Výrobní technologie: 45 nm na dohled
26.2.2007, Lukáš Petříček, článek
Dnes se podíváme na novinky a trendy v oblasti výroby procesorů. Stranou nezůstanou ani vícejádrové procesory a vývoj na poli x86 procesorů, kde svádí bitvu největší rivalové AMD a Intel. Co nás čeká? 45 nm výrobní technologie je již "za rohem"
Kapitoly článku:
- Výrobní technologie: 45 nm na dohled
- AMD, Intel a ti „druzí“ aneb 45 nm na dohled
- Multi-core éra
AMD, Intel a ti „druzí“ aneb 45 nm na dohled
Oblíbené téma většiny uživatelů PC - AMD vs. Intel. Uvedení Core 2 Duo přineslo značné změny v rozložení trhu a Intel po letech na výkonnostním chvostu přešel opět do vedení. Architektura Core překonává v hrubém teoretickém výkonu SSE a celočíselných operacích poměrně výrazně a změny jádra a obrovské propustnosti na úrovni cache přinesly procesorům Core 2 Duo oproti současným procesorům Athlon 64 X2 velice zřejmý výkonnostní náskok.
65 nm procesory zatím u AMD nepřinesly zásadnější změny. Tedy kromě uvedení samotné 65 nm výrobní technologie, díky které došlo ke zmenšení jádra. Právě to byla nezbytná podmínka pro možné uvedení čyřjádrových procesorů, kde jako první přijde na trh serverová varianta K8L, (v současnosti také zmiňovaná jako K10) s kódovým označením Barcelona. Čip to bude jedním slovem obrovský - plocha čipu je 283 mm2 a a obsahuje 463 milionů tranzistorů. V Barceloně od AMD bude mimochodem již použito celkem 11 vrstev měděných mezispojů...
AMD Barcelona – největší (r)evoluce architektury AMD64
Skutečný výkon K8L (a nejdříve uvedeného jádra Barcelona) je zatím spíše nejasný, ačkoliv některé zatím publikované výsledky již něco naznačují. Pan Pat Patla z AMD rozhovoru uvedl, že špičkový výkon na jádro může být až o 80% vyšší, než mají v současnosti stejně taktované Opterony a navíc má Barcelona přinést o desítky procent lepší výsledky „performace per watt“. Růst efektivity je ale zřejmý, protože úpravy a 4 jádra se totožným TDP jistě přinesou podstatně lepší výsledky, ale zatím zmiňovaná čísla hrubého výkonu bych bral bez dalších informací s rezervou. Pravda je taková, že na skutečné výsledky v praktických testech, které mají samozřejmě nejvyšší výpovědní hodnotu, si budeme muset ještě nějaký ten měsíc počkat. Uvedení Barcelony ale již není daleko.
AMD a přechod na 45 nm výrobní technologii
AMD má pro tento rok a čtyřjádra cíle opravdu vysoko - v letošním roce dosáhnout 30% podílu na trhu s čtyřjádrovými serverovými procesory. I přes velice dobré výrobní kapacity s FAB 30, FAB 36 a možné proměnné kapacitě, kterou poskytne Chartered Semi, se to zdá být zatím poměrně obtížný úkol. Pokud samozřejmě Barcelona splní očekávání, díky zpětné kompatibilitě na úrovni socketu F (jinak také socketu 1207), jistě o zákazníky nebude nouze. Použita bude 65 nm SOI výrobní technologie.
Pro další generaci procesorů, vyrobené již 45nm procesem, AMD počítá s nasazením imerzní neboli „mokré“ litografie. Trik spočívá v ponoření waferu do tenké vrstvičky média, nejčastěji extrémě čisté vody nebo jiné kapaliny s potřebnými vlastnostmi. Použita bude také technologie SOI a zřejmě ultra Low-K dielektrikum pro mezispoje. O použití dalších technologií zatím není rozhodnuto nebo se jedná spíše o spekulace...
Intel zatím již na letošní rok připravuje 45 nm verzi procesorů Core 2 Duo a tak nikdy nekončící závody „zbrojení“ budou pokračovat ještě intenzivnějším tempem. Pro 45 nm Intel počítá stále s nasazením „suché“ fotolitografie, samozřejmě s použitím double patterningu a řadou dalších technik. Přijdou zde novinky v podobě kovových hradel a High-K dielektrika.
INTEL a výhody 45 nm výrobní technologie
Jak bude Intel reagovat na Barcelonu? Penryn bude první odpověď a s ním přijde i rychleji taktovaná sběrnice. To představuje pro procesory Intel a architekturu Core další možný výkonnostní růst - 1333 a později zřejmě i 1600 MHz FSB (Front Side Bus) - zejména procesory ze serverového segmentu trhu tím získají další výkon „navíc“.
