Intel'in 10nm süreci: Talaş ölçeklemeden daha fazlası

Dünkü bir dizi sunumda, Intel ileri işlemcileri yapmak için yaklaşmakta olan 10nm süreci hakkında daha fazla ayrıntı verdi, düşük güç ve düşük maliyetli cihazlar için tasarlanan 22nm'lik yeni bir FinFET işlemini açıkladı, çip düğümlerini karşılaştırmak için yeni bir metrik önerdi ve genellikle "Moore Yasası'nın canlı ve iyi olduğu" fikri. Benim için en çok göze çarpan şey, işlemcilerin olmaya devam etmesine rağmen daha yoğun Yeni işlem düğümlerinin zorluğu ve maliyeti, talaşların gelecekte nasıl tasarlanacağını tamamen yeniden düşünmeye zorlayacaktır.

Mark Bohr, Intel Kıdemli adam ve süreç mimarisi ve entegrasyonu direktörü, Intel'in olağan yarıiletken endüstrisinde proses teknolojisine nasıl öncülük ettiği hakkında her zaman bilgi verdi. Intel'in 10nm ürünleri yıl sonuna kadar çıkmadan önce, 10nm süreçleri olarak adlandırdıkları şeyin ortasında olmalarına rağmen, Intel’in rakiplerine karşı üç yıllık bir liderliği sürdürmeye devam ettiğini söyledi. Bohr, Intel’in 15 yıl boyunca gergin silikon, high-k metal geçit ve FinFET transistörlerini (Intel'in başlangıçta Tri-Gate olarak adlandırdığı, yine de endüstri standardı ismini kullanmaya başlamış olmasına rağmen) dahil olmak üzere endüstrideki temel gelişmelerin çoğunu tanıttığını söyledi .

Bohr, tüm üreticiler tarafından kullanılan düğüm numaralarının artık anlamlı olmadığını ve bunun yerine, hücre alanına bölünmüş transistör sayımını temel alan yeni bir ölçüm için çağrıldığını, NAND hücrelerinin ölçümün yüzde 60'ını ve Tarama Flip-Flop'unu aradığını söyledi. Yüzde 40'ı saran mantık hücreleri (açık olması gerekirse, NAND flash bellek hücrelerine değil, daha ziyade NAND veya "negatif-VE" mantık kapılarına atıfta bulunuyor). Bu, size milimetre kare başına transistörlerde bir ölçüm verir ve Bohr Intel'in 14nm'de 3.3 milyon transistör / mm2'den 45nm'de 37.5 milyon transistör / mm2'ye ve 100 milyondan fazla transistöre kadar değişen bir ölçekte geliştirmelerini yansıtan bir grafik gösterdi. 10 mm'de / mm2.

Geçtiğimiz birkaç yıl içerisinde Intel, ölçüm olarak mantık hücre yüksekliğini kapı adım katları kullanıyor, ancak Bohr, bunun Intel’in yaptığı tüm gelişmeleri artık yakalamadığını söyledi. Tedbirin göreceli olarak iyi bir yöntem olarak kaldığını söyledi. karşılaştırma, ama zor bir numara vermedi.

Bohr, düğümler arasındaki zamanın uzamasına rağmen - Intel'in iki yılda bir yeni düğümler artık sunamadığını - şirketin Intel dediği normal alan ölçeklemesinden daha iyi bir şekilde başarabileceğini söyledi. hiper ölçeklendirme "Hem 14nm hem de 10nm'de Intel'in önceki düğümdeki mantık alanını yüzde 37 daha büyük hale getirdiğini gösteren bir grafik gösterdi.

Bohr, bir işlemcinin diğer bölümlerinin (özellikle statik rastgele erişimli bellek ve giriş-çıkış devresi), mantık transistörleri ile aynı oranda küçülmediğini belirtti. Hepsini bir araya getirerek, ölçeklendirmedeki gelişmelerin, Intel’in 45nm’de 100 mm2’ye ihtiyaç duyabilecek bir çipi almasına ve 10nm’de sadece 7.6 mm2’de eşdeğer bir yonga yapmasına izin vereceğini söyledi. (Tabii ki, gerçek dünyada, sonraki her nesil yonga daha fazla özellik ekler.)

Intel'in üretim, operasyonlar ve satışlardan sorumlu başkan yardımcısı Stacy Smith, sonuç olarak, düğümler arasında daha uzun sürmesine rağmen, ilave ölçeklemenin önceki iki yılın aynı yılki iyileştirmelere yol açtığını söyledi. kadans zamanla sağlanır.

Ruth Beyin, bir Intel adam ve interconnect teknolojisi ve entegrasyonu müdürü, 2014 yılında üretime başlayan şirketin mevcut 14nm teknolojisinden bahsetti ve yoğunluğunun, diğerlerinin bu yıl piyasaya sürdüğü 10nm ürünlere benzer olduğunu söyledi.

