14Nm Broadwell, 20nm Exynos zeigen, dass Moores Gesetz lebendig und gut ist

Moores Gesetz ist zurück. Oder vielleicht hat es nicht wirklich geendet, sondern nur ein bisschen Urlaub gemacht.

Es wurde befürchtet, dass sich das Moore-Gesetz - das angibt, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Chip alle zwei Jahre verdoppelt - verlangsamt, da der Übergang von Intel zu einem 14-nm-Prozess länger als erwartet gedauert hat und die allgemeineren Gießereien für die Herstellung von Chips später als erwartet sind üblich bei der Lieferung ihres nächsten Prozesses. Aber für mich ist die große Erkenntnis aus der Broadwell-Ankündigung von Intel in der vergangenen Woche sowie Samsungs weniger angekündigten Kommentaren, dass ein 20-nm-Anwendungsprozessor in seinem neuesten Smartphone ausgeliefert wurde, dass die Skalierung der Chips trotz einiger Verzögerungen fortgesetzt zu werden scheint.

Die Broadwell-Ankündigung kam etwas spät. Ursprünglich hatte Intel geplant, Chips bis Ende 2013 auszuliefern und eine vollständige Produktreihe von 14-nm-Notebooks auf den Markt zu bringen. Aber Intel hat letzte Woche eine Menge Details bekannt gegeben, die zeigten, dass es bei 14nm große Fortschritte gemacht hat. Die technischen Daten sehen besser aus, als viele erwartet hatten.

Wie auf der Computex im Juni angekündigt, wird der erste 14-nm-Chip von Intel Broadwell-Y sein, wobei Y für die leistungsärmste Version des Chips steht und unter dem Namen Core M vermarktet wird. Dieser Chip stand letzte Woche im Mittelpunkt des Interesses Ankündigung, die zahlreiche Spezifikationen zum Chip und zum 14-nm-Prozess von Intel enthielt, einschließlich der zweiten Generation der sogenannten "Tri-Gate" -Transistoren (die andere als FinFETs bezeichnen).

Das praktische Ergebnis dieser Chips ist, dass sie lüfterlose Tablets und Laptops mit einer Dicke von weniger als 9 mm ermöglichen und das Core-Design auf lüfterlose Systeme übertragen. Laut Rani Borkar, dem Vice President für Platform Engineering bei Intel, hat Intel die CPU-Kernleistung zwischen 2010 und 2014 verdoppelt, die Grafikleistung um das Siebenfache erhöht und den Strombedarf um das Vierfache reduziert. Dies ermöglicht Systeme mit der halben Akkugröße, aber der doppelten Akkukapazität Leben.

Intel Senior Fellow Mark Bohr präsentierte viele der technischen Details und zeigte, wie die Transistoren in fast allen Dimensionen skaliert haben, wie in der obigen Folie gezeigt. Einige der Messungen waren bei einem Moore's Law-Clip, andere waren besser, andere waren etwas schlechter, aber die Kombination sieht sehr stark aus. (Beachten Sie, dass die Bezeichnung des Prozessknotens ursprünglich der Größe des kleinsten Features entsprach und dass bei einer Verringerung des Gate-Abstands um 0, 7 die Transistoren halbiert würden.) Interessanterweise beträgt die Höhe der Transistorlamellen im neuen Verfahren größer (jetzt 42 nm im Vergleich zu 34 nm), was zu höheren und dünneren Rippen führt, was zu einer besseren Leistung und einer geringeren Leckage führen sollte.

Insgesamt sagte Bohr, dass die Größe einer SRAM-Speicherzelle auf einer CPU (eine der Standardzellen, die beim Chip-Design verwendet werden) von 0, 88 um ² auf 0, 0588 um ² abnehmen würde, was einer Verringerung der Größe um 54 Prozent entspricht. Und für den Logikbereich des Chips, sagte er, verbesserte sich die Skalierung weiter auf das 0, 53-fache pro Generation. (Angesichts der Probleme bei der Chip-Skalierung ist dies sehr beeindruckend, zumal das Verfahren immer noch Immersionslithographie verwendet, da die Lithographie mit extremem Ultraviolett oder EUV noch Jahre entfernt ist.) Als Ergebnis sagte er, Intel habe "echte 14 nm", die es liefert sowohl dichter als auch schneller als das, was andere Gießereien 14nm oder 16nm nennen.

Bohr sagte, dass jede Generation fortfährt, Verbesserungen in der Leistung, in der aktiven Energie und in der Leistung pro Watt zur Verfügung zu stellen. Laut Bohr hat Intel die Leistung pro Watt mit jeder neuen Generation um das 1, 6-fache gesteigert, während Broadwell-Y aufgrund des Tri-Gates der zweiten Generation mehr als die doppelte Leistung pro Watt im Vergleich zur aktuellen Generation liefern wird Transistoren, eine aggressivere physikalische Skalierung, eine enge Zusammenarbeit zwischen den Prozess- und Entwicklungsteams und Verbesserungen der Mikroarchitektur.

