Intel, ‘Intel 4’ işlem düğümünün ilk ayrıntılarını duyurdu ve 2022 IEEE VLSI Sempozyumu’nda Meteor Lake işlemcisinin hesaplama kalıbının bir görüntüsünü paylaştı. Intel, önceki nesil ‘Intel 7’ düğümüne göre herhangi bir saat hızında %21.5 daha yüksek frekanslar veya aynı frekansta %40 güç azalması dahil olmak üzere yeni ‘Intel 4’ düğümü ile etkileyici sonuçlar elde ettiğini iddia ediyor. Intel ayrıca 2 kat alan ölçekleme iyileştirmesi talep ediyor, yani yüksek performanslı kitaplıklar için transistör yoğunluğunu iki katına çıkardı ve EUV litografisini kullanan ilk Intel işlem düğümü. Bu, aşağıda daha ayrıntılı olarak ele alacağımız diğer birçok önemli gelişmeden sadece birkaçını belirtmek içindir.
Intel’in işlemci pazarındaki performans liderliğini AMD’ye devretmesi bir yana, süreç teknolojisi liderliğini TSMC’ye kaptıran 10 nm süreciyle ilgili yanlış adımları göz önüne alındığında, tüm gözler ‘Intel 4’ süreci olarak şirkette, buna değineceğiz. ‘I4’ olarak 2023’te piyasaya çıkıyor.
Geçen sefer Intel, 10nm düğümü ile çok agresif bir şekilde ölçeklendirmeye ve 2,7X ölçeklendirme hedefine ulaşmaya çalıştı. Bu, birden fazla yeni teknolojinin aynı anda dahil edilmesi nedeniyle sürekli gecikmelere yol açtı ve bazıları açıkça geliştirme hedeflerini karşılamadı. I4 için, intel daha modüler bir yaklaşım benimsiyor ve düğümden düğüme ilerlerken adım adım daha yeni teknolojileri tanıtıyor, böylece geçmişte gördüğümüz gecikmeleri önleyeceğini umduğu daha kademeli bir iyileştirme kadansı elde etmesine yardımcı oluyor.
Intel, dört yıl içinde beş düğüm vaadini yerine getirmek için paralel olarak birden çok düğüm geliştiriyor ve Intel 4 bu yolculuğun ikinci adımı. Önce Meteor Gölü kalıbına daha yakından bakalım, ardından I4 sunumunun detaylarına dalalım.
Intel Meteor Gölü Kalıp Atışı
Intel’in Meteor Gölü, I4 süreciyle piyasaya sürülen ilk ürün olacak. Intel, Nisan 2022’de hesaplama silikonunu çalıştırdı ve birkaç işletim sistemini başlattığını iddia etti. Intel, Meteor Gölü’nün 2023 lansmanı için yolda olduğunu söyledi.
Meteor Lake, Lakefield işlemcilerinde gördüğümüz gibi Intel’in Foveros 3D paketleme tekniğini kullanacak. Ancak bu, Intel’in bu öncü paketleme teknolojisiyle ilk tam yüksek hacimli üretim atılımı olacak.
Intel, dört kalıbı (Intel dilinde ‘karolar’ olarak adlandırılır) TSV bağlantıları aracılığıyla bir aracıya bağlayacaktır. Intel, bu aracının aktif mi pasif mi olacağını yoksa önbellekleri mi yoksa diğer kontrol devrelerini mi barındıracağını açıklamadı. Intel, bu aracının üzerine dört kutucuk yerleştirecektir: hesaplama kutucuğu, G/Ç kutucuğu, SOC kutucuğu ve grafik kutucuğu.
Intel, hesaplama kutucuğu için kullanılan işlem düğümünü yalnızca I4 olarak belirtmiş, ancak diğer kutucuklar için hangi düğümleri kullanacağını söylememiştir. Bu yılın başlarında Analist Günü sırasında şirket, TSMC’nin N3 (3nm) düğümünü Meteor ve Arrow Lake işlemcilerle listeleyen yukarıdaki albümdeki slaydı paylaştı ve bunun büyük ölçüde grafik döşemesini oluşturduğu düşünülüyor. Zaman gösterecek.
