14-nanometrowy proces technologiczny
W ubiegły poniedziałek odbyła się konferencja Advancing Moore’s Law in 2014, na której Intel ujawnił szczegóły odnośnie swoich dwóch najważniejszych nowości nadchodzących miesięcy – 14-nanometrowego procesu technologicznego, a także nowej generacji procesorów o nazwie kodowej Broadwell. Obydwa aspekty są ze sobą powiązane i razem powinny wprowadzić niemałą rewolucję na rynku komputerów i urządzeń mobilnych. Czego zatem powinniśmy się spodziewać?
Intel ma strategię, która zakłada, że nowe generacje procesorów będą pojawiać się w krokach TICK-TOCK, gdzie TICK oznacza przejście na niższy proces produkcyjny, a TOCK wprowadzenie nowej mikroarchitektury. Tak się składa, że najnowsze modele Haswell (i Haswell Refresh) wprowadziły nową mikroarchitekturę, a więc nadchodząca generacja Broadwell będzie się wyróżniać niższą technologią wykonania – w tym przypadku 14-nanometrową.
Prezentacja tabletów z procesorami Broadwell na IDF14
Nowa technologia jest już dopracowana i tylko czeka na wdrożenie do masowej produkcji – obecnie są do niej przystosowane fabryki D1x w Oregonie i FAB 42 w Arizonie, a w przyszłym roku dołączy do nich jeszcze FAB 24 w Irlandii.
Producent twierdzi, że technologia została dostosowana do wszystkich segmentów rynku – począwszy od słabszych układów dla urządzeń mobilnych, a skończywszy na topowych procesorach dla serwerów.
Niższy proces produkcyjny oznacza więcej problemów z opakowaniem tranzystorów. W związku z tym zdecydowano się zastosować 2. generację tranzystorów Tri-gate (FinFET) – zmiany polegają na zmniejszeniu ilości, przy jednoczesnym zmniejszeniu odległości i wydłużeniu poszczególnych krzemowych żeber tranzystorów.
Poniżej prezentacja, która bardziej szczegółowo omawia 2. Generację tranzystorów Tri-gate.
Dzięki takiemu rozwiązaniu poprawie ulegnie opakowanie tranzystorów na danej powierzchni – przykładowo, komórka pamięci SRAM wykonana w 22 nm (1. generacja Tri-gate) ma powierzchnię 0,108 µm², natomiast w 14 nm (2. generacja Tri-gate) już tylko 0,0588 µm².
Przejście na niższy proces technologiczny oznacza również niższe koszty wyprodukowania tranzystora. Nie wpływa to aż tak na cenę samego procesora, bo ten z generacji na generację zawiera ich coraz więcej.
Intel chwali się, że ma przewagę nad konkurencyjnymi rozwiązaniami IBM i TSMC. Podczas, gdy w 22-nanometrowej technologii wprowadził 1. generację tranzystorów FinFET, konkurencja jeszcze bazuje na tranzystorach planarnych. Teraz, gdy wprowadza 14-nanometrowy proces z 2. generacją FinFET, inne firmy dopiero planują wdrożenie 1. generacji takiego rozwiązania.
Co oznacza niższy proces produkcyjny dla zwykłego użytkownika? Przede wszystkim wyższą efektywność energetyczną procesorów – pobór mocy się zmniejszy, a oferowana wydajność zwiększy. Każde przejście na niszą technologię przynosi mniej więcej 1,6-krotny wzrost wydajności w przeliczeniu na wat pobieranej mocy.
W przypadku modeli Broadwell-Y ma być jeszcze lepiej, bo wzrost efektywności energetycznej będzie ponad 2-krotny.
Intel Core M – pierwsze procesory Broadwell
Jak już wspominaliśmy, 14-nanometrowy proces produkcyjny zadebiutuje w procesorach z generacji Broadwell. Nowa mikroarchitektura została zoptymalizowana w taki sposób, aby mogła w pełni wykorzystać potencjał niższego procesu technologicznego.
Broadwell to tylko ewolucja mikroarchitektury Haswell. Mimo to powinniśmy się spodziewać 5% wzrostu instrukcji wykonywanych w jednym cyklu zegara (IPC - Instructions Per Cycle).
Modernizacji ulegnie również zintegrowany układ graficzny, co zaowocuje wzrostem wydajności w środowisku 3D (np. grach) i akceleracji obliczeń. Grafika z procesorów Broadwell będzie zgodna z DirectX 11.2, OpenGL 4.3 i Open CL 1.1/2.0. Przy okazji będzie ona natywnie wspierać rozdzielczości 4K i Ultra HD.
Jeszcze w tym roku zadebiutują procesory Core M (nazwa kodowa Broadwell-Y), które znajdą zastosowanie w tabletach i słabszych laptopach. Producent zapowiedział, że pierwsze takie urządzenia trafią na sklepowe półki w okresie świątecznym, a powszechnej dostępności powinniśmy się spodziewać w pierwszej połowie 2015 roku.
Nowe procesory będą mniejsze względem ich odpowiedników z rodziny Haswell – powierzchnia zostanie zredukowana o 50%, a grubość o 30%. Zmniejszeniu ulegną również punkty lutownicze, łączące układ (w obudowie BGA) z płytą główną komputera.
Mniejsza grubość procesora to też skutek wprowadzenia technologii 3DL, a więc czegoś w rodzaju wcięcia w płycie głównej na wystające kondensatory procesora. Rozwiązanie to ma jeszcze poprawić efektywność energetyczną – wspólnie z 2. generacją zintegrowanych regulatorów napięcia FIVR.
Urządzenia z nowymi procesorami zostaną wyposażone w zaawansowany system, który pozwoli na dynamiczne zarządzanie wydajnością w zależności od temperatury podzespołów. Podlegać mu będzie nie tylko procesor (w tym przypadku poprzez stany energetyczne), ale też pozostałe podzespoły i elementy konstrukcji.
Układy Core M zostały zaprojektowane w taki sposób, aby pobierać jak najmniej mocy. Producent chwali się, że ich współczynnik TDP jest 2-krotnie mniejszy względem odpowiedników z rodziny Haswell (przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności).
Po co te wszystkie zmiany? Przede wszystkim, aby odchodzić urządzenia mobilne i zwiększyć ich czas pracy na wbudowanej baterii. W końcu branża komputerowa dąży do miniaturyzacji.
Przy okazji pomyślano też o urządzeniach z bezgłośnym systemem chłodzenia. Ze względu na ograniczone rozmiary, możliwości odprowadzania ciepła są w pewien sposób ograniczone. Nowe procesory pozwolą nawet na tworzenie pasywnych konstrukcji o grubości 8 - 10 mm.
Układy Core M to nie wszystko co Intel ma do zaoferowania. W nadchodzących miesiącach zostaną zaprezentowane kolejne procesory bazujące na mikroarchitekturze Broadwell i 14-nanometrowym procesie technologicznym. Pozostaje więc czekać…
