На конференции IEDM корпорация Intel поделилась своей дорожной картой технологических процессов и своим видением конструкций микросхем, которые будут доступны в ближайшие три-четыре года. Как и ожидалось, производственные процессы Intel следующего поколения — Intel 4 и Intel 3 — должны быть использованы для крупносерийного производства (HVM) в 2023 и 2024 годах соответственно. Кроме того, производственные узлы 20A и 18A компании будут готовы для HVM в 2024 году, а это означает, что 18A будет доступен с опережением графика, как показывает слайд, опубликованный IEEE Spectrum.
Intel 4 уже готов, Intel 3 появится во втором полугодии 2023 года
В следующем году Intel выпустит процессор Core 14-го поколения под кодовым названием Meteor Lake CPU. Это будет первый клиентский процессор для массового рынка с многочиплетной (или многоячеистой) конструкцией, в которой каждый чиплет будет изготовлен с использованием другой технологии обработки. Продукты Intel Meteor Lake будут состоять из четырех частей: вычислительный блок (ядра ЦП), изготовленный с использованием технологического процесса Intel 4 (он же 7-нм EUV), графический, созданный TSMC, предположительно с использованием своего узла N3 или N5, SoC и I/ О. Кроме того, блоки будут соединены между собой с помощью технологии Intel Foveros 3D.
Вычислительный блок Meteor Lake, пожалуй, самая захватывающая часть чипа, поскольку она будет производиться на Intel 4 (ранее известном как 7-нм), первом производственном узле компании, который будет использовать литографию в экстремальном ультрафиолете (EUV). По данным Intel, этот производственный процесс готов к массовому производству, хотя он будет развернут для HVM вычислительного чиплета Meteor Lake только через несколько месяцев. Что немного неожиданно, так это то, что Intel не подтверждает, что этот технологический процесс используется для изготовления GPU Ponte Vecchio Xe-HPC, что стало известно еще два года назад.
Intel начнет использовать EUV почти через четыре года после того, как TSMC начала производить чипы на своем узле N7+ во втором квартале 2019 года. Intel необходимо убедиться, что ее узел 4-нм класса соответствует ожиданиям и обеспечивает хорошую производительность. Он будет первым узлом, появившимся после довольно неудачного семейства 10-нм процессов компании, которые не работали должным образом в начале своего выпуска и стоимость которых была выше, чем компания надеялась несколько лет назад.
Поскольку Intel должна догнать своих конкурентов Samsung Foundry и TSMC, к ее техпроцессу Intel 4 уже присоединится производственный узел Intel 3 (класс 3 нм) в 2023–2024 годах. Этот процесс будет готов к производству во второй половине 2023 года, на основе данных, предоставленных Intel. Он будет использоваться для производства процессоров Intel под кодовым названием Granite Rapids и Sierra Forest, которые являются высококлассными продуктами компании. Ожидается, что Sierra Forest станет первым процессором компании для центров обработки данных, использующим энергоэффективные ядра, и будет конкурировать с различными предложениями на базе Arm с большим количеством ядер.
Intel уже работает над образцами Xeon «Granite Rapids», поэтому похоже, что дизайн ЦП готов, а сам узел находится на пути к HVM 2024.
«Первая стадия Granite Rapids вышла из-под контроля, она приносит хорошие результаты, а Intel 3 продолжает развиваться в соответствии с графиком», — написал Пэт Гелсингер, исполнительный директор Intel, на последнем отчете о прибылях и убытках. Emerald Rapids демонстрирует хороший прогресс и находится на пути к 2023 году, Granite Rapids очень устойчива к работе с несколькими ОС во многих конфигурациях, а Sierra Forest, наш первый продукт с энергоэффективным процессором, обеспечивающий производительность мирового класса на ватт, твердо на пути к 2024 году».
Intel 18A переносится на вторую половину 2025 года
Догонять TSMC и Samsung важно, но, чтобы вернуть лидерство в техпроцессе, Intel придется обойти обоих соперников. Это должно произойти где-то в 2024 году, когда компания представит свой узел на 20А (20 ангстрем или 2 нм), в котором будут использоваться транзисторы RibbonFET с универсальным затвором, а также подача питания на задней стороне под названием PowerVia. Intel ожидает, что ее узел 20A будет готов к производству в первой половине 2024 года. Он будет использоваться, среди прочего, для производства микросхем для процессоров компании под кодовым названием Arrow Lake для клиентских ПК в 2024 году.
Intel 20A станет первым в отрасли узлом класса 2 нм, и он также будет широко использовать EUV для увеличения плотности транзисторов, обеспечения приличного повышения производительности и снижения энергопотребления. В 2024 году он должен составить конкуренцию технологическим процессам третьего поколения TSMC класса 3 нм (N3S, N3P), предназначенным для повышения плотности транзисторов и повышения производительности. Остается увидеть, как эти три узла сочетаются друг с другом. Тем не менее Intel устанавливает очень высокую планку для своего 20A процесса, поскольку одновременно представляет две основные инновации (GAA, BPD).
И все же, 20А — не самый передовой техпроцесс, который Intel планирует начать использовать к концу 2025 года. Компания также готовит свой производственный узел 18А (18 ангстрем, 1,8 нм), который обещает еще больше увеличить PPA (производительность, мощность, площадь) преимущества для Intel и клиентов Intel Foundry Services.
Для 18A Intel изначально планировала использовать инструменты EUV с оптикой с числовой апертурой (NA) 0,55, которая обеспечивает разрешение 8 нм (по сравнению с 13 нм в случае используемых в настоящее время инструментов EUV с числовой апертурой 0,33). Но производство ASML оборудования EUV с высокой числовой апертурой будет готово только в 2025 году, в то время как Intel планирует подготовить свой 18A к производству во второй половине 2025 года, опередив своих конкурентов.
Поскольку можно достичь 8-нм разрешения для пост-3-нм узлов с мультипаттерном с использованием инструментов EUV текущего поколения (хотя это удлинит производственные циклы и потенциально может повлиять на выход), Intel готова пойти на некоторые дополнительные риски с 18A и использовать Twinscan NXE:3600D или NXE:3800E от ASML для изготовления чипов на этом узле, поскольку они считают, что это принесет ей неоспоримое лидерство на рынке.
«На Intel 20A и Intel 18A, первых узлах, которые выиграли от RibbonFet и PowerVia, наши первые внутренние тестовые чипы и чипы крупного потенциального литейного клиента были изготовлены с помощью кремния на заводе», — сказал глава Intel. «Мы по-прежнему находимся на пути к тому, чтобы к 2025 году восстановить лидерство в производительности транзисторов и мощности».
Совместная оптимизация системных технологий
И 20A, и 18A будут широко использовать инструменты EUV (и, возможно, даже инструменты EUV с высокой числовой апертурой), что сделает чипы, произведенные с использованием этих технологий, чрезвычайно дорогими. Даже современные большие монолитные 4-нм и 5-нм чипы требуют больших затрат на разработку, проверку и производство, поэтому многоэлементные конструкции, такие как Intel Ponte Vecchio, набирают популярность. При 2-нм и 1,8-нанометровом техпроцессе имеет смысл еще больше разбить высокопроизводительные конструкции.
Intel считает, что для этого потребуется совершенно новый подход к проектированию. Intel предполагает, что через несколько лет разработчики чипов смогут разложить функции одного чипа на многочиплетную конструкцию, а затем производить чиплеты с использованием наиболее оптимальной технологии для достижения своих целей в области производительности, мощности и стоимости. Intel называет такой подход совместной оптимизацией системных технологий (STCO). Например, поскольку логика масштабируется лучше, чем SRAM, имеет смысл создавать логику и кэши с использованием разных узлов (для оптимальной стоимости и производительности), а затем сшивать их вместе с помощью таких технологий, как Foveros или EMIB.
При таком подходе успешный литейный завод должен будет предлагать разные узлы для разных чиплетов и конкурентоспособные технологии упаковки. Вот почему Intel необходимо предоставить лучшую логическую технологию (например, 20A и 18A), опережая своих конкурентов, чтобы гарантировать, что она делает наиболее прибыльные части этих будущих многоэлементных схем.