Penryn dostane menší „facelift“ v podobě 45 nm, 6 MB L2 cache a SSE4 instrukcí. Díky 45 výrobní technologii se ze současných 143 mm2 a 293 milionů tranzistorů i přes větší L2 cache velikost jádra se zmenší k 100 mm2 s 410 miliony tranzistorů. Čtyřjádra se tak dostanou na 200 mm čtverečních a budou moci klesnout na ceně.
Jádro Penryn – 410 milionů tranzistorů, 6 MB L2 cache
Generace 45nm procesorů má u Intelu přijít již v 2. polovině letošního roku, ale nástup bude velice pozvolný a bude se zpočátku týkat spíše těch lukrativnějších částí trhu. Větší množství a mainstream desktopy přijdou na řadu podle nejnovějších informací až v 1. polovině roku 2008. Vzhledem k postupnému přechodu na nové výrobní technologie přijde mainstream a lowend jako poslední, zřejmě až ve 2. polovině roku 2008 - stejně jako je tomu bylo s architekturou Netburst, nebo s levnější variantou procesorů Core 2 Duo.
Trendy v oblasti výtěžnosti výrobních procesů
Dalším krokem po 45 nm bude pro Intel a „suché“ DUV fotolitografii zřejmě již EUV. Přechod na tuto novou technologii ale nebude vůbec snadný a bude také výrazně dražší. Kromě růstu ceny samotného zařízení z přibližně 30 milionů dolarů na 50 a více bude podstatně nákladnější i samotná výroba takto zpracovaných waferů. Pokud pomineme nutnost zpracovávat wafery pomocí EUV v ultravysokém vakuu (Ultra High Vacuum), výstup waferů za hodinu je s EUV oproti tradičním technikám s DUV stále několikrát nižší, což komerční nasazení pro masové zpracování waferů zatím neumožňuje.
Z konkurenčního boje na poli x86 procesorů pro zákazníka plyne zejména agresivní snižování ceny a velice dobrá nabídka procesorů ze všech segmentů trhu. Je tomu tak u obou rivalů, a to je jistě jen dobře. Rozložení procesorů, ceny a jejich výkonu vzhledem k ceně je velice dobré. Troufám si tvrdit, že jedno z nejlepších za poslední roky. Dvoujádro s maximální spotřebou 65 wattů se dnes dá koupit již za 2600,- včetně DPH. Všechno jen díky konkurenci a novým, vzájemně se překonávajícím architekturám…
AMD a Intel přirozeně nejsou jediní výrobci čipů, ačkoliv z hlediska osobních počítačů jsou pro nás v současnosti asi ti nejdůležitější. Je ovšem také zřejmé, že žádný výrobce procesorů a čipů nechce „zaspat dobu“, a tak inovace a miniaturizace jde napříč odvětvím. Od procesorů pro osobní počítače, přes ASIC až po SoC řešení například pro PDA. Krásnou ukázkou může být taky často diskutovaný procesor Cell od „Big Blue“, IBM.
Procesor Cell vyrobený s 65 nm výrobní technologií
S miniaturizací padá cena, roste možný zisk, frekvence a zároveň klesá spotřeba. Cell je jen další krásnou ukázkou možné miniaturizace a pokroku. Nezanedbatelný růst frekvence a výkonu při současném snížení spotřeby a za nižší cenu – to jsou hlavní argumenty 65 nm Cellu. O možnostech a procesoru Cell svědčí například i projekt RoadRunner s Cell BE, který bude kombinovat procesory s architekturou AMD64 díky dobře zvládnutému I/O, HT a škálovatelnosti. Nejtěžší výpočty pak odvedou jádra Cellu. S 65 nm se vývoj samozřejmě nezastaví a již dnes se počítá s 45 nm variantou. V roce 2010 tak má přijít Cell s 2 PPE jednotkami a 32 PSE, vyrobenými s pomocí zmiňované 45 SOI technologie. A výkon? Přes 1 TFLOPs.
Z vyšší integrace těží prostě všichni a stejným směrem postupují samozřejmě i další společnosti. Dokonalejší výrobní technologie a miniaturizace a přinesou die-shrink stávajících procesorů a jejich další generace. Z uživatelského hlediska přinese 45 nm výrobní technologie také menší převrat v oblasti procesorů na úrovni cache a tou je právě technologie eDRAM.