Alder Lake’de olduğu gibi, Meteor Lake yongaları da x86 hibrit bir mimariye sahip. Bu durumda, altı p-çekirdeğimiz ve sekiz e-çekirdeğimiz var. Hesaplama kalıbının patlatılmış görünümü, kalıbın solunda gecikme ve performansa duyarlı çalışma için kullanılan altı mavi renkli performans çekirdeğini (p-çekirdeği) gösterir. Sağda, mor renkte iki adet dört çekirdekli verimlilik çekirdeği (e-çekirdek) kümesi görüyoruz. Bu çekirdekler, arka plan ve çok iş parçacıklı görevler için devreye girer. Çipin merkezi, L3 önbelleklerini ve ara bağlantı devrelerini içerir. Intel, bellek denetleyicileri ve PCIe arabirimleri için muhtemel bir adayken, Thunderbolt ve diğer PCH türleri için arabirimler olabilirken, Intel henüz SoC ve G/Ç kutucukları arasındaki farklar hakkında daha fazla açıklama sağlamadı.
Intel bize burada çalışmak için fazla bir şey vermiyor, ancak şirket, hesaplamayı hızlandıran I4 işlem düğümü hakkında çok daha kapsamlı ayrıntılar paylaştı.
Intel 4 İşlem Düğümü
Kısa bir hatırlatma olarak, Intel kısa süre önce süreç düğümlerini rakipleriyle (üçüncü taraf dökümhaneler TSMC ve Samsung) uyumlu olan daha tek tip bir adlandırma kuralına sahip olacak şekilde yeniden adlandırdı. Intel’in şu anki amiral gemisi işlem düğümü Intel 7, 10nm olarak adlandırılıyordu. Ek olarak, I4 düğümü 7nm olarak anılırdı. Karışıklık olmaması (veya en azından daha az) olması için mevcut adlandırma şemasına bağlı kalacağız.
Intel, rakipleri gibi, genellikle her bir işlem düğümünün iki versiyonunu pişirir – performans pahasına mümkün olan en fazla transistörü sıkıştırmaya çalışan yüksek yoğunluklu bir kitaplık ve sağlamak için bazı transistör yoğunluğunu takas eden yüksek performanslı bir kitaplık. daha fazla performans. Doğal olarak Intel ve rakipleri, pazarlamada kullandıkları yoğunluk ölçümleri için her zaman yüksek yoğunluklu kitaplığa başvurur. Yine de, piyasada gördüğünüz amiral gemisi yüksek performanslı yongaların çoğu aslında daha az yoğun kitaplığı kullanıyor.
Oldukça şaşırtıcı bir şekilde Intel, I4 düğümü için yüksek yoğunluklu bir kitaplık oluşturmuyor. Intel nedenini açıklamadı; bunun yerine, yalnızca I4 için performans ürünlerine odaklanacağını söyledi. Intel, yüksek yoğunluklu bir kitaplığı bu işlem düğümünden hariç tutmak için herhangi bir teknik neden sunmamıştır, ancak bu muhtemelen bazı spekülasyonlara yol açacaktır. Özellikle Intel, geçtiğimiz günlerde, tasarımı I4’ten I3’e değiştirdiği için Granite Rapids Xeons’u 2023’ten 2024’e erteleyeceğini duyurdu – belki de bu, bazı ürünler için çalışan yüksek yoğunluklu bir kitaplıktan yararlanmak içindir.
I4 düğümü, I3 ile ileriye dönük olarak uyumludur, bu nedenle tasarımlar, bir mimariyi taşımanın olağan zaman alıcı adımlarından geçmeden ikisi arasında taşınabilir. Intel, I4’ün halefi ‘Intel 3’ün hem yüksek performanslı hem de yüksek yoğunluklu kitaplıklarla geleceğini söylüyor. I3 süreci ayrıca tasarımı daha da basitleştirmek için daha fazla EUV katmanıyla birlikte gelişmiş transistörlere ve ara bağlantılara sahip olacak. I3 düğümü, Intel Foundry Services (IFS) aracılığıyla Intel müşterilerine sunulan ilk düğüm olacaktır.
