Az Intel pár hete jelentette be, hogy 2021. július 26-án egy érdekes előadást tartanak, amelynek keretén belül főként a gyártástechnológiákkal kapcsolatos tervekről eshet majd szó. Ezt az előadást meg is tartották, az alábbiakból pedig kiderül, mi minden hangzott el.

Gyártástechnológia-átnevezésre kerül sor, ami hosszabb távon javíthatja a versenyképességet

Korábban már felmerültek pletykák azzal kapcsolatban, hogy az Intel a jövőben gyártástechnológia-átnevezéssel próbálja javítani versenyképességét, az Intel Accelerated előadás keretén belül azonban hivatalosan is megerősítést nyert, hogy valóban szerepel a tervek között az átnevezés.

Ennek köszönhetően a következő 10 nm-es node, amely eddig a 10 nm Enhanced SuperFin nevet viselte, és amely a 12. Intel Core generációt képviselő Alder Lake processzorok alapjául szolgál, és már tömegtermelésbe is állt, hamarosan az „Intel 7” nevet veszi fel. Ez egyfajta marketingnév, ami igazodik a félvezetőipari bérgyártók által használt marketingnevekhez, méghozzá egy igencsak átgondolt koncepció mentén. A későbbiekben az Intel már nem használja a gyártástechnológiák neveinél a „nm” jelölést, helyette egyszerű számok szerepelnek majd, amelyek azt mutatják meg, az adott gyártástechnológia a riválisok mely csíkszélességével van egy szinten, már ami a teljesítményt, a fogyasztást, illetve a tranzisztorsűrűséget illeti.

Az új nevezéktanra lényegében azért van szükség, mert az Intel Foundry Services keretén belül más vállalatok chipjeit is gyártani fogja az Intel, vagyis a TSMC és a Samsung közvetlen riválissá válik ezen a téren, így a gyártástechnológiák elnevezésében igazodnia kell az aktuális iparági gyakorlathoz, ami nem a tranzisztorok és egyéb komponensek konkrét méretét tükrözi.

Noha ez a gyakorlat alapvetően nem rossz, mégis érheti némi kritika a gyártót azért, hogy a 10 mn SuperFin gyártástechnológia továbbfejlesztett változataként érkező 10 nm Enhanced SuperFin lesz az első, amit átneveznek, hiszen szerencsésebb lett volna egy később érkező, „teljesen új” node-dal kezdeni az új gyakorlatot. A lépést persze a kényszer szülte, így akár kritizálják, akár nem, muszáj volt meglépni a távolabbi tervek biztosítása érdekében.

Hasonló átnevezésekre a következő témakörben, az útiterv részletezésekor is rábukkanhatunk: ezek mind-mind azt a célt szolgálják, hogy a vállalat gyártástechnológiáinak elnevezése jobban szemléltesse, hol helyezkedik el az adott node a riválisok megoldásaihoz képest.

Így néz ki a gyártástechnológia-útiterv 2021 és 2025 között

Az útiterven szereplő első gyártástechnológia a 10 nm SuperFin, amit a termékpaletta egyes termékei már most is használnak – ide tartoznak például a Tiger Lake sorozatú mobil processzorok. A következő a sorban a fentebb már tárgyalt 10 nm Enhanced SuperFin gyártástechnológia, ami az Alder Lake konzumer processzorok, illetve a Sapphire Rapids szerverprocesszorok alapját képezi majd.

A tervek szerint ez a gyártástechnológia innentől kezdve „Intel 7” néven szerepel majd mindenhol, de lényegében továbbra is ugyanazt tudja, amit a 10 nm Enhanced SuperFin esetében már hangoztattak: a 10 nm SuperFin-hez képest 10-15% közötti előrelépést hoz teljesítmény/watt arányban. A teljesítménynövekedés valószínűleg nem lesz 15% körüli mértékű, vagyis ugyanakkora fogyasztás mellett ennél kisebb gyorsulásra lehet számítani. Az „Intel 7” gyártástechnológiát az Alder Lake és a Sapphire Rapids szerverprocesszorok használhatják: előbbiek még idén, utóbbiak majd a következő év első negyedévében mutatkozhatnak be.

A következő a sorban a korábbi 7 nm-es EUV gyártástechnológia, amely innentől „Intel 4” néven köszön vissza. Ez a gyártástechnológia már 2022 második felében készen állhat termelésre, a köré épülő első termékek pedig valamikor a 2023-as év első felében jelenhetnek meg kereskedelmi forgalomban. Az „Intel 4” esetében 20%-os teljesítmény/watt növekedésre lehet számítani, valamint az EUV levilágítást is használni fogják nála.