Bu sürecin nasıl ortaya çıktığını açıkladı " hiper ölçeklendirme "Kısmen, 80nm'den daha ince özellikler oluşturmak için daha verimli bir çok-modelleme tekniği kullanarak, şu anki 193nm daldırma tarayıcılarının tek geçişte yaratabileceği satırlar yaratıyor. Intel, " kendinden hizalanmış çift desenleme adı verilen bir teknoloji kullanarak "(SADP), diğer üreticilerin kullandığı Litho-Etch-Litho-Etch yönteminden ziyade, daha iyi verim ve performansa yol açan daha doğru ve tutarlı sonuçlar alabilir.

Genel olarak, Beyin kullanımı dedi hiper ölçeklendirme Geleneksel ölçeklendirmenin izin verdiğinden 1, 4 kat daha fazla birim elde edilmesine neden olur ve bu, kabaca, endüstrinin 300 mm'den 450 mm'ye kadar silikon gofretlere (yaygın olarak kullanılan bir anahtar) geçmesiyle, Intel’in elde ettiği tasarrufların eşdeğeri olmasını sağlar. tartışılan ama şimdilik terk edilmiş gibi görünüyor).

Kurumsal başkan yardımcısı ve mantık teknolojisi geliştirme müdür yardımcısı Kaizad Mistry, hiper ölçeklendirme teknikler 10nm'de kullanılıyor ve diğer 10nm teknolojilerinin "tam bir jenerasyonu" olarak nitelendirdiği şirketin 10nm süreci hakkında daha fazla ayrıntı verdi. Genel olarak, 10nm düğümün aynı güçte performansta yüzde 25'lik bir iyileşme ya da 14nm düğümüne kıyasla aynı performansta güçte neredeyse yüzde 50 azalma sağlayacağını söyledi.

Mistry, Intel'in işlemini, 54nm'lik bir geçit perdesi ve 272nm'lik bir hücre yüksekliği, 34nm'lik bir fin perdesi ve minimum 36nm'lik bir metal perdesi olarak tanımladı. Esasen, bunun yüzde 25 daha uzun ve yüzde 25 daha 14nm'den daha fazla aralıklı bir yüzgeçiniz olduğunu söyledi. Kısmen, bunun, 14nm çoklu modelleme için geliştirilen bir işlem alarak Intel'in daha küçük özelliklere olanak tanıyarak, daha da genişleterek "kendinden hizalanmış dörtlü modelleme" kullanarak yapıldığını söyledi. (Ancak bunun geçit perdesinin önceki nesillerde olduğu kadar hızlı ölçeklenmediğini gösterdiğine dikkat edin.)

İki yeni hiper ölçeklendirme gelişmelerin de yardımcı olduğunu söyledi. Bunlardan ilki "üzerinden temas aktif kapı, "bu, bir kapının geçtiği konumun yüzgeç Bir transistör oluşturmak için şimdi doğrudan altına doğrudan üstüne. Bunun, perde ölçeklemenin üzerinde yüzde 10'luk bir ölçekleme alanı verdiğini söyledi. Mistry’nin daha önce FinFET transistörleriyle kullanıldığını ancak kullanılmadığını söyleyen ikinci tekniğe "tek sahte giriş" deniyor. 14nm neslinde, Intel'in transistörlerinin her bir mantık hücresinin kenarında tam "sahte kapılar" bulunduğunu söyledi; Ancak saat 10'da, Mistry her kenarda sadece yarım bir boş kapı olduğunu söyledi. Bu da yüzde 20 etkili bir alan ölçeklendirme faydası sağlıyor.

Birlikte, Mistry, bu tekniklerin transistör yoğunluğunda 2.7x bir iyileşme sağladığını ve şirketin milimetre kare başına 100 milyondan fazla transistör üretmesini sağladığını söyledi.

Mistry, 14nm'de olduğu gibi, işlem düğümleri arasındaki zamanın uzamasının, şirketin her bir düğümü bir yıl boyunca biraz arttırmasına olanak sağladığını da açıkça ortaya koydu. Genel terimlerle açıklanan Mistry, daha yüksek performansa sahip 10nm üretimin iki ek düğümünü planlıyor. (İlginç buldum - ve biraz endişe verici - bu çizelgeler 14nm düğümlerden daha az güç gerektiren 10nm düğümleri açıkça gösterseler de, ilk 10nm düğümlerinin son 14nm'ler kadar performans sunmayacağını öne sürüyorlar.)

10nm ++ sürecinin, orijinal 10nm işlemine kıyasla aynı güçte yüzde 15 daha iyi performans ya da aynı performansta yüzde 30 güç tasarrufu sağlayacağını söyledi.