Na konferenci International Solid State Circuits Conference (ISSCC) IBM minulý týden ohlásilo další zlepšení eDRAM (embedded DRAM), které má přinést další zvyšování výkonu a nižší spotřebu. Výhodou je také výrazně menší potřebná plocha pro dosažení totožné kapacity (cca. třetinová) a o 80% nižší statická spotřeba. Celá rodina IBM procesorů je v současnosti založena na použití SOI technologie. V současnosti je již nasazována například v některých konzolích. Pro rok 2008+ se s ní ale počítá i v dalších procesorech, alespoň tedy u IBM.
Oblíbené téma většiny uživatelů PC - AMD vs. Intel. Uvedení Core 2 Duo přineslo značné změny v rozložení trhu a Intel po letech na výkonnostním chvostu přešel opět do vedení. Architektura Core překonává v hrubém teoretickém výkonu SSE a celočíselných operacích poměrně výrazně a změny jádra a obrovské propustnosti na úrovni cache přinesly procesorům Core 2 Duo oproti současným procesorům Athlon 64 X2 velice zřejmý výkonnostní náskok.
65 nm procesory zatím u AMD nepřinesly zásadnější změny. Tedy kromě uvedení samotné 65 nm výrobní technologie, díky které došlo ke zmenšení jádra. Právě to byla nezbytná podmínka pro možné uvedení čyřjádrových procesorů, kde jako první přijde na trh serverová varianta K8L, (v současnosti také zmiňovaná jako K10) s kódovým označením Barcelona. Čip to bude jedním slovem obrovský - plocha čipu je 283 mm
AMD Barcelona – největší (r)evoluce architektury AMD64
Skutečný výkon K8L (a nejdříve uvedeného jádra Barcelona) je zatím spíše nejasný, ačkoliv některé zatím publikované výsledky již něco naznačují. Pan Pat Patla z AMD rozhovoru uvedl, že špičkový výkon na jádro může být až o 80% vyšší, než mají v současnosti stejně taktované Opterony a navíc má Barcelona přinést o desítky procent lepší výsledky „performace per watt“. Růst efektivity je ale zřejmý, protože úpravy a 4 jádra se totožným TDP jistě přinesou podstatně lepší výsledky, ale zatím zmiňovaná čísla hrubého výkonu bych bral bez dalších informací s rezervou. Pravda je taková, že na skutečné výsledky v praktických testech, které mají samozřejmě nejvyšší výpovědní hodnotu, si budeme muset ještě nějaký ten měsíc počkat. Uvedení Barcelony ale již není daleko.
AMD a přechod na 45 nm výrobní technologii
AMD má pro tento rok a čtyřjádra cíle opravdu vysoko - v letošním roce dosáhnout 30% podílu na trhu s čtyřjádrovými serverovými procesory. I přes velice dobré výrobní kapacity s FAB 30, FAB 36 a možné proměnné kapacitě, kterou poskytne Chartered Semi, se to zdá být zatím poměrně obtížný úkol. Pokud samozřejmě Barcelona splní očekávání, díky zpětné kompatibilitě na úrovni socketu F (jinak také socketu 1207), jistě o zákazníky nebude nouze. Použita bude 65 nm SOI výrobní technologie.
Pro další generaci procesorů, vyrobené již 45nm procesem, AMD počítá s nasazením imerzní neboli „mokré“ litografie. Trik spočívá v ponoření waferu do tenké vrstvičky média, nejčastěji extrémě čisté vody nebo jiné kapaliny s potřebnými vlastnostmi. Použita bude také technologie SOI a zřejmě ultra Low-K dielektrikum pro mezispoje. O použití dalších technologií zatím není rozhodnuto nebo se jedná spíše o spekulace...
Intel zatím již na letošní rok připravuje 45 nm verzi procesorů Core 2 Duo a tak nikdy nekončící závody „zbrojení“ budou pokračovat ještě intenzivnějším tempem. Pro 45 nm Intel počítá stále s nasazením „suché“ fotolitografie, samozřejmě s použitím double patterningu a řadou dalších technik. Přijdou zde novinky v podobě kovových hradel a High-K dielektrika.
INTEL a výhody 45 nm výrobní technologie
Jak bude Intel reagovat na Barcelonu? Penryn bude první odpověď a s ním přijde i rychleji taktovaná sběrnice. To představuje pro procesory Intel a architekturu Core další možný výkonnostní růst - 1333 a později zřejmě i 1600 MHz FSB (Front Side Bus) - zejména procesory ze serverového segmentu trhu tím získají další výkon „navíc“.
Penryn dostane menší „facelift“ v podobě 45 nm, 6 MB L2 cache a SSE4 instrukcí. Díky 45 výrobní technologii se ze současných 143 mm2 a 293 milionů tranzistorů i přes větší L2 cache velikost jádra se zmenší k 100 mm2 s 410 miliony tranzistorů. Čtyřjádra se tak dostanou na 200 mm čtverečních a budou moci klesnout na ceně.