Ezt a gyártástechnológiát egyebek mellett a klienspiacra szánt Meteor Lake processzorok használják majd, amelyek 2023 első felében jelennek meg, de a szerverpiacra szánt Granite Rapids központi egységek is ezzel készülnek majd, amelyek szintén 2023-ban érkeznek. Akkoriban a TSMC és a Samsung még az Intel előtt helyezkedik el gyártástechnológia-fejlettség terén, hiszen a TSMC éppen a 3 nm-es node-ot fogja használni, az Intel pedig igénybe veszi külsős gyártópartnerek segítségét, a kész chipek versenyképességét pedig saját tokozási technológiáival javíthatja.

Ezek után érkezik az „Intel 3” gyártástechnológia, ami korábban 7 nm+ jelöléssel szerepelt az útiterven: ez az „Intel 4” csíkszélességhez képest 18%-os javulást hozhat teljesítmény/watt arány tekintetében. Ez a gyártástechnológia ráadásul nagyon gyorsan érkezik majd, hiszen már a 2023-as év második felében elkészülhetnek a rá támaszkodó termékek. Ez a node az Intek szerint nagyobb előrelépést hoz, mint egy alapértelmezett node-váltás, legalábbis a korai modellek és a tesztchipek adatai erre engednek következtetni.

2024-ben egy rendkívül komoly lépésre kerül sor, ugyanis elindul az Angstrom-korszak, vagyis a korábbi „nm” jelölést felváltja az Angstrom (A) jelölés, ami jobban idomul a 2 nm-es, illetve az alatti csíkszélességekhez, hiszen egy Angstrom az csak 0,1 nm, ezáltal bővül a mozgástér a nevezéktan esetében. Az első gyártástechnológia, amely már az új mértékegységet használja, az Intel 20A lesz, ami azért is különleges, mert ez az első olyan gyártástechnológia az Intelnél, ami már GAA (Gate-all-Around) felépítésű RibonFET tranzisztorokat használ.

Jön az Angstrom-éra és a RibbonFET tranzisztorok

Az új tranzisztorok az Intel 20A gyártástechnológiájával jutnak szerephez. Ez a váltás igen nagy jelentőséggel bír, hiszen hasonlóra 2011-ben volt utoljára példa, amikor a korábbi dizájnt a FinFET-re cserélték. A RibbonFET tranzisztorokkal kapcsolatban egyelőre eléggé szűkszavúnak bizonyult a vállalat, de annyi azért kiderült, hogy a dizájn alapját négy darab egymásra rétegezett nanolapka adja, amelyeket egyenként veszi körül a kapuelektróda (gate). Ez a megoldás az Intel szerint sokkal gyorsabb tranzisztor-kapcsolást tesz lehetővé, mint a több szárnyból álló FinFET-eknél, és ehhez elegendő ugyanakkora vezérlőáram, a teljes tranzisztor összesített mérete viszont jóval kisebb.

Az Intel GAA tranzisztor technológiája kísértetiesen hasonlít arra, amit az IBM nemrégiben már bemutatott, és a hasonlóság nem is a véletlen műve, ugyanis az IDM 2.0 bejelentés kapcsán már kifejtette, együtt fog működni az IBM szakembergárdájával a következő generációs logikai és tokozási technológiák kifejlesztésében. Az IBM által bemutatott tranzisztorok jelenleg a világon a legkisebbek, és ez az állítás alighanem az Intel RibbonFET megoldásaira is igaz. Az apró méret miatt viszont elég nehéz őket összekötni, hogy működőképes dizájnt alkossanak, éppen ezért az Intel egy új, PowerVia technológiát fejlesztett ki.

A PowerVia lényege, hogy a tranzisztorok működéséhez szükséges áramot szállító vezetők közvetlen a tranzisztorokhoz vezetik az áramot, méghozzá a tranzisztorok hátoldalán keresztül. Ezzel a megoldással a tranzisztorokat lényegében két részre osztják: az áramellátás a hátoldalon keresztül történik, míg az adatátvitelt a szokásos oldalon valósítják meg.