Daha sonra, müşteri ve IoT işletmeleri ve sistemleri mimarisi grubunun başkanı Murthy Renduchintala daha açıktı ve temel ürünlerin her yıl "yıllık ürün kadansında" yüzde 15'ten daha iyi bir performans artışı hedeflediğini belirtti.

Bohr, düşük kaçak FinFET'ler kullanarak 22nm işleme anlamına gelen 22 FFL adlı yeni bir işlemi tanımlamak için geri döndü. Bu sürecin, geleneksel düzlemle karşılaştırıldığında güç sızıntısında 100 kat azalmaya izin verdiğini söyledi. teknoloji, ve olurdu daha yüksek diğer 22nm işlemlerinden daha yüksek yoğunluklu ve yüksek performanslı FinFET olasılıkları. Burada ilginç olan, bir yonga tasarımının tek bir yongada iki farklı transistör kullanabilmesidir; Her zaman her zaman bağlı devreler için uygulama işleme ve düşük kaçaklı transistörler gibi şeyler için yüksek performanslı transistörler.

Bu, Global Foundries'in 22nm FDX (yalıtıcı silikon) işlemi gibi diğer 22nm işlemlerle rekabet etmek üzere tasarlanabilir. Buradaki fikir, 22 nm'ye giderek, daha sıkı düğümlerin ihtiyaç duyduğu çifte kalıplama ve ek masraftan kaçınabileceğiniz, ancak yine de iyi bir performans elde edebileceğiniz gibi görünüyor.

Renduchintala, hem işlemci hem de üretici tasarlayan bir şirket olarak, entegre bir cihaz üreticisi (IDM) olarak, Intel'in “işlem teknolojisi ile ürün geliştirme arasındaki birleşme” avantajına sahip olduğunu söyledi. Şirket, tasarımının her bir bölümüne uyan transistörlerin toplanması dahil olmak üzere çoklu IP ve proses teknikleri arasından seçim yapabileceğini söyledi.

En ilginç bulduğum, işlemci tasarımının geleneksel bir yekpare çekirdekten “karıştır ve eşleştir” tasarımına nasıl geçtiğini tartışmasıydı. Heterojen çekirdekler fikri yeni bir şey değildir, ancak birbirine bağlı farklı işlemleri kullanarak kalıplar üzerine kurulu bir işlemcinin farklı parçalarına sahip olabilme fikri büyük bir değişiklik olabilir.

Bunu mümkün kılmak, Intel'in en yeni Stratix 10 FPGA teknolojilerini kullanmaya başladığı ve gelecekteki Xeon sunucu ürünlerinde en son yatırımcı gününde kullanılmasını tartıştığı gömülü çoklu bağlantı köprüsüdür (EMIB).

Renduchintala, bir işlemcinin, en fazla ve en yoğun işlemlerde üretilen IO bileşenleri ve iletişim gibi şeyler ile artan yoğunluktan pek fayda sağlamayan CPU ve GPU çekirdeklerine sahip olabileceği bir dünyayı tanımladı. üzerinde daha önceki bir süreç ve hatta eski düğümlerdeki diğer şeyler. Bu kalıpların tümü, geleneksel çoklu talaş paketlerinden daha hızlı bağlantıya izin veren, ancak bir silikon aracı kullanmaya kıyasla daha düşük maliyetli olan bu EMIB köprüsü kullanılarak bağlanır.

Bütün bunlar geçerse, yeni işlemcilerin tüm çerçevesi değişebilir. Her iki yılda bir tamamen yeni bir işlemle yapılmış yeni bir işlemci almaktan, doğru yola çıkmış olabiliriz. bir dünya Bu, çipin yalnızca bazı kısımlarında proses teknolojisinin çok daha kademeli olarak değişmesini içerir. Bu, çipin kendisine daha fazla GÇ'yi entegre etmekten çok daha fazla şey ekleme olasılığını da açar. bileşenleri, farklı türden hafızaya. Uzun vadede bu, talaşların (ve güç veren sistemlerin) çalışma şeklindeki büyük değişikliklerin işareti olabilir.

Michael J. Miller, özel bir yatırım firması olan Ziff Brothers Investments'te bilgi yöneticisidir. 1991-2005 yılları arasında PC Magazine’in genel yayın yönetmeni olan Miller, PCMag.com’un PC ile ilgili ürünler hakkındaki düşüncelerini paylaşması için bu blogu yazar . Bu blogda yatırım tavsiyesi sunulmuyor. Tüm görevler reddedilir. Miller, herhangi bir zamanda, ürünleri bu blogda tartışılan şirketlere yatırım yapabilecek özel bir yatırım şirketi için ayrı ayrı çalışır ve menkul kıymet işlemleri hakkında açıklama yapılmaz.