağlantı yığınları, vb.

Bunun büyük bir kısmı Intel'in diğer şirketler için cips yaptığı dökümhane alanına girmesinin bir parçası gibi görünüyor. Nitekim, döküm işinin genel müdürü Sunit Rikhi, Bohr’i tanıttı ve daha sonra Intel’in sunduğu tüm seçenekleri gösteren kendi konuşmasını yaptı. (Intel ileri teknolojiye sahip olsa da, TSMC ve Samsung gibi rakiplerin sahip olduğu düşük güçte yonga yapma deneyimine sahip değil. Bu nedenle 14nm üretimdeki liderliğini vurguluyor.)

Sırada 10nm geliyor, Bohr bunun “tam gelişim aşamasında” olduğunu ve “günlük işinin” 7nm süreci üzerinde çalıştığını söylüyor.

Geliştirilmiş ölçeklendirme ve işlem akışı sadeleştirme potansiyeli için EUV'ye (aşırı ultraviyole litografi) çok ilgi duyduğunu, ancak güvenilirlik ve üretilebilirlik açısından hazır olmadığını söyledi. Ne isterse, ne de 14nm ne de 10nm düğümün bu teknolojiyi kullanmadığını söyledi. Intel’in 7nm boyunca "bahis yapmadığını" ve EUV’de daha iyi ve kolay olacağını söylese de o düğümde cips üretemeyeceğini söyledi.

Bohr, şu anda tüm endüstrinin kullandığı 300mm standardından 450 mm gofrete geçişin transistör başına maliyeti düşürmeye yardımcı olacağını söyledi. Ancak, tam bir araç seti ve tamamen yeni bir ürün geliştirmenin çok pahalıya mal olacağını ve bunların hepsini yapmak için işbirliği yapan birkaç büyük şirkete bağlı olacağını söyledi. Sektörün bunun için doğru zamanda tam olarak karar vermediğini söyledi, bu yüzden birkaç yıl uzakta.

Genel olarak, ölçeklemenin sonunu henüz görmediğini ve Intel araştırmacılarının transistörlerde, kalıplamada, bağlantıda ve bellekte farklı çözümlere baktığını belirtti. Son zamanlarda III-V cihazları (farklı yarı iletken malzemeler kullanarak) ve T-FET'ler (tünel alan etkili transistörleri) gibi şeyler üzerine ilginç teknik makaleler olduğunu ve “her zaman ilginç bir şey” olduğunu söyledi.