A tápellátást és az adattovábbítást végző áramkörök szétválasztásával több előnyt is sikerül elérni: gyorsabbá válik a tranzisztorok kapcsolása, míg a másik oldalon a „jelvezetékek” sokkal sűrűbbre tervezhetőek, valamint utóbbi esetben az áramköri dizájn is egyszerűbbé válik, ami gyorsabb összeköttetést eredményez, méghozzá kisebb ellenállás és kapacitancia mellett. Noha ez a dizájn sok előnyt tartogat, azért hátrányai is lehetnek, ugyanis a tápellátó részleg szigetelésként is viselkedhet, ami a tranzisztorokon belül csapdába ejtheti a termelődő hőt, így azért néhány kihívás leküzdésére mindenképpen szükség lehet.

2025 folyamán egy új gyártástechnológia, az „Intel 18A” is felbukkan, amely különböző optimalizációkat hoz a RibbonFET tranzisztorok esetében. Ez a gyártástechnológia azért is fontos lesz, mert innentől kezdve indul meg a High NA EUV levilágítás használata, amihez új, ultra-pontos EUV gépek készülnek, amelyek a jelenleginél kisebb, akár 8 nm alatti mintákat is készíteni tudnak. Természetesen a régebbi gépek is használatban maradnak, ugyanis a többszörös-mintázást ők végzik majd, míg az egyszeres mintázást igénylő rétegekhez a High NA EUV masinákat használják.

Az Intel elsőként kaphat ilyen High NA EUV gépeket a holland ASML-től, így a jelek szerint 2025-ben átveheti a gyártó a vezetést csíkszélességek terén, nem fog tovább kullogni riválisai után. Ehhez persze a TSMC-nek és a Samsungnak is lesz néhány szava, azt teljesen biztosra vehetjük. Már csak annál is inkább, mert az Intel vezetése csak azt állította, elsőként kapnak ilyen gépet, azt már nem tették hozzá, hogy a tömegtermelés beindításában is elsők lesznek-e.

Fontos kiemelni, hogy az Intel a Foundry Services keretén belül a megrendelők számára is elérhetővé teszi majd az „Intel 3”, illetve ennél fejlettebb gyártástechnológiákat, így az „Intel 20A”, illetve az „Intel 18A” is elérhetővé válik számukra. Az egyik nagy megrendelő a Qualcomm lesz, aki már el is ismerte, hogy az „Intel 20A” gyártástechnológiáját egészen biztosan használni fogja különböző lapkáihoz.

Fejlődő tokozási technológiák

Az előadás kapcsán szóba került az EMIB technológia, ami egy beágyazott szilíciumhíddal dolgozik annak érdekében, hogy több lapkát is össze lehessen zsúfolni egy tokozáson belül. Ugyan egy ideje nyílt titok, hogy az Intel Sapphire Rapids szerverprocesszorok már ezt a technológiát használják majd, az Intel ezt most mégis megerősítette, így most már nincs helye találgatásoknak – az adatközpontokba szánt termékek szegmensében lényegében ez lesz az első olyan termékcsalád, amely EMIB alapokon nyugszik. Érdekesség, hogy EMIB fronton az is kiderült, hogy a következő generációs EMIB interconnect esetében az 55 mikronos érintkező-távolságot jelentősen, 45 mikronra csökkentik.

A következő a sorban a Foveros 3D chip tokozási technológia, ami elsőként az azóta már nyugdíjazott Lakefield hibrid mobil processzorok fedélzetén jutott szerephez. A Foveros 3D következő generációs változata az Intel Meteor Lake processzorainál bukkan majd fel, ahol az érintkezőtávolságot már 36 mikronra csökkentik majd. A Meteor Lake modellekkel kapcsolatban néhány bekezdéssel lejjebb egyéb érdekességekről is beszámolunk majd.

A tokozásokhoz kapcsolódik a Foveros Omni is, ami egy speciális, rézoszlopokat használó összekötő technológia. Itt a részoszlopok, amelyek a lapka szélein helyezkednek el, a tápellátásért felelnek, míg a lapka közepén TSV (Thorugh-Silicon-Vias) összekötőket alakítanak ki, amelyek már a chipek közötti adatáramlást biztosítják. Ez a megoldás nagyban különbözik az első generációs Foveros technológiától, hiszen ebben az esetben már elkülönül az adatátvitelért és a tápellátásért felelős részlet, ami tisztább átvitelt jelent mindkét részlet számára. Az új technológia jóvoltából az érintkezőtávolságot itt már 25 mikronra lehet csökkenteni, valamint különböző alaplapkák keverésére is van mód. Ezt a technológiát Intel ODI néven korábban már láthattuk.

