Intel следует плану по освоению пяти передовых техпроцессов за четыре года и теперь готова представить свои ангстремные техпроцессы 20A (2-нм) и 18A (1,8-нм) раньше, чем конкуренты из TSMC и Samsung. Генеральный директор компании Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) считает, что Intel 18A, который планируется использовать в массовых продуктах во второй половине 2024 года, «немного опережает» технологию TSMC N2 (2-нм), которая запланирована на второе полугодие 2025 года.

Техпроцессы Intel 20А и 18А привнесли две основные инновации: полевые транзисторы с круговым затвором (GAA) и технологию подачи напряжения на полупроводниковый кристалл с его обратной стороны PowerVia. Предполагается, что Intel 20A послужит для изучения всех особенностей этих инноваций, а Intel 18A станет «технологическим трамплином», при помощи которого Intel рассчитывает восстановить своё лидерство в полупроводниковой промышленности. Intel планирует начать внедрение техпроцесса Intel 18A на своих фабриках в первом квартале 2024 года, а первые продукты, основанные на нём, станут доступны во второй половине 2024 года.

Источник изображений: Intel

TSMC планирует запуск массового производства по своему 2-нм техпроцессу N2 лишь во второй половине 2025 года. Кроме того, хотя N2 от TSMC будет использовать транзисторы GAA, схема подачи питания на кристалл, в отличие от Intel, останется традиционной. Это не мешает TSMC утверждать, что её улучшенная технология N3P, которая должна появиться в 2024 году, сможет обеспечивать сопоставимые с Intel 18A характеристики мощности, производительности и плотности транзисторов, а N2 превзойдёт как N3P, так и Intel 18A.

Гелсингер c этим не согласен, он уверен, что Intel 18A будет значительно превосходить TSMC N2 в производительности и энергоэффективности. Он также предположил, что внедрение N2 может в конечном итоге обойтись TSMC значительно дороже, что даст техпроцессам Intel ощутимое конкурентное преимущество.

В клиентском сегменте процессоры Intel Arrow Lake должны появиться во второй половине следующего года, и помимо нового разъёма LGA1851 должны запомниться тем, что будут содержать кристалл, выпускаемый компанией по технологии Intel 20A. Некоторые источники недавно попытались распространять слухи, что с выпуском таких чипов у Intel возникли проблемы, но глава компании развеял их и даже пообещал скоро продемонстрировать реальные образцы процессоров Arrow Lake.

Патрик Гелсингер и образец ускорителя вычислений Ponte Vecchio. Источник изображения: Intel

По слухам, Intel могла отказаться от использования собственного техпроцесса 20A в пользу 3-нм технологии TSMC, но Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger) на конференции Deutsche Bank назвал такие домыслы беспочвенными. Напротив, по его словам, Intel подняла собственные прогнозы по темпам перехода к массовому выпуску процессоров семейства Arrow Lake на собственных предприятиях. «Здесь всё выглядит весьма здоровым», — пояснил генеральный директор Intel. С точки зрения литографии техпроцесс Intel 20A будет интересен использованием структуры транзисторов RibbonFET и метода питания элементов с оборотной стороны кристалла PowerVia.

По его словам, массовое производство процессоров этой серии начнётся в следующем году, и уже на ближайших мероприятиях с участием руководства Intel сам Гелсингер намерен показать публике первые реальные образцы процессоров Arrow Lake. Тем более, что в июле он уже сообщал о получении специалистами Intel работоспособных образцов таких процессоров первой ревизии. Иными словами, не исключено, что первая демонстрация работающих образцов Arrow Lake в каком-то виде может произойти на ближайшем мероприятии Intel Innovation 2023, которое состоится уже 19-20 сентября. «Я с нетерпением жду возможности продемонстрировать их в ближайшем будущем. Если я собираюсь выпустить их в следующем году, я должен быть в состоянии показать их довольно скоро», — прокомментировал Гелсингер.

По слухам, процессоры Arrow Lake-S настольного класса будут до 21 % производительнее Raptor Lake-S, а их встроенная графика окажется в 2,4 раза быстрее. Новые процессоры будут предлагаться в исполнении LGA1851, который потребует использования не только новых материнских плат, но и модернизированных креплений для систем охлаждения процессора. Чипы Arrow Lake также будут поддерживать особые инструкции для ускорения работы с системами искусственного интеллекта.