Jádro Penryn – 410 milionů tranzistorů, 6 MB L2 cache
Generace 45nm procesorů má u Intelu přijít již v 2. polovině letošního roku, ale nástup bude velice pozvolný a bude se zpočátku týkat spíše těch lukrativnějších částí trhu. Větší množství a mainstream desktopy přijdou na řadu podle nejnovějších informací až v 1. polovině roku 2008. Vzhledem k postupnému přechodu na nové výrobní technologie přijde mainstream a lowend jako poslední, zřejmě až ve 2. polovině roku 2008 - stejně jako je tomu bylo s architekturou Netburst, nebo s levnější variantou procesorů Core 2 Duo.
Trendy v oblasti výtěžnosti výrobních procesů
Dalším krokem po 45 nm bude pro Intel a „suché“ DUV fotolitografii zřejmě již EUV. Přechod na tuto novou technologii ale nebude vůbec snadný a bude také výrazně dražší. Kromě růstu ceny samotného zařízení z přibližně 30 milionů dolarů na 50 a více bude podstatně nákladnější i samotná výroba takto zpracovaných waferů. Pokud pomineme nutnost zpracovávat wafery pomocí EUV v ultravysokém vakuu (Ultra High Vacuum), výstup waferů za hodinu je s EUV oproti tradičním technikám s DUV stále několikrát nižší, což komerční nasazení pro masové zpracování waferů zatím neumožňuje.
Z konkurenčního boje na poli x86 procesorů pro zákazníka plyne zejména agresivní snižování ceny a velice dobrá nabídka procesorů ze všech segmentů trhu. Je tomu tak u obou rivalů, a to je jistě jen dobře. Rozložení procesorů, ceny a jejich výkonu vzhledem k ceně je velice dobré. Troufám si tvrdit, že jedno z nejlepších za poslední roky. Dvoujádro s maximální spotřebou 65 wattů se dnes dá koupit již za 2600,- včetně DPH. Všechno jen díky konkurenci a novým, vzájemně se překonávajícím architekturám…
AMD a Intel přirozeně nejsou jediní výrobci čipů, ačkoliv z hlediska osobních počítačů jsou pro nás v současnosti asi ti nejdůležitější. Je ovšem také zřejmé, že žádný výrobce procesorů a čipů nechce „zaspat dobu“, a tak inovace a miniaturizace jde napříč odvětvím. Od procesorů pro osobní počítače, přes ASIC až po SoC řešení například pro PDA. Krásnou ukázkou může být taky často diskutovaný procesor Cell od „Big Blue“, IBM.
Procesor Cell vyrobený s 65 nm výrobní technologií
S miniaturizací padá cena, roste možný zisk, frekvence a zároveň klesá spotřeba. Cell je jen další krásnou ukázkou možné miniaturizace a pokroku. Nezanedbatelný růst frekvence a výkonu při současném snížení spotřeby a za nižší cenu – to jsou hlavní argumenty 65 nm Cellu. O možnostech a procesoru Cell svědčí například i projekt RoadRunner s Cell BE, který bude kombinovat procesory s architekturou AMD64 díky dobře zvládnutému I/O, HT a škálovatelnosti. Nejtěžší výpočty pak odvedou jádra Cellu. S 65 nm se vývoj samozřejmě nezastaví a již dnes se počítá s 45 nm variantou. V roce 2010 tak má přijít Cell s 2 PPE jednotkami a 32 PSE, vyrobenými s pomocí zmiňované 45 SOI technologie. A výkon? Přes 1 TFLOPs.
Z vyšší integrace těží prostě všichni a stejným směrem postupují samozřejmě i další společnosti. Dokonalejší výrobní technologie a miniaturizace a přinesou die-shrink stávajících procesorů a jejich další generace. Z uživatelského hlediska přinese 45 nm výrobní technologie také menší převrat v oblasti procesorů na úrovni cache a tou je právě technologie eDRAM.
Na konferenci International Solid State Circuits Conference (ISSCC) IBM minulý týden ohlásilo další zlepšení eDRAM (embedded DRAM), které má přinést další zvyšování výkonu a nižší spotřebu. Výhodou je také výrazně menší potřebná plocha pro dosažení totožné kapacity (cca. třetinová) a o 80% nižší statická spotřeba. Celá rodina IBM procesorů je v současnosti založena na použití SOI technologie. V současnosti je již nasazována například v některých konzolích. Pro rok 2008+ se s ní ale počítá i v dalších procesorech, alespoň tedy u IBM.