Szóba került még a Foveros Direct technológia is, ami a lapkák egymáshoz rögzítését segíti, ám itt már nem hőkompressziós összeköttetésről, hanem réz-réz alapú kapcsolatról van szó, amellyel 10 nm-nél kisebb érintkezőtávolságok is elérhetőek, ami növeli az összekötőréteg sűrűségét, ezzel együtt csökkenti az ellenállást, egyszerűbbé teszi az összekötő-áramkör dizájnját, valamint ezzel egy időben a fogyasztás csökkentéséhez és az adatátviteli sávszélesség növeléséhez is jelentősen hozzájárul. A technológiát az Intel egy speciális SRAM chip keretén belül már kipróbálta, most Pedig a Foveros Interconnect technológiát is ütősebbé próbálja tenni általa, igaz, azt még nem közölték, hogy kézzel fogható termékekben mikor találkozhatunk vele.

Információmorzsák a Meteor Lake processzorokról

Ahhoz, hogy el tudjuk helyezni a Meteor Lake családot a térképen, érdemes megnézni, hol tartunk most. Jelenleg asztali fronton a 11. Core generáció, azaz a Rocket Lake képviseli a kínálat gerincét, de ez már nem tart sokáig, ugyanis hamarosan megjelenhet a 12. Core generáció, vagyis az Alder Lake, ami hibrid dizájnt alkalmazhat. Utóbbi azt jelenti, hogy maximum 8 darab teljesítményre hangolt Golden Cove, illetve maximum 8 darab energiahatékonyságra hangolt Gracemont processzormaggal gazdálkodhat egy-egy ilyen csúcsprocesszor. Az Alder Lake LGA 1700-as tokozást használ majd, amibe még egy sorozat, a 13. Core generáció, a Raptor Lake család tagjai is illeszkedni fognak.

Ezek után érkeznek majd a 14. Core generációt képviselő Meteor Lake processzorok, amelyek már az Intel 7 nm-es gyártástechnológiájával készülnek, amit „Intel 4” néven emlegethetünk a jövőben. Az új processzorok „csempés dizájnnal” rendelkeznek majd, vagyis a tokozáson belül több lapka is helyet foglalhat, szám szerint három. Az egyik a compute die lesz, ami a processzormagokat tömöríti, de készül még GPU die is, ami az iGPU-t tartalmazza, valamint egy SOC-LP lapkát is felfedezhetünk a sorban. A TDP keret ennél a fejlesztésnél 5 W-tól egészen 125 W-ig terjed majd, ami igazából nem túl nagy meglepetés. A 125 W-os végletet a Meteor Lake-S modellek, azok közül is a csúcsmodellek képviselhetik, amelyek között alighanem a Core i9-14900K is jelen lesz majd.

Az új processzorok esetében a processzormagokról nem, az iGPU-ról azonban említést tett a vállalat, így már tudható, hogy a leggyengébb verzió 96 EU-t tartalmaz, azaz pont annyit, mint a mai leggyorsabb Intel iGPU-k, ezzel szemben a csúcsváltozat már 192 EU-nál végződik, azaz igencsak nagy fejlődés megy végbe. Az még kérdéses, hogy az IPC hogyan alakul, de majd erre is választ kapunk.

A Meteor Lake processzorok várhatóan már egy teljesen új tokozást használnak majd, nem az LGA 1700-asat, mint az Alder Lake és a Raptor Lake generációk képviselői – az aktuális pletykák alapján az LGA 1800 érkezésére készülhetünk.

Szóba kerültek a szerverpiaci fejlesztések is

Fentebb már említést tettünk a Sapphire Rapids processzorokról, amelyeknél egy-egy tokozás több lapkát is rejt. Ennél a termékcsaládnál alapjában véve maximum négy darab 15 magos lapka állhat rendelkezésre, ami maximum 60 processzormagot eredményezhet, ám a korábban kiszivárgott információk alapján 56 magnál tetőzhet a kínálat, azaz négy magot mindenképpen letiltanak

A 2022 első negyedévében érkező Sapphire Rapids után a Granite Rapids következik, amely a 2023-ban érkező konzumerpiaci Meteor Lake processzorok után jelenik meg. A Granite Rapids esetében az aktuális információk alapján egy tokozás már csak két lapkát rejt, ám ezek a jelek szerint igen masszívak lesznek, ugyanis egyenként 60 processzormagot tartalmazhatnak, amennyiben minden négyzet egy processzormagot szimbolizál az ábrán. A kétlapkás processzorok így akár 120 maggal büszkélkedhetnek, ami már okozhatna némi fejfájást az AMD EPYC fejlesztőcsapatának – de ők sem ülnek tétlenül a babérjaikon.