Jak známo, Intel se při přípravě 10nm procesu fatálně „seknul“ a v úspěšné formě ho dostal na trh až o tři roky (ne-li víc) později, než původně chtěl. Ztratil tím technologický náskok a pozici lídra v nemodernějších čipech teď pevně drží TSMC. S novým šéfem Patem Gelsingerem se ale Intel chce na špičku vrátit a teď představil plán nových výrobních procesů, které to mají dokázat. Přijde s tím ale i kontroverzní přeznačování.
Ačkoliv se pořád objevují informace o tom, že Intel nakonec bude vyrábět procesory u TSMC nebo částečně ve vlastních továrnách, částečně u TSMC, oficiálně Intel pořád trvá na tom, že boj o prvenství v nejpokročilejších výrobních procesech nevzdává. A naopak se chce pokusit nynější zpoždění dohnat a opět se stát lídrem. CEO Pat Gelsinger uvádí jako oficiální cíl stát se lídrem ve výrobních procesech do roku 2025. Ono vedení má být ve výkonu, ale zejména i v energetické efektivitě neboli výkonu na jeden watt.
Vedle roadmapy procesů samotné je tu nejdřív ještě jedna důležitá novinka. Poměrně často se v minulých letech naráželo na to, že procesy Intelu bývaly při stejném označení pokročilejší než ty od konkurence. Například jeho 14nm byl zřejmě významně lepší než 14nm od Samsungu nebo 16nm od TSMC. Nyní používaný proces 10nm SuperFin v procesorech Tiger Lake je považovaný za technologicky srovnatelný (zhruba, samozřejmě že parametry mohou být někde trošku lepší nebo horší) s generací 7nm procesů od TSMC. Podobně připravovaný 7nm proces Intelu měl zřejmě mít parametry zhruba srovnatelné s 5nm procesem TSMC.
Už před časem se proto objevily zprávy, že Intel změní značení svých procesů, aby se toto eliminovalo – de facto tedy sníží čísla v nanometrech, které se u nich uvádějí. Je asi dobré dodat, že tato čísla vždy byla poněkud volná a arbitrární (nevycházejí přímo z velikosti nějaké konkrétní struktury), takže nelze namítat, že „nebudou sedět“. Toto přečíslování či přeznačení se nyní skutečně potvrzuje. U všech procesů, které Intel odteď uvede.
10nm ESF se mění na Intel 7. Vydání letos
Intel nyní oznámil, že toto aplikuje dokonce už na nadcházející proces použitý u procesorů Alder Lake, jenž jsme dosud znali jako „10nm Enhanced SuperFin“. Ovšem i to je paradoxně nové značení zavedené ani ne před rokem. Předtím se označoval jako 10nm++. A původně dokonce 10nm+++, protože Intel se v jednu dobu rozhodl ignorovat existenci úplně prvního a nejvíce nepovedeného 10nm procesu v čipech Cannon Lake, takže se pak Ice Lake změnilo z 10+ na 10 a Tiger Lake z 10++ na 10+.
Až tedy letos na podzim vyjdou procesory Alder Lake, bude se jejich výrobní proces označovat jako „Intel 7“, což má ukazovat, že jde o technologii srovnatelnou se 7nm výrobou u TSMC. Neformálně asi budeme hovořit o „7nm procesu Intelu“, ale je třeba si odteď pamatovat, že se tím nemíní to, co Intel jako 7nm proces označoval v minulosti.
Přeznačení této technologie je na celém tomto kroku asi nejméně šťastné, protože to bude vytvářet dojem, že je velký rozdíl mezi technologií procesorů Tiger Lake (10nm SuperFin) a Alder Lake (teď najednou 7nm), ačkoliv to není pravda. Jde stále o ne-EUV proces používající pro expozici 193nm vlnovou délku (neboli „DUV“).
Ovšem přece jen by toto vyladění 10nm procesu mělo mít znatelné přínosy, Intel uvádí, že energetická efektivita (výkon/spotřeba) se může zlepšit až o 10–15 %*. Tato technologie už nyní je v sériové výrobě a první procesory s ní by snad měly vyjít v říjnu. Do konce roku by prý mělo být zákazníkům dodáno několik milionů kusů.
* Tyto údaje u tohoto procesu i všech následujících prý uvádějí, o kolik se zvýší výkon při stejné spotřebě. Údaje proto ukazují zároveň zlepšení výkonu. Pokud by Intel uváděl místo toho číslo uvádějící, o kolik klesne spotřeba při stejném výkonu, procentuální zlepšení by byla větší.
