Второе пришествие Intel? Процессоры Intel Alder Lake или что там с техпроцессом?

[ad#ad-1]

Компания Intel потратила очень много времени на освоение новых 10-и нанометровых технологических норм.

Изначально планы по освоению передового техпроцесса были намечены на 2015-2016 годы.

Планы Intel по освоению техпроцессов

Планы Intel по освоению техпроцессов

Однако на самом деле Intel по-настоящему не была заинтересована в форсировании развития этой технологии.

Что безусловно было большой ошибкой высшего менеджмента компании.

Рынок персональных компьютеров активно сокращался, а потому у компании не было особого желанию вкладывать десятки миллиардов долларов в строительство новых фабрик по производству полупроводников.

AMD по своей сути в то время бездействовала и до сих пор возилась со своей микроархитектурой Excavator.

Тем более, что Inel-овский 14-и нанометровый техпроцесс приносил хорошую прибыль и удовлетворял требованиям производительности в пересчёте на энергоэффективность.

Когда же стало ясно, что невозможно бесконечно использовать пускай и проверенный временем и значительно улучшенный 14-и нанометровый техпроцесс, то добавились и технологические проблемы.

Начиная с 2017-ого года капитальные вложения в освоение передовых техпроцессов всё же значительно выросли, не в последнюю очередь благодаря успехам фабрики TSMC и началу развития новой линейки процессоров Ryzen компании AMD.

Новый тонкий 10-и нанометровый техпроцесс компании Intel требовал применение так называемой технологии мультипаттеринга (Multiple Patterning).

Технология полупроводникового мультипаттернинга

Технология полупроводникового мультипаттернинга

Технология полупроводникового мультипаттернинга

Технология полупроводникового мультипаттернинга

Сейчас в общих чертах, я постараюсь объяснить, что это такое на очень простом примере.

У вас есть задача распечатать большое изображение, скажем площадью в один метр, однако в наличии вы имеет принтер, который работает только с листами формата A4.

Очевидно, что ваше оборудование имеет ограничение по работе с максимальным разрешением картинки, а также с максимальной площадью изображения.

Как же решить данную проблему?

А что, если существуют те или иные сложности с приобретением нового подходящего принтера (попросту нет денежных средств) или представим, что такой принтер вообще невозможно разработать по причине каких-либо технических трудностей (нужны кропотливые исследования)?

Выход довольно простой, нужно разбить большое изображение на множество листов формата A4 и затем распечатать каждое изображение на своём листе.

Технология мультипаттеринга при производстве процессоров на простом примере

Технология мультипаттеринга при производстве процессоров на простом примере

После чего остаётся только склеить все листы вместе, скажем с помощью скотча и в результате вы получите один большой рисунок.

На первый взгляд всё хорошо? Задача выполнена?

При таком способе печати неизбежно появляются дефекты при склейки общего изображения (где-то вы сделали микро-нахлёст одного листа на другой и т.д.).

Примерно тоже самое происходит, когда ты пытаешься освоить тонкие технологические нормы при технических ограничениях текущего оборудования для производства полупроводников и при использовании множества отдельных паттернов (кусочков рисунка).

Основой машиной по производству полупроводниковых схем являются так называемые степперы (Stepper).

Производство одно из степперов компании ASML

Производство одно из степперов компании ASML

С помощью очень сложных оптическим схем и света с очень короткими длинами волн, через специальный фотошаблон рисунок интегральной схемы переносится на кремниевую пластину обработанную фоторезистом, в результате чего и получаются всем известные нам центральные, графические и иные процессоры и чипы.

Как производят процессоры

Как производят процессоры

Фотошаблон с рисунком будущего процессора

Фотошаблон с рисунком будущего процессора

Готовая кремниевая пластина с процессорами

Готовая кремниевая пластина с процессорами

Степперы имеют классификации по происходящим процессам внутри и по используемой длинны волны света.

Deep Ultra Violet — (DUV или глубокий ультрафиолет) имеет длинну волны света в 193 нанометра.