I3’ten sonra Intel, her ikisi de yeni RibbonFET’ler (çepeçevre kapı/nano tabaka) ve PowerVia (arka güç dağıtımı) teknolojisi gibi daha da egzotik yeni teknolojileri tanıtacak olan 20A ve 18A düğümleriyle angstrom çağına geçecek.
Intel 4 | Intel 7 | TSMC N5 | TSMC N3 | |
HP Kitaplık Yoğunluğu | 160 MTr/mm^2 (tah.) | 80 MTr/mm^2 | 130 MTr/mm^2 (tah.) | 208 MTr/mm^2 (tah.) |
HD Kitaplık Yoğunluğu | Planlanmamış | 100 MTr/mm^2 | 167 MTr/mm^2 (tah.) | 267 MTr/mm^2 (tah.) |
Mantık Yoğunluğu | 2 kere | 2,7x | 1.83x | 1,6x |
Mükemmel (izo gücü) | 1.2X | 1.15x | 1.15x | 1.11x |
Intel henüz belirli transistör yoğunluk ölçümlerini paylaşmıyor, bunun yerine bize temel bir 2X ölçeklendirme iddiası veriyor (aşağıda bu konuyla ilgili çok daha fazlası). Ancak şirket, gelecekte bir MTr/mm^2 (milimetre kare başına mega-transistör) transistör yoğunluk metriğini paylaşacağını ve I4’ün transistör yoğunluğunun genellikle 2x alan ölçekleme ile takip edildiğini söylüyor. Bu nedenle, yukarıdaki tabloda ekstrapolasyonlu bir transistör yoğunluğu kullanıyoruz (kaynak). Bu sayılar tahminidir, ancak I4’ün transistör yoğunluğunun TSMC’nin yüksek performanslı N5 ve N3 kitaplıkları arasına ineceği anlaşılıyor.
Intel 4 (I4), önceki nesil I7 işlemiyle aynı güçte veya %40 daha az güçte frekansta %21,5 iyileşme vaat ediyor. Belirtildiği gibi, Intel, çeşitli teknolojilerin doruk noktası olarak gelen I7’ye göre 2 kat alan ölçekleme iyileştirmesi talep ediyor.
I4 düğümü, Intel’in üretimi basitleştirmek için EUV litografisini kapsamlı bir şekilde kullanan ilk düğümüdür ve sonuçları yukarıdaki albümdeki ikinci ve üçüncü slaytlarda görebiliriz. Intel’in önceki nesil süreci, yığının bazı katmanlarını işlemek için birden fazla daldırma litografi adımı gerektirir, ancak EUV, şirketin tek bir deseni oymak için bir pozlama kullanmasına izin verir. Bu, üretimin o kısmı için süreç akışındaki adımların sayısını 3 ila 5 kat azaltır.
Doğal olarak, EUV daha az kusurla sonuçlanır, böylece daha yüksek verim sağlar. Ayrıca işlem hızını önemli ölçüde artırır, ancak başka faydaları da vardır. Örneğin, alttaki metal yığınlarının her katmanı, üretim akışındaki her adımda hizalanmalıdır. EUV, hizalamadan kaynaklanan verim sorunlarına yardımcı olur, çünkü katmanların birden çok kez değil yalnızca bir kez hizalanması gerekir. Bu, verimi daha da artırır.
Intel, üretim akışının hem ön hem de arka ucunda EUV kullanır. Üçüncü slaytta görüldüğü gibi, sonuç, I4’ün I7’den %5 daha az işlem adımına ve %20 daha düşük toplam maske sayısına sahip olmasıdır. Grafiklerin ortasındaki tahmin edilen sonuçtan da görebileceğiniz gibi, EUV olmadan I4, I7’den daha fazla adım gerektirir. Ne yazık ki Intel, EUV litografisi ile kazıdığı katmanların tam sayısını açıklamadı.
Intel’in Contact-Over-Active-Gate (COAG) özelliği, I7 süreciyle piyasaya çıktı ve kontağı kapıların kenarından/dışarıdan hareket ettirerek ve kapıların üzerine yerleştirerek yoğunluğu artırdı. Bu teknolojinin ikinci nesli, I4 sürecindeki yoğunluğu daha da iyileştirmeye yardımcı olur. Benzer şekilde Intel, I7’den sahte kapıları kaldırdı, ancak diziler arasındaki bir difüzyon ızgarasını kaldırarak bu tekniği I7 ile geliştirdi. Intel ayrıca dört kanattan üçe çıktı.