7nm proces je odteď Intel 4. Rok 2022, nebo 2023?
To, co měl původně být 7nm proces, se přeznačí samozřejmě také. Zde Intel udělá trošku radikálnější skok a nepřeznačí proces ze 7nm na 5nm, ale ještě o kousek dál. Dřívější 7nm proces se nyní bude jmenovat „Intel 4“, čímž je implikováno, že je 4nm nebo srovnatelný se 4nm procesem TSMC. Asi je šance, že by to zhruba mohlo sedět, nebo Intel nebude od TSMC daleko – teprve uvidíme.
Tato technologie podle Intelu má zlepšit energetickou efektivitu (výkon na 1 watt spotřeby) o 20 % proti technologii „Intel 7“ (tedy tomu, co se dřív jmenovalo 10nm Enhanced SuperFin). Jde již o EUV proces, poprvé u Intelu. Extrémní ultrafialová expozice by měla být použitá zejména ně nekritičtější kovové vrstvy (BEOL).
Intel oznámil, že první 7nm 4nm čip z tohoto procesu Intel 4 již má po tapeoutu a první vyrobené křemíky jsou již testovány – povedlo se to ještě během Q2 2021. Jde o Compute čiplet procesoru Meteor Lake, který teď Intel také částečně odhalil. Nicméně uvedení ještě hned tak nebude. Meteor Lake by totiž mohlo být až 14. generace Core, vydaná možná až v roce 2023. Příští rok by totiž snad měla vyjít nejdřív pořád ještě 10nm 7nm (Intel 7) procesory Raptor Lake. Pokud je tedy Intel nezruší a neuspíší uvedení Meteor Lake o rok. Doteď ale Intel uváděl harmonogramy, z nichž to vypadalo, že Meteor Lake sklouzne až do roku 2023.
Více: Intel prý vyřešil problémy se 7nm procesem, ale procesory s ním vyjdou až v roce 2023
Samotný Intel uvádí, že tato technologie má jít do ostré komerční výroby už v druhé polovině roku 2022. Jenže to neznamená vydání produktů, které bývá o několik měsíců později (viz to, že proces Intel 7 čipů Alder Lake už z pohledu Intelu je ve výrobě teď, ale vydání produktu bude až na podzim). Pořád se tedy zdá pravděpodobnější, že nějaký 4nm produkt se bude dát koupit až následující rok (2023).
Vedle Meteor Lake budou stejným 4nm procesem Intel 4 vyráběné také serverové procesory Granite Rapids. Respektive, jejich Compute čiplet. Stejně jako u Meteor Lake budou další kousky procesoru zřejmě vyráběné jiným procesem a celé to bude propojené technologií Foveros.
Ze 7nm+ je rovnou 3nm proces (Intel 3)
Po procesu Intel 4 (ex 7nm) bude následovat proces „Intel 3“, který tedy názvem implikuje ekvivalenci nebo konkurenceschopnost s 3nm procesem TSMC. Zde jsem čekal, že to tedy logicky bude proces, který Intel měl původně pojmenovat „5nm“, ale chyba lávky. Pod označením Intel 3 firma totiž má proces, který je evolucí původně zamýšlené 7nm technologie, původně se asi měl jmenovat 7nm+.
Tento proces má nicméně být evolucí hodně významnou. Možná je asi lepší říct, že si vezme z předchozího procesu některé rysy, zatímco další už budou „next-gen“ (tedy z toho, co mělo být 5nm procesem). Proces by měl používat větší množství EUV vrstev než předchozí, a také by měl dostat výrazně zlepšené knihovny, jejichž použití při návrhu navýší výkon, ale také hustotu tranzistorů. Rovněž má také být zlepšený (snížený) odpor vodičů a také budou obvody zvládat větší proudy.
Díky všem těmto změnám by se prý přes to, že to původně mělo být jen o vnitrogenerační „+“, mělo zlepšení dosažené tímto procesem blížit rozdílu mezi dvěma regulérními generacemi. Efektivita (výkon na 1 watt) má stoupnout o 18 %.
