Дорожная карта технологических процессов Intel до 2025 года: 7, 4, 3, 20A и 18A. Объяснения от Intel

• Краткий обзор дорожной карты Intel до 2025 года
• Intel 7: Где мы находимся сейчас (вроде как)
• Intel 4: ближайшее будущее
• Intel 3: удвоение Intel 4
• Intel 20A: паритет процессов
• Intel 18A: взгляд в будущее

Совсем недавно компания Intel представила свету свои процессоры для ноутбуков Meteor Lake, а также обновление Raptor Lake Refresh, и на фоне этого события она вновь заявила о своей приверженности "дорожной карте" технологических норм своих чипов, которую она впервые опубликовала в 2021 году. Компания намерена пройти пять узлов дорожной карты за четыре года, чего ранее не удавалось достичь ни одной другой компании. В заявлении Intel говорится, что она стремится достичь «лидерства в процессах» к 2025 году. Лидерство в процессах, по стандартам Intel, — это наивысшая производительность на единицу потребляемой мощности. Как же выглядит дорога к этому "Олимпу"?

Краткий обзор дорожной карты Intel до 2025 года

В приведенной выше дорожной карте Intel завершила переход на Intel 7 и Intel 4, а в ближайшие несколько лет появятся Intel 3, 20A и 18A. Для справки: Intel 7 — это то, что компания называет своим 10-нм техпроцессом, а Intel 4 она называет своим 7-нм техпроцессом. Откуда взялись эти названия? Ведь можно заподозрить, что они пытаются ввести нас в заблуждение. Дело в том, что у технологии Intel 7 плотность размещения транзисторов на пластине кремния очень похожа на таковую в 7-нм техпроцессе тайваньской фабрики TSMC, несмотря на то, что Intel 7 построена по 10-нм техпроцессу. То же самое касается и Intel 4: Сайт WikiChip фактически пришел к выводу, что Intel 4, скорее всего, будет немного плотнее, чем 5-нм техпроцесс TSMC N5.

С учетом вышесказанного, очень интересной становится ситуация с 20А и 18А. Говорят, что 20A (2-нм техпроцесс компании) станет точкой достижения Intel «технологического паритета». Он дебютирует в процессорах 15-го поколения Arrow Lake, в которых будут впервые использоваться новые транзисторы GAA (gate-all-around) RibbonFET и задействована технология обратной доставки питания к ним PowerVia. Последующая затем 18A будет 1,8-нанометровой, также с использованием как PowerVia, так и RibbonFET. Более подробно это показывает диаграмма ниже.

Во времена планарных МОП-транзисторов нанометровые измерения имели гораздо большее практическое значение, поскольку они были объективны, но переход на технологию 3D FinFET превратил их в простые маркетинговые термины.

Intel 7: Где мы находимся сейчас (вроде как)

Intel 7 — это то, что раньше называлось Intel 10nm Enhanced SuperFin (10 ESF), а позже компания переименовала его в Intel 7, что, по сути, было попыткой привести себя в соответствие с соглашениями об именах, принятыми в остальной части производственной отрасли. Хотя можно смело утверждать, что это попытка ввести в заблуждение, ведь нанометровые измерения в микросхемах на данный момент являются не более чем маркетингом, и так длится уже много лет.

Intel 7 — последний процесс Intel, в котором используется литография с применением глубокого ультрафиолета (DUV). Intel 7 использовался для производства процессоров Alder Lake, Raptor Lake и недавно анонсированного Raptor Lake Refresh, который появился вместе с Meteor Lake. Однако Meteor Lake производится уже на базе Intel 4.

Intel 4: ближайшее будущее

Intel 4 — это ближайшее будущее, если только вы не являетесь пользователем ноутбука, в этом случае это настоящее. Meteor Lake создан на базе Intel 4... в основном. Вычислительный узел новых процессоров Meteor Lake изготовлен на базе Intel 4, а графический — на TSMC N3. Эти два узла (вместе с модулем SoC и модулем ввода-вывода) интегрированы с использованием технологии упаковки Intel Foveros 3D. Этот процесс обычно называется дезагрегацией, а его эквивалент AMD называется чиплетом.

Однако основным изменением техпроцесса Intel 4 является то, что это первый производственный процесс Intel, в котором используется литография в экстремальном ультрафиолете (EUV). Это позволяет повысить производительность и масштабировать площадь для достижения максимальной энергоэффективности. По словам Intel, Intel 4 имеет вдвое большую площадь для библиотек высокопроизводительной логики по сравнению с Intel 7. Это 7-нм техпроцесс компании, который, опять же, примерно соответствует возможностям других производственных предприятий, называющих свои техпроцессы 5-нм и 4-нм.