I4 düğümü, I7 düğümünün 17 metal katmanına kıyasla 18 metal katmana sahiptir ve performansı korurken elektromigrasyon/güvenilirliği iyileştirmek için alt metal katmanlara geliştirilmiş bakır eklenmiştir (aşağıda daha fazlası). Ayrıca tüm yığın boyunca azaltılmış adım görüyoruz. (İki kalın metal katman, güç yönlendirmesi içindir.)
Güç, Performans ve Alan (PPA), kauçuğun yolla buluştuğu yerdir. Burada Intel’in I7 üzerinde aynı (ISO) güçte %21,5 performans artışı veya frekans/voltaj eğrisinin altında %40 daha iyi güç talep ettiğini görebiliriz. Bunun nedeni, hem üst hem de alt voltaj aralıklarının ayarlanmasıdır ve sonuçta baştan sona daha iyi bir dinamik aralık sağlanır.
I4 işlemi iki farklı SRAM hücre tipine sahiptir. SRAM’ın mantık kadar hızlı ölçeklenmediği iyi bilinmektedir. Intel, Yüksek Yoğunluklu Hücre (HDC) için .77x’lik bir ölçeklendirmeyi açıkladı, ancak performans odaklı tasarımlarda kullanılacak Yüksek Akım Hücresi (HCC) için ölçekleme metriğini açıklamadı.
Transistörleri birbirine bağlayan küçük teller olan ara bağlantılar zamanla küçülmeye devam ediyor, şimdi sadece birkaç elektron genişliğinde. Bu nedenle, daha küçük transistörler daha küçük kablolar gerektirdiğinden, artan transistör yoğunluğunun önündeki ana engellerden biri haline geldiler. Intel, I7 işlem düğümü ile bakır yerine kobalt kullanmaya geçerek daha az performansa neden oldu. Ayrıca, şirkete liderlik pozisyonuna mal olan sürekli gecikmelerin nedeninin bir parçası olduğu söylendi.
Intel, ara bağlantı performansını iyileştirmek için M0 ila M4 katmanlarında gelişmiş bakır kullandığını ve kritik alt katmanlarda tel tasarımlarıyla yaptığı iyileştirmeleri gösteren paylaşılan slaytları (yukarıdaki albümde ikinci ve üçüncü) kullandığını açıkladı. Burada I7 düğümüyle bu yaklaşımlardan ikisini görebiliriz – biri tantal bariyerli saf kobaltlı ve diğeri bakır alaşımı üzerinde tantal nitrür bariyerli. Bu iki yaklaşımın her biri, direnç (performans) veya güvenilirlik (elektromigrasyon) için önemli ödünleşimlere sahiptir.
I4 işlemi, saf bakır üzerinde kobalt kaplamalı bir tantal bariyeri kullanan ‘gelişmiş bakır’ tasarımı kullanır. Bu tasarım hem performansın hem de güvenilirliğin en iyisini sağlar.
Son olarak Intel, MIM kapasitans yoğunluğunu I7 işlemine göre ikiye katladığını açıkladı. Hatırlatmak gerekirse, bu, Intel’in 10nm süreciyle “SuperMIM” olarak markaladığı Metal-Yalıtkan-Metal (MIM) kapasitördür. Bu, güç sırasında yerel çip kesintilerini ortadan kaldırarak daha uzun süreli frekans potansiyeli sağlamaya yardımcı olan Vdroop ile mücadeleye yardımcı olur. SIMD talimatları gibi yoğun çalışma Sonuç olarak, sürekli saat hızları önemli ölçüde artacaktır.
Intel’in Hillsboro tesisi, I4 cihazlarını üreten ilk tesis olacak ve İrlanda kampüsü, EUV makinesine sahip diğer bilinen Intel kampüsü olması nedeniyle bir sonraki aday olacak. Intel’in 2023’te piyasaya çıkacağını söylediği Meteor Gölü’nde pazara yaklaştıkça Intel 4 hakkında daha fazla şey öğreneceğiz.