Pořád je ovšem otázka, zda nebylo na místě skromnější označení. Ideální možná bylo, pokud by Intel předchozí proces označil Intel 5 podle onoho nepsaného pravidla, že jeho proces je ve skutečnosti o jednu generaci napřed oproti svému nominálnímu číslu, takže by se ze 7nm stalo 5nm. A tento následující výrazně vylepšený proces se mohl jmenovat 4nm. Místo toho teď totiž Intel porovnává derivát původního 7nm procesu s už o dvě generace novější technologií, jelikož 3nm proces TSMC by měl být proti 5nm TSMC také plnogenerační skok. Ale uvidíme – možná, že kvality chystaného procesu Intelu budou takové, že si označení „3nm“ zaslouží. Pokud ne, budeme si muset holt pamatovat, že při stejných číslech je technologie Intelu o něco horší než TSMC, podobně jako je to teď zřejmě u stejně číslovaných procesů Samsungu ve srovnání s TSMC.
Co je ale u tohoto procesu ještě podstatné, je načasování. Díky částečně evoluční genezi má být k dispozici hodně rychle po příchodu 4nm (dříve 7nm) procesu. Intel uvádí, že by se na něm mělo začít vyrábět v druhé polovině roku 2023. Opět ale není jisté, zda se ve stejném roce stihne i vydání produktů, nebo vydání procesorů sklouzne až do roku 2024.
Z 5nm procesu je nově 2nm/20ångströmový (Intel 20A)
Původně zamýšlený 5nm proces Intel nakonec přečísloval rovnou až na 2nm – nebude se ale jmenovat Intel 2, ale „Intel 20A“. To znamená 20 ångströmů (nebo zjednodušeně angstromů), což je ne-SI jednotka, která je rovná 0,1 nm. Přechod na značení v ångströmech je tedy proto, aby se u procesů poté nemusely uvádět desetiny nanometrů.
Nový tranzistor RibbonFET
Tento proces by měl být docela zásadní. Má být totiž prvním, který opustí 3D Tranzistory typu FinFET, které Intel jako průkopník zavedl v roce 2012 pod označením Tri-Gate s 22nm procesem (procesory Ivy Bridge, pak v roce 2013 Haswell). Na 5nm/20A procesu je poprvé nahradí novou nanostrukturou, a to tranzistorem označeným RibbonFET.
To je zdá se jméno Intelu pro tranzistor s několika nanodestičkovými kanály, které jiné firmy označují jako GAAFET a MBCFET. Tuto technologii TSMC nasadí ne na 3nm, ale až na 2nm procesu, Samsung ji ale chystá již na 3nm. Obě firmy by ji ale možná mohl mít nasazenou před koncem roku 2023 nebo v roce 2024.
Intel v prezentaci ukázal řez z elektronového mikroskopu, kde je struktura RibbonFETu ukázána, a zdá se, že momentálně má RibbonFETy (GAAFETy) se čtyřmi destičkovými kanály nad sebou. Je samozřejmě možné, že za pár let počet vzroste. Tento druh tranzistoru má mimochodem tu výhodu, že šířku destiček lze plynule měnit, čímž lze tranzistor dimenzovat různě podle potřeby.
PowerVia: sendvič s tranzistory uprostřed
Přechod na GAAFETy nebude jediný trumf tohoto procesu. Intel také oznámil, že na 20 ångströmech nasadí nové zlepšení označené PowerVia. To je se týká kovových vrstev. Pokud nemáte představu o tom, jak se čipy přesně vyrábějí: jako první jsou na křemíku vyrobené tranzistory, což je asi logické, jelikož sdílejí stejný materiál.
Tranzistory se ale musí propojit vodiči, což zajišťuje několik vrstev (klidně 10 až 20) kovových spojů, které jsou postupně nanášené na vrstvu již vyrobených tranzistorů. Vrstvy jsou postupně hrubší a hrubší a na té poslední jsou pak kontaktní plošky, kterými se celý čip připájí na substrát (v té chvíli je už čip obrácený, všechny tyto aktivní vrstvy má vespod, tranzistory jsou z nich relativně nejvýše, před zbývající vrstvou čistého křemíku).
Technologie PowerVia toto mění a nasazuje postup, který se v polovodičovém průmyslu označuje jako Backside Power Delivery a zřejmě na tomto zlepšováku pracují nejrůznější firmy, takže eventuálně asi Intel nebude jediný, kdo ho bude používat.