Попутно Патрик Гелсингер рассказал, что компания Intel уверенными темпами осваивает пять новых техпроцессов за четыре года, как и планировалось. Технология Intel 7 уже давно используется при массовом производстве процессоров. Наращиваются объёмы выпуска компонентов по технологии Intel 4 для процессоров Meteor Lake, которые должны дебютировать в четвёртом квартале текущего года. В случае с техпроцессом Intel 3, первым представителем которого станут серверные процессоры Sierra Forest, компания тоже идёт с опережением графика, и уже в следующем полугодии наладит их массовый выпуск. Вскоре после этого начнётся выпуск по технологии Intel 3 и серверных процессоров Granite Rapids. После чего, как уже становится понятно, Intel освоит и выпуск процессоров Arrow Lake по технологии Intel 20A, и произойдёт это до конца 2024 года.

Процессоры Arrow Lake для ПК, которые Intel выпустит в 2024 году, улучшат характеристики в том числе благодаря новой технологии подачи напряжения на полупроводниковый кристалл с его обратной стороны. Компания протестировала технологию, и подтвердила, что она позволяет увеличить частоты, снизить падение напряжения и поднять плотность транзисторов.

Источник изображений: Intel

Intel заявила, что её перспективная технология, названная PowerVia, обеспечивает 6-процентный прирост частоты на тестовых чипах уже сейчас. Также на 30 % уменьшается падение напряжения под нагрузкой и снижаются рабочие температуры. Кроме того, благодаря вынесению питания на другую сторону чипа, разработчики получают возможность проектировать более плотные микросхемы.

В Arrow Lake, преемнике процессора Meteor Lake, который выйдет в 2024 году, Intel отделит линии напряжения от сигнальных линий, перенеся их на противоположную сторону чипа. Именно это решение Intel и называет именем PowerVia. «PowerVia это революционное изменение для межсоединений на кристалле, которое улучшает мощность, производительность, площадь и стоимость, то есть все важные параметры транзисторного дизайна», — сказал Бен Селл (Ben Sell), вице-президент Intel, работавший над технологией.

В Arrow Lake, которые будут производиться по техпроцессу Intel 20A, технология PowerVia будет соседствовать с транзисторами RibbonFET, которые должны дать дополнительные преимущества за счёт кругового затвора.

Аналогов технологии PowerVia нет пока ни у TSMC, ни у Samsung. Поэтому Intel обеспечит себе некоторый отрыв от конкурентов. Если PowerVia и RibbonFET появятся, как планируется, в 2024 году с производственным процессом Intel 20A, это даст Intel импульс в конкурентной борьбе, поскольку технология помогает уплотнять полупроводниковые кристаллы и повышать их энергоэффективность. Например, технология TSMC по подведению питания с задней стороны чипа ожидается не ранее 2026 года.

Включая PowerVia в свой массовый потребительский процессор, Intel рассчитывает, что она не приведёт к увеличению уровня брака. Чтобы подстраховаться, Intel проверила PowerVia на тестовых чипах с E-ядрами, созданных с помощью текущего производственного процесса Intel 4, используемого для некоторых частей Meteor Lake. И судя по всему, компания осталась довольна результатом настолько, чтобы сделать PowerVia стандартной составляющей техпроцесса Intel 20A.

PowerVia добавляет новые производственные этапы к тем сотням действий, которые требуются для изготовления чипа. После того как транзисторы выращены на лицевой стороне кремниевой пластины, её необходимо перевернуть, отшлифовать, отполировать и провести силовые схемы. На первый взгляд это увеличивает и производственные затраты, и время производства. Но удаление линий питания с передней части пластины освобождает место для коммуникационных линий, что упрощает дизайн и в целом ведёт к снижению себестоимости процессоров.

Внедрение PowerVia способно помочь и контрактному бизнесу Intel: клиенты компании, которые воспользуются технологией, смогут производить энергоэффективные решения, применимые для мобильных устройств, например, процессоры для смартфонов.