Extreme Ultra Violet – (EUV или экстремальный (сверхжёсткий) ультрафиолет) с длинной волны всего в 13.5 нанометров.

Различия двух методов производства полупроводников (DUV vs EUV)

Различия двух методов производства полупроводников (DUV vs EUV)

Даже если особо не лезть в технические вопросы, чисто интуитивно становится понятно, что чем меньше длинна волны, тем более тонкие схемы с более высоким разрешением можно создавать.

Что такое техпроцесс процессора наглядно?

Что такое техпроцесс процессора наглядно?

Однако машины EUV более дорогие, сложные и менее производительные, чем классические машины DUV.

Поэтому Intel в качестве основы своего техпроцесса использовала DUV машины и технологию мультипаттеринга (Multiple patterning).

Даже при использовании такой технологии обычно можно добиться оптимального уровня брака, что же могло пойти не так?

Амбиции компании Intel заложили в 10-и нанометровый технологический процесс очень жёсткие технические требования по коэффициенту плотности получаемых процессоров.

10-и нанометровый техпроцесс должен стать плотнее чем 14-и нанометровый до 2.7 раз!

10 нанометров от Intel

0 нанометров от Intel

Что технически превосходит все поколения 7-и нанометровых техпроцессов фабрики TSMC, которые основаны на работе с DUV степперами!

P.S. Техпроцесс TSMC N7+ уже частично использует EUV литографию, так что теоретически уже плотнее Intel-овского 10 нанометрового.

А это значит, что придётся использовать большее количество отдельных кусочков изображения (паттернов), чтобы увеличить разрешение рисунка интегральной схемы и по итогу получить большое количество брака при «склеивании» итогового рисунка в единое целое, на кремниевой пластине.

В итоге компания Intel потратила ещё несколько лет на доработку своего передового техпроцесса, и что же в итоге получилось?

Первые попытки запуска 10-и нанометров

Изначально компания пробовала запустить мобильные процессоры Cannon Lake на 10-и нанометрах в 2018-ом году, которые, однако, были с таким уровнем брака, что графика и половину ядер в них были отключены.

Первенец Intel на 10 нанометрах: Cannon Lake Core i3-8121U

Первенец Intel на 10 нанометрах: Cannon Lake Core i3-8121U

В итоге процессоры пролетели мимо рынка и пользователей, а их было выпущено очень мало.

Об этом запуске Intel старается не вспоминать и истинным запуском своей новой литографии считает следующий год.

В 2019 году появляются мобильные процессоры под кодовом именем Ice Lake носящих в кремнии новую архитектуру ядер Synny Cove.

Процессоры Intel Ice Lake

Процессоры Intel Ice Lake

Энергопотребление новых процессоров удалось поднять, но новый уровень эффективности, стало возможным реализовывать дополнительные функции и более производительную графическую подсистему.

Но…

Но не смотря на выросший показатель IPC до 18% по сравнению со Skylake (инструкции выполняемые за один так процессора), частоты процессоров оставались на довольно низком уровне.

Производительность процессоров Intel Ice Lake

Производительность процессоров Intel Ice Lake

Многолетние оптимизации 14-и нанометрового техпроцесса позволяли работать чипам на его основе, на куда больших тактовых частотах, далеко уходящих за 4 ГГц.

Только самый старший процессор Ice Lake 1068NG7 мог похвастать базовой частотой в 2.3 ГГц и турбобустом на все ядра до 3.6 ГГц при TDP в 28 Ватт.

Линейка процессоров Intel Ice Lake

Линейка процессоров Intel Ice Lake

Первое поколение 10-и нанометровых норм не могло обеспечивать высокие тактовые частоты, чтобы более эффективно и эффектно конкурировать с собственной продукцией предыдущих поколений.

Наконец к концу 2020-ого года рынке появляются новые мобильные процессоры под кодовым именем Tiger Lake использующие новую версию 10-и нанометровго техпроцесса 10 nm SuperFin (Intel 10SF) и архитектуру ядер Willow Cove.

В новой версии удалось поднять производительность транзисторов на величину до 18% процентов и ещё больше оптимизировать показатели энергоэффективности.