Znamená to, že místo aby byly všechny kovové vrstvy nad (a ve finále po otočení čipu pod) tranzistory, je část vrstev vložena mezi křemíkový podklad z waferu a mezi samotnou vrstvu tranzistorů. Ta je tak uložena sendvičově mezi dva štosy kovových vrstev. Důvodem pro toto uspořádání, které logicky výrobu hodně zkomplikuje, je to, že do jedné vrstvy lze vést všechny signálové a datové cesty, zatímco druhá skupina vodivých vrstev z druhé strany tranzistorů může sloužit jen a pouze pro distribuci napájení do čipu. Díky tomuto lze oba typy vodičů lépe odizolovat a zamezit tak mezi nimi rušení. Toto by mělo fungování čipů dost zlepšit a dovolit tak vyšší výkony a efektivitu. Signály budou čistší a naopak interference ze signálových vodičů nebude rušit napájení.
Výroba 2024?
Tento proces by údajně mohl být zavedený do výroby v první polovině roku 2024. Je tedy možné že nějaké 20A čipy s RibbonFETy by se mohly dostat na trh již v jeho závěru – že by procesory Core 15. generace (pokud tedy nebudou na procesu Intel 3)?
Intel 18A: 2025 a opět překonání všech konkurentů?
Po tomto procesu je zatím oznámený ještě jeden, který je zatím jen v přípravě. Původně měl asi být označen jako 3nm, v ångströmovém číslování dostal nově označení 18 ångströmů, neboli „Intel 18A“. O jeho povaze je toho zatím řečeno málo. Má používat druhou generaci tranzistorů RibbonFET a opět i PowerVia. Kromě toho také Intel údajně jako první nasadí nové High-NA EUV stroje od ASML, které s firmou pomáhá vyvíjet a měl by dostat ty úplně první, tedy ještě před TSMC. High-NA stroje mají být schopné kreslit nanostruktury ostřeji a kvalitněji, takže by mohly být kritické zlepšení pro úspěch těchto pokročilých procesů.
Tento proces má zřejmě být uveden v roce 2025. A je také podle plánu okamžikem, kdy Intel údajně dožene a předežene konkurenci, tedy i nynějšího lídra TSMC. Intel v prezentaci uvádí, že proces 18A mu má donést „neoddiskutovatelné vedení“, je zde tedy ambice, aby technologie Intelu opět byla nejlepší a o krok před ostatními firmami.
Zda se to povede, to je ovšem otázka. Nyní Intel rozhodně má skluz – sice dokáže vyvinout proces podobné kvality, ale je to o pár let později, kdy už má TSMC zase něco lepšího (teď například již rok vyrábí 5nm čipy pro Apple). Je dobré například poukázat na to, že TSMC bylo schopné překonat Samsung, ačkoliv ten naskočil jako první na výrobu EUV. Tchajwanský podnik v posledních letech jednoduše byl schopný dosahovat svých cílů, zatímco u Samsungu a Intelu docházelo ke zpožděním nebo k nedosažení plánovaných parametrů. Tudíž se může stát, že TSMC opět přesně splní své plány a Intelu se onen vítězný proces opozdí nebo nebude v první generaci fungovat tak dobře, jak by měl… a lídrem tak zůstane TSMC.
Tyto technologie jsou nesmírně náročné a každý další stupeň je obtíženější a dražší. Proto nelze vyloučit problémy u žádné ze zúčastněných firem a není proto možné mít jistotu, jak tento závod dopadne. Intel každopádně nyní startuje z horších pozic než TSMC. Naopak proti Samsungu může mít už nyní šance lepší nebo aspoň vyrovnané, protože i korejský koncern má s vývojem next-gen technologií svoje potíže. Pokud se tedy Intelu nepodaří sesadit TSMC, mohlo by se mu alespoň povést protlačit se na druhou pozici mezi něj a Samsung.
Nejde jen o marketing. Přečíslování je převážně opodstatněno
Toto celé bude samozřejmě kritizováno jako čistě marketingový nástroj, a tedy potenciálně falešný pokus, jak opticky vylepšit situaci Intelova výrobního programu. Myslíme si ale, že zas tak zlé to zdaleka není. Jak už bylo řečeno, Intel skutečně měl procesy dejme tomu o jednu generaci lepší, než se z „čísla“ zdálo (druhá věc byla, že teď také přicházejí pozdě).
