На конференции 2022 IEEE VLSI Symposium Intel показала презентацию техпроцесса Intel 4, который будет опираться на 4-нм технологию. Техпроцесс Intel 4 будет использоваться для многих грядущих процессоров, среди которых стоит отметить Meteor Lake. Следующий техпроцесс Intel 3 будет совместим по дизайну с Intel 4, что позволит переносить на Intel 3 продукты, разработанные под Intel 4. Собственно, именно это Intel и планирует сделать для Granite Rapids и Sierra Forrest, поскольку дизайн Granite Rapids разрабатывается под Intel 4, но затем будет производиться по Intel 3 в 2024.
Ниже приведены ключевые особенности Intel 4:
- Масштабирование плотности транзисторов для высокопроизводительных библиотек HP в два раза
- Использование EUV почти для всех шагов техпроцесса, чтобы снизить их количество
- Intel 4 обеспечит 20% прирост тактовой частоты по сравнению с Intel 7 при прежнем энергопотреблении
- Intel 4 изначально разрабатывается с учетом использования использование EMIB и FOVEROS
Сначала Intel объясняет, как компания сможет достичь более плотного расположения транзисторов. Конечно