Intel 3: удвоение Intel 4

Intel 3 является преемником Intel 4, но ожидается, что его производительность на ватт увеличится на 18% по сравнению с Intel 4. Он имеет более плотную высокопроизводительную библиотеку, но в настоящее время предназначен только для использования в центрах обработки данных с серверными процессорами Sierra Forest и Granite Rapids. На данный момент вы не увидите его ни в одном из процессоров потребительского сектора. Нам мало что известно об этом модуле, но, учитывая, что он в большей степени ориентирован на предприятия, обычным потребителям он вряд ли будет интересен.

Intel 20A: паритет процессов

Intel знает, что в производственных процессах она несколько отстает от остальной отрасли, и во второй половине 2024 года она планирует запустить в производство технологию Intel 20A для своих процессоров Arrow Lake. С ним также дебютируют технологии PowerVia и RibbonFET компании, где RibbonFET — это просто другое название (данное Intel) полевому транзистору с затвором или GAAFET. TSMC переходит на GAAFET в своем 2-нм техпроцессе N2, а Samsung переходит на них в своей 3-нм технологии 3GAE.

Особенность PowerVia заключается в том, что она обеспечивает подачу питания к транзисторам чипа снизу, со стороны подложки, и теперь силовые проводники будут располагаться на чипе отдельно от сигнальных, по разные стороны от слоя транзисторов, что позволит оптимизировать их топологию более рационально. При фронтальной подаче питания, которая сейчас является стандартом в отрасли, существует большой потенциал возникновения узких мест из-за скученности занимаемого пространства, а также потенциально возникают такие проблемы, как целостность питания и помехи сигнала. PowerVia разделяет сигнальные и силовые линии, что теоретически приводит к лучшей подаче электроэнергии.

Обратная подача энергии не является новой концепцией, но ее реализация в течение ряда лет представляла собой проблему. Если учесть, что транзисторы в PowerVia сейчас находятся в своего рода сэндвиче между линиями питания и сигнальными проводниками (а транзисторы — самая сложная часть микросхемы в производстве, поскольку они несут наибольшую вероятность возникновения дефектов), то вы вынуждены производить самую сложную часть микросхемы уже после того, как произвели другие ее части. Добавьте к этому тот факт, что в транзисторах генерируется большая часть тепла в ЦП, и теперь вам нужно будет охлаждать их либо через слой подачи питания, либо через слой передачи сигнала, и вы поймете, почему технология оказалась трудной в реализации.

Сообщается, что этот узел "дорожной карты" будет иметь 15%-е улучшение производительности на ватт по сравнению с Intel 3.

Intel 18A: взгляд в будущее

Intel 18A - это, безусловно, самый передовой техпроцесс, о котором говорит компания, и его производство планируется начать во второй половине 2024 года. Он будет использоваться для производства будущих потребительских процессоров Lake и будущих процессоров для центров обработки данных, с увеличением производительность на ватт, доходящим до 10%. На данный момент об этом не так много подробностей, это же касается RibbonFET и PowerVia.

Единственное, что изменилось с тех пор, как этот техпроцесс был впервые представлен, это то, что изначально предполагалось использовать УФ-литографию High-NA EUV, однако теперь это уже не так. Частично это связано с тем, что запуск технологии Intel 18A, изначально планировавшийся на 2025 год, был впоследствии перенесен на вторую половину 2024 года. ASML, голландская компания, производящая машины для ультрафиолетовой литографии, планирует в ходе пробных испытаний отгрузить свой первый High-NA-сканер (Twinscan EXE:5200) в раннем доступе уже в 2023 году. И хотя серийные машины мы увидим только в 2025 году, у Intel появляется возможность ускорить запуск нового техпроцесса. Кстати, для всего, что связано с EUV, компании вынуждены обращаться к ASML, так как альтернативы нет.

Теперь, когда вы понимаете какую "дорожную карту" Intel выбрала себе на ближайшие несколько лет, можно с полным правом сказать - она очень амбициозна. Сами Intel декларируют ее как «Пять узлов за четыре года», поскольку они знают, насколько это впечатляет. Хотя можно ожидать, что на этом пути могут возникнуть заминки, единственным изменением с тех пор, как Intel впервые представила этот план в 2021 году, стал перенос Intel 18A на еще более ранний срок. Вот и все. Все остальное осталось прежним.

Сохранит ли Intel свои прогрессивные инновации в будущем, неизвестно, но, если им удастся запустить свой самый продвинутый узел раньше, чем ожидалось, это будет хорошим предзнаменованием. Пока неясно, сможет ли Intel составить серьезную конкуренцию TSMC и Samsung в части продвинутых техпроцессов (особенно когда дело доходит до RibbonFET), но они, безусловно, полны решимости.