Eine der großen Fragen, die viele Analysten zu Moores Gesetz gestellt haben, ist die Überzeugung, dass neue Prozessknoten zwar mehr Transistoren auf demselben Raum platzieren können, die Kosten für die Herstellung der Transistoren jedoch nicht weiter sinken werden Zum Teil, weil bei 20 nm und darunter viele Prozessschritte eine "Doppelstrukturierung" unter Verwendung von Immersionslithographie erfordern. Aber Bohr zeigte Dias, die zeigten, dass die Kosten pro Transistor weiter sinken. Einige neue Techniken haben dazu beigetragen, die Kosten an diesem Knotenpunkt um mehr als üblich zu senken. "Für Intel sinken die Kosten pro Transistor mit dieser 14-nm-Prozesstechnologie weiter, wenn auch etwas schneller", sagte er.

Während die 14-nm-Ausbeute anfänglich unter der 22-nm-Ausbeute lag (was zur Verzögerung beitrug), sind Bohr zufolge die Ausbeuten jetzt "im gesunden Bereich" und verbessern sich, da 14-nm-Produkte dieses Jahr in Oregon und Arizona und nächstes Jahr in Irland hergestellt werden.

Für den Broadwell Y sagte Intel, dass eine Kombination aus Prozesstechnologie und Design doppelt so viel Energie gespart hat, wie herkömmliche Skalierung liefern würde. Zu den Änderungen gehört die Optimierung des Chips für die Leistung bei niedriger Spannung. Insgesamt sollte das Paket (das die Matrize und die umgebende Platine enthält) etwa 25 Prozent weniger Platinenfläche einnehmen als die Haswell U / Y-Teile (Low Power), wobei alle Abmessungen reduziert werden.

Stephan Jourdan, Intel Fellow in der Platform Engineering Group, sagte, dass der CPU-Kern selbst etwa 5 Prozent mehr Single-Thread-Anweisungen pro Zyklus liefern würde, während der Chip bedeutendere Verbesserungen bei Grafik und Medienverarbeitung bietet (z. B. 20 Prozent mehr Rechenleistung) und bis zu der doppelten Videoqualität). Darüber hinaus werden jetzt 4K-Auflösungen sowie die aktuellsten DirectX- und Open CL-Softwaretreiber unterstützt, wodurch ein Problem behoben wird, das Intels integrierte Grafik bisher hatte.

Core-M-Systeme mit dem 14-nm-Broadwell-Y-Chip sollten rechtzeitig zur Weihnachtszeit auf den Markt kommen, und andere Mitglieder der Broadwell-Familie werden voraussichtlich in der ersten Jahreshälfte 2015 auf den Markt kommen. Weitere Einzelheiten werden voraussichtlich im Intel Developer Forum im nächsten Monat bekannt gegeben.

Die anderen wichtigen Neuigkeiten stecken in den Geschichten über das Galaxy Alpha. Samsung sagte, dass viele Modelle des Telefons sein neues Exynos 5 Octa (Exynos 5430) System on Chip (SoC) verwenden werden, das mit einem 20-nm-High-k / Metal-Gate-Prozess hergestellt wird. Während dieser Chip keine radikal neuen CPU-Funktionen aus der früheren 28-nm-Version des Exynos 5 Octa bietet, arbeiten vier 32-Bit-ARM-Cortex-A15-Chips mit bis zu 1, 8 GHz und vier Cortex-A7-Chips mit bis zu 1, 3 GHz In einer big.LITTLE-Konfiguration ist dies der erste Versand von ARM-Chips mit einem 20-nm-Prozess, der laut Samsung einen um 25 Prozent geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Darüber hinaus unterstützt es jetzt Displays mit einer Größe von bis zu 2.560 x 1.600 Pixeln und verfügt über eine native H.265-Decodierung. (Hinweis: In US-Versionen des Telefons wird wahrscheinlich stattdessen der Qualcomm Snapdragon 801 verwendet, wobei US-amerikanische Netzbetreiber hauptsächlich die LTE-Technologie von Qualcomm unterstützen.)

Das Besondere daran ist der 20-nm-Anwendungsprozessor, der anscheinend der erste ist, der ausgeliefert wird (außerhalb des 22-nm-Prozesses von Intel). Solche Chips wurden früher erwartet, aber während Qualcomm über ein 20-nm-Modem verfügt, wird der 20-nm-Snapdragon-810-Anwendungsprozessor erst in der ersten Jahreshälfte 2015 erwartet. Andererseits gibt es Gerüchte, dass Apple einen 20-nm-A8-Prozessor ankündigen und ausliefern wird für das kommende iPhone 6.