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

Техпроцесс Intel 10 нанометров (10 SuperFin)

10SF и оптимизированная архитектура Willow Cove прежде всего были созданы с прицелом на повышения тактовой частоты.

В результате старший процессор линейки Tiger Lake при TDP в 28 Ватт имеет базовую частоту в 3 ГГц, а частоты в турбобуст для всех ядер могут доходить до 4.3 ГГц.

Линейка процессоров Intel Tiger Lake

Линейка процессоров Intel Tiger Lake

В линейки производительных мобильных процессоров Intel-H также появилось долгожданное обновление в виде 6 и 8-и ядерных процессоров серии Tiger Lake-H.

Производительные мобильные процессоры Intel Tiger Lake H

Производительные мобильные процессоры Intel Tiger Lake H

Производительность процессоров значительно возросла, как и улучшилась графическая составляющая, которая стала нести в себе архитектуру графических процессоров Intel Xe.

Такое положение дел воодушевляло, поскольку было понятно, что и уровень брака значительно снизился и стало возможным создавать высокопроизводительные процессоры, работающие на более высоких тактовых частотах.

Однако в настольный сегмент больших компьютеров 10-и нанометровый техпроцесс так и не пришёл…

Связано это прежде всего с тем, что требуется нарастить объёмы производства кремния по новым технологическим нормам, а также с новыми техническими оптимизациями.

Поэтому чтобы заткнуть получившуюся дыру в настольном сегменте компьютеров, Intel выкатила процессоры Rocket Lake которые пусть и несут более совершенную архитектуру, чем Skylake, тем не менее используют 14-и нанометровый техпроцесс.

Тем более, что разъём LGA1200 к сожалению уже отжил своё….

Настольные процессоры Intel Rocket Lake S

Настольные процессоры Intel Rocket Lake S

Но как же Intel на практике использовала появившееся окно и на что потратила свободное время?

Эволюция или Революция микроархитектуры x86?

Чтобы обеспечить более впечатляющую производительность для настольного сегмента компьютеров требуется не только новый техпроцесс, но и новая микроархитектура процессора.

Речь конечно же пойдёт о грядущих процессорах под кодовом именем Alder Lake, которая по заверениям Intel совершит революция в микроархитектурном мире процессоров x86.

Будущее 12-ое поколение процессор Intel Core под кодовом именем Alder Lake S

Будущее 12-ое поколение процессор Intel Core под кодовом именем Alder Lake S

Как минимум нашего внимания стоит сам способ построения гибридной архитектуры, которая впервые в семействе массовых настольных процессоров предложит малые и большие ядра.

Как всё сложится мы конечно же узнаем, так сказать на практике, ведь процессоры должны появится уже в этом году, скорее всего в ноябре-декабре месяце.

Ещё в 2019 году Intel заговорила о гибридных процессорных архитектурах, где благодаря передовым технологиям упаковки можно объединять различные кристаллы в единый целый организм.

Так называемая технология 3D стекирования Intel Foveros может объединять кристаллы, производимые по разным технологическим нормам и таким образом строить гибкие архитектуры для тех или иных задач.

Например, нет нужды делать часть интегральной схемы отвечающий за ввод/вывод используя сложные и дорогие технологически нормы.

Подложки делаются по 22-нанометровому техпроцессу, а ядра по 10-и нанометровому.

Первым представителем такого подхода стали процессоры семейства Lakefield, предназначенные для ультрапортативных устройств c TDP всего 5-9.5 Ватт.

Процессоры с гибридными ядрами Intel Lakefield

Процессоры с гибридными ядрами Intel Lakefield

Процессоры с гибридными ядрами Intel Lakefield

Процессоры с гибридными ядрами Intel Lakefield

Процессор имеет 5-и ядерную конфигурацию, а также интегрированный кристалл с графической подсистемой и оперативной памятью.

Подобная логика работы уже давно реализована в процессорах с архитектурой ARM и называется big.LITTLE.

Одно большое ядро представляет собой Synny Cove, а ещё четыре ядра класса Atom Tremont.

