Pět nových výrobních procesů během čtyř let
Už jsme dnes psali o roadmapě budoucích procesorů Intel, kterou firma představila na Investor Meetingu 2022. Zvlášť se ještě podíváme na plány Intelu ve výrobních procesech. Ty byly hlavní problém firmy v posledních pěti letech, kdy ztratila technologické vedení kvůli nezvládnutému a dlouho odkládanému 10nm procesu. Teď ale Intel hodlá během nějakých 4–5 let manko dohnat a vrátit se na špičku. Roadmapu má na to hodně ambiciózní.
Intel 4 příští rok
První nová technologie po dnešním 7nm procesu (Intel 7, dříve označovaný 10nm ESF) bude proces Intel 4, což implikuje, že jej Intel považuje za 4nm proces a staví jej proti 4nm procesu TSMC, přičemž proti jeho 5nm procesů N5 by tedy asi Intel 4 měl být (podle Intelu…) lepší. Dříve během vývoje se zamýšlelo, že eventuální proces Intel 4 bude označen jako 7nm, nicméně by měl být generačně srovnatelný s 5nm a 4nm technologií TSMC.
Na této technologii se budou vyrábět procesory Meteor Lake, které mají vyjít příští rok. Intel 4 je první technologie Intelu používající výrobu s EUV, což by mohlo být docela důležité. Protože se výrazně změní technologie na nejcitlivějších vrstvách, mohlo by toto dovolit Intelu začít nový list a vymanit se z problémů, které měl na 10nm procesu, kde EUV nebylo použité. K parametrům Intel 4 bylo řečeno to, že má zlepšit energetickou efektivitu (poměr výkonu a spotřeby) o 20 % proti procesu Intel 7.
Intel 3: rok 2023
Další generací bude nominálně 3nm proces Intel 3 (původně měl asi být označen jako 7nm+). Ten má proti Intel 4 přinést další 18% zlepšení energetické efektivity a má být připraven k výrobě v druhé polovině roku 2023.
Intel už údajně má první funkční vzorky 3nm produktů, asi by mělo jít o serverová CPU. Je zajímavé, že Intel ve slajdech nezmiňuje, že by použil svůj 3nm proces u klientských procesorů (pro PC a notebooky) – po 4nm Meteor Lake by už mohlo přijít rovnou 2nm Arrow Lake. 3nm proces by se tak mohl objevit jen u Xeonů (ale samozřejmě také u dalších produktů – FPGA, nebo třeba čipech externích klientů, kteří začnou u Intelu vyrábět v rámci jeho foundry služeb).
Intel 20A (2 nm), rok 2024…
Materiály Intelu obsahují zmínku o tom, že by u Arrow Lake už mohl být použitý proces Intel 20A (20ångströmový, čili 2nm). Tento proces má být opět o 15 % lepší v energetické efektivitě, než Intel 3. Intel již dříve uvedl, že s tímto procesem přijde nová struktura tranzistoru, tzv. RibbonFET s několika kanály tvořenými nanodestičkami. V podstatě by mělo jít o obdobu GAAFET nebo MBCFET, ale pod jiným názvem.
Tento proces má být hotov v první polovině roku 2024, tedy včas, aby mohl být použitý v procesorech Arrow Lake, plánovaných na rok 2024. Technologie už ale vyprodukovala první testovací čipy – Intel už má hotové wafery s čipy obsahující SRAM, které bývají používány pro prvotní ladění a otestování technologie.
…a Intel 18A (1,8 nm) také v roce 2024
Poté má následovat 18ångströmový neboli 1,8nm proces Intel 18A. Ten má být hotový poměrně krátce po příchodu 20A – zatímco ten chce mít Intel připravený v první polovině roku 2024, proces 18A má následovat hned v druhé polovině roku 2024. Měl by tedy být nachystán pro výrobu procesorů Lunar Lake v roce 2025. První testovací 18A čipy externích klientů by měly být hotové během první poloviny letošního roku.
18A proces nicméně také zdá se vykazuje určité znaky zpomalení vývoje – Intel u něj uvádí jen 10% nárůst energetické efektivity proti procesu 20A, ačkoliv předchozí generace měly pokrok vyšší. To může být tím, že mezi těmito technologiemi je nejen menší časový rozdíl, ale také menší technologický pokrok.
V tomto procesu Intel převezme technologii RibbonFET z 20A a přidá další vylepšení. Jedno z nich bude technologie PowerVia, který přidá separátní systém kovových vrstev pro distribuci elektřiny po čipu. Tyto vrstvy by měly být z druhé strany vrstvy tranzistorů (pod nimi), než jsou kovové vrstvy nyní. Dnes se čipy vyrábí tak, že na povrchu křemíku se vytvoří tranzistory a poté se na ně nanáší postupně několik vrstev kovových spojů. Vytvoření dalších kovových vrstev z druhé strany tedy bude velkou technologickou výzvou a vyžádá si velké změny v technologii.
Častější nové generace místo dřívějších plusek
Tyto nové procesy jsou pravda v některých případech označené jako nová generace, byť je dříve Intel vnímal jako „plusové“ vnitrogenerační vylepšení – například Intel 4 a 3 jsou to, co mělo být původně 7nm a 7nm+ proces, Intel 20A a 18A by se podle původního vkusu asi eventuálně nazývaly 5nm a 5nm+. Nicméně tento styl značení asi zase byl přehnaně skromné, protože foundry výrobci takováto inkrementální zlepšení v rámci jedné generace jako nové procesy ochotně „marketovali“ (například 12nm, 8nm, 6nm, 4nm procesy Samsungu a TSMC…).
Intel upozorňuje, že tato roční, respektive ještě o něco rychlejší kadence vydádání nových procesů znamená, že za čtyři roky (2021–2024) uvede pět nových výrobních procesů (7, 4, 3, 20A a 18A). Pat Gelsinger to označil jako návrat slavného modelu Tick-Tock.
Technologické vedení zpátky v rukou Intelu?
A zejména říká, že tímto tempem Intel dosáhne zpátky své technologické vedení v oblasti výrobních procesů. Rychlá inovace v nich je skutečně něco, co Intel potřebuje, protože jeho 10nm a 7nm proces (Intel 7, dříve 10nm ESF) byly proti konkurenční 7nm technologii TSMC opožděné o nějaké dva až tři roky.
Zda to ale Intel bude schopen dohnat, to zatím jasné není. Bude záviset na tom, zda bude proces 20A a 18A opravdu konkurenceschopný proti tomu, co uvede TSMC jako novinku v roce 2024 či 2025 (mohl by to být 2nm proces). Teprve čas ukáže, zda Intel neoznačil procesy 20A a 18A příliš agresivně a nepůjde ve skutečnosti spíš o něco, co maximálně dožene 3nm proces TSMC, ale na jeho 2nm technologii mít nebude. A samozřejmě také teď bude záležet na tom, jestli Intel dokáže zde předestřené termíny splnit.
Intel také v roadmapě procesoůr na roky 2024/2025 a pozdější pořád plánuje používání čipletů vyrobených nejen vlastními procesy, ale také plody z procesů externích dodavatelů. To znamená, že i v této době v jejich použití bude muset tkvět nějaká výhoda. Ta asi nebude v ceně, protože ekonomické faktory by vždy měly favorizovat domácí výrobní linky. Takže by se z tohoto dalo vyvozovat, že i tehdy TSMC může mít výkonnější nebo úspornější proces než Intel. Nebo může mít nejmodernější proces připravený dřív, než ho bude mít hotový Intel.
Intelu by teď nicméně mohlo hrát do karet, že jeho konkurenci už také věci nejdou tak hladce jako v posledních pěti letech. Proslýchá se, že 3nm proces u TSMC bude relativně problematický (aspoň na jeho poměry proti skvěle zvládnuté 7nm/6nm a 5nm/4nm technologii). A už u něj došlo k určitému opoždění proti počátečním plánům. Toto škobrtnutí samozřejmě znamená, že se zkrátí vzdálenost, kterou Intelu musí dohánět.
Ale jen za předpokladu, že sám také neuklouzne na podobných technologických výzvách, které před ním potrápily TSMC. A TSMC možná bude na 2nm procesu schopné potíže s 3 nm zase zahladit, protože zde má nasadit novou strukturu tranzistoru (také GAAFET), takže pokud jsou problémy na 3 nm způsobené jen tím, že už FinFETům dojde dech, nemusí to mít negativní dopad na kvalitu a termíny následujících generací.
Zdroje: Intel, techPowerUp (1, 2), Andreas Schilling (1, 2)
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
⠀