Lze říct, že doteď firma dobrovolně svoji technologii „znevýhodňovala“ tím, že uváděla větší nanometry, než by u toho samého říkala konkurence. Nyní se jen srovná na stejnou úroveň. TSMC a Samsung toto marketingové posunutí absolvovaly v době nástupu FinFETů (14nm/16nm proces) a asi i později (přechod z 16nm/14nm na 10nm proces u nich nebyl tak významný skok). Takže ani nelze říct, že by vina byla na Intelu – ten jen zareagoval stejným způsobem, ale o pár let později.
Z našeho novinářského pohledu je dobře, že toto Intel učinil, protože už nebudeme muset pořád připomínat ony převodní vztahy mezi procesy TSMC a Intelu. Nyní bude poměrně jasné, že Alder Lake na procesu „Intel 7“ je co do kvality výrobního procesu na zhruba podobné úrovni, jako 7nm procesory AMD. To je samozřejmě za předpokladu, že to Intel nepřežene, což je možná riziko u procesů Intel 3 (ex 7nm+) a pozdějších. Jak už jsem řekli, teprve uvidíme, zda Intel při tom posunování čísel neměl moc velké oči, a místo aby srovnal původní nepoměr v označeních, naopak nepřestřelil.
V budoucích článcích a novinkách budeme zřejmě používat nové názvosloví Intelu, byť s tím přechodně budou trošku zmatky.
Souhlasíte s přečíslováním výrobních procesů Intelu?
Externí zákazníci dostanou i nejmodernější procesy
Tato roadmapa se netýká jen procesů, které budou použité přímo pro procesory Intelu. Firma potvrdila, že tyto technologie budou dostupné i externím zákazníkům Intel Foundry Services, tedy jiným a klidně i konkurenčním firmám, které by chtěly v továrnách Intelu vyrábět své čipy. Zatím nevíme, zda budou takto dostupné procesy Intel 7 a Intel 4, ale bylo potvrzeno, že externí klienti budou moci použít procesy Intel 3 a Intel 20A (v budoucnu tedy pravděpodobně i Intel 18A).
Více: Velké odhalení plánů Intelu: otevření továren a x86, ale i víc TSMC
První velký úlovek: Qualcomm Snapdragon
Intel vzápětí oznámil i zatím největšího klienta, který jeho služby využije. Je jím nečekaně Qualcomm, tedy nejvýznamnější výrobce ARM procesorů pro mobily. Firmy oznámily, že Qualcomm bude vyrábět zatím nejmenované produkty na procesu Intelu 20A, tedy na procesu, kde budou poprvé nasazené RibbonFETy a PowerVia. Qualcomm svoji výrobu přesouvá z času na čas mezi TSMC a Samsungem (některé levné SoC dokonce vyráběl i v čínském SMIC). Takže asi se změnami procesu a knihoven, s nimiž je třeba při návrhu pracovat, má zkušenost a bylo tudíž asi snazší ho přesvědčit k experimentu s Foundry službami Intelu.
Výroba na 20A by znamenala, že se asi bavíme o produktech pro rok 2024 nebo 2025. Qualcomm možná ani nemusí očekávat, že proces bude špičkový, protože u Samsungu vyráběl (a i nyní vyrábí 5nm Snapdragony 888), i když jeho technologie bylo a něco horší, než ta od TSMC. Přesvědčivé mohlo tak pro Qualcomm být například to, pokud mu Intel motivačně nabídl nízkou cenu. Je ostatně také možné, že začátku firma u Intelu bude vyrábět spíše nižší třídy čipů, zatímco svou vlajkovou loď mu hned tak rychle nesvěří.
I tak ovšem toto bude pro Intel sloužit jako velmi podstatná reference a příklad Qualcommu asi pomůže přilákat další potenciální zákazníky, což je přesně to, co Intel potřebuje. Aby totiž dokázal udržet tempo investic a konkurenceschopnost, musí objem peněz, které jeho továrnami protečou, být co nejvyšší. Přesně to ukazuje úspěšná story TSMC: to vynesly na špičku masivní objemy zakázek generované výrobci mobilních čipů ARM od Qualcommu po Apple.
Zda tato strategie Intelu vyjde a podaří se mu dohnat TSMC jeho vlastní mi metodami, to ovšem teprve uvidíme za pár let. Také teprve uvidíme, zda se Intel osvědčí jako Foundry výrobce a bude schopen zákazníkům dodat tyto služby včas, v potřebné kvalitě a s potřebným servisem, aby jejich produkty dokázaly na trhu uspět. To není zas tak snadné.
ČLÁNKY DO MAILU