При этом более длительные нагрузки больше всего распределяются по маленьким ядрам, которые помогают Synny Cove.

Первое поколение процессоров Lakefield было всего лишь пробой пера и процессоры никогда не выпускались сверхмассовым тиражом и появились всего в нескольких моделей ноутбуков Samsung и Lenovo.

Такая проба перва в виде Lakefield предназначена для отработки технологии 3D стекирования (Foveros) и объединения кристаллов (Intel EMIB), выпускаемых по разным технологическим нормам.

Всё-таки тягаться по показателям энергоэффективности и производительности с ARM архитектурой (те же SoC Snapdragon), архитектуре x86 очень сложно, по определению.

Производительность Lakefield прежде всего задавлена рамками сверхнизкого энергопотребления, а вот в сегменте больших высокопроизводительных процессоров таких жёстких ограничений уже нет.

Intel Alder Lake будет представлять собой гибридную структуру содержащую 8 высокопроизводительных ядер Golden Cove, с поддержкой многопоточности и 8 ядер Atom Gracemont без поддержки многопоточности.

В сумме такая гибридная конфигурация даст до 16-и ядер и до 24-ёх потоков на выполнение инструкций.

Процессоры Intel Alder Lake S

Процессоры Intel Alder Lake S

Процессоры Intel Alder Lake S

Процессоры Intel Alder Lake S

Разумеется конфигурации процессоров будут иметь разное количество тех или иных ядер (Core i3/i5/i7/i9).

Архитектура малых ядер Gracemont представляет собой эволюцию ядер Tremont которые имеют довольно высокую производительность при пересчёте на энергопотребление.

Транзисторный бюджет на тратится на дополнительные блоки необходимые для реализации технологии Hyper Threading и не содержат в себе дополнительные регистры для поддержки инструкций AVX-512.

По моему мнению набор инструкций AVX-512 для обычных домашних компьютеров вовсе не нужен и только за зря расходует драгоценные транзисторы и увиливают площадь кристалла.

Более производительные ядра с чуть большим энергопотреблением Golden Cove предназначены для более основательной нагрузки, где требуется высокое распараллеливание задач.

Все ядра процессора будут выполнены по улучшенному 10-и нанометровому техпроцессу следующего поколения под названием Enhanced Super Fin (10ESF).

В сеть попал скриншот, где якобы утверждается что в плане производительности ожидается увеличение производительности до 20% при выполнении однопоточных задач, а при выполнении многопоточных задач можно получать прирост до двух раз!

Производительность процессоров Intel Alder Lake S

Производительность процессоров Intel Alder Lake S

К сожалению, не уточняется с какой архитектурой сравнивается производительность нового процессора.

Логично предположить, что всё-таки с Tiger Lake, ведь Golden Cove в Alder Lake это наследник «тигриных» ядер Willow Cove.

Если эти цифры окажутся правдивыми хотя бы на половину, то это уже будет большим прорывом, для линейки настольных процессоров Intel.

Конечно, в этом случае и стоимость на такие процессоры не будет уж столь демократичной, ведь на «сверхконкурентноспособный» продукт поставят и соответствующий ценник.

Напомню, что процессоры Alder Lake буду использовать новый разъём LGA1700, так что придётся использовать не только нвоые материнские платы, но ещё и обзавестись новыми кулерами, или креплениями под новый процессорный разъём.

Intel LGA 1200 vs LGA 1700

Intel LGA 1200 vs LGA 1700

Что касается тактовых частот будущих процессоров, то в сети также уже появились кое какие инженерные образцы, пока что находящиеся на довольно раннем этапе тестирования.

Пока засветились два образца работающие на базовых частотах в 1.8 и 2.2 ГГц.

Частота процессора Intel Alder Lake S

Частота процессора Intel Alder Lake S

Частота процессора Intel Alder Lake S

Частота процессора Intel Alder Lake S

Сообщается что максимальная трубо частота для больших ядер Golden Cove будет составлять 4 ГГц (все 8 ядер), а Turbo boost частота для малых ядер Gracemont до 3.4 ГГц для 4-ях ядер (частота для всех 8-и ядер неизвестна).

Базовый уровень TDP в режиме PL1 составляет 125 Ватт, расширенный уровень TDP PL2 до 228 Ватт (полная конфигурация чипа 8+8 ядер).

Не сказать, что этот уровень TDP является уж очень скромным и маленьким, но не стоит забывать про пересчёт производительности на единицу энергопотребления.

Впрочем, об уровне производительности сейчас говорить ещё очень преждевременно, но никто же не запрещает строить догадки?

К тому же процессор будет поддерживать новый стандарт PCI-Express 5.0, контроллер которого будет находится под крышкой процессора.

Блок схема системной логики Intel 600 и процессора Alder Lake S

Блок схема системной логики Intel 600 и процессора Alder Lake S

В любом случае такие контроллеры будут довольно-таки горячими и свою лепту в общий уровень TDP он также будет вносить.

По слухам процессоры 12-ого поколения Intel Alder Lake S предложит до 20 линий PCI Express (16 линий PCI Express 5.0 и 4 линии PCI Express 4.0 для скоростных NVME SSD накопителей).

Кроме того, в процессоре будет находится контроллер оперативной памяти стандарта DDR5 поддерживающий базовую частоту памяти в 4.800 МГц.

Оперативная память DDR5 от Geil

Оперативная память DDR5 от Geil

На старте продаж, очевидно, что память нового стандарта DDR5 будет очень дорогой и немалочисленной.

Поэтому процессор будет поддерживать и работу с памятью «классического» стандарта DDR4.

Конечно, память DDR4 и DDR5 несовместимы друг с другом, поэтому реализовываться логика работы с тем или иным стандартом будет уже на материнских платах с соответствующими слотами.

Насколько для обычного рядового пользователя сейчас актуально реализовывать память стандарта DDR5 и тем более протокола PCI-Express 5.0…?

Это делается прежде всего для унификации дизайна кремния и для будущего развития протокола связи Intel CXL.

Шина данных CXL позволит создать единый пул памяти между видеокартами, оперативной памятью и кешем процессора, что в итоге должно положительно сказаться на производительности компьютерных систем.

Шина данных Intel CXL

Шина данных Intel CXL

Шина данных Intel CXL

Шина данных Intel CXL

В общем время покажет, но в любом случае уже в этом плане Intel сможет заявить о себе, в качестве технологического лидера рынка.

Напомню, что переход на новый стандарт PCI Express версии 4.0 первой совершила компания AMD.

Второй вопрос, а насколько вообще актуальна такая гибридная архитектура малых и больших ядер для высокопроизводительных настольных компьютеров?

Если Intel удастся грамотно комбинировать задачи в зависимости от их специфики и раскидывать их по комплексам ядер, то толк, разумеется, будет.

Поскольку не все задачи требует большого распараллеливания и наличия технологии многопоточности Intel Hyper Threading.

Поскольку архитектура процессоров по большей части унифицирована, это значит, что гибридная архитектура Alder Lake появится и в мобильных процессорах для ноутбуков, где она будет более актуальной, чем даже для настольных ПК.

В любом случае будет интересно посмотреть на то, что же в итоге получится.

Даже появились слухи, что компания AMD уже прорабатывают подобные архитектурные схемы для своих будущих процессоров AMD Ryzen.

Как говорится, если звёзды загораются значит это кому-нибудь нужно.

Буду рад видеть ваше мнение в комментариях.

Подписывайтесь на мой канал, где регулярно выходят интересные ролики, и следите за новостями и обновлениями в официальных группах проекта на FB и VK.

https://www.youtube.com/ArtomU Обзоры гаджетов, девайсов, программ, компьютерного железа и аналитика компьютерного мира

https://www.youtube.com/c/ArtHardTales История изобретений и технологий

https://www.facebook.com/groups/ArtomU

https://vk.com/pclessons

Хороших и функциональных вам девайсов,

Удачного Вам дня:)


Оценить Заметку: 1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд (Cредний балл: 4,50 из 5)
Загрузка...
Комментарии и пинги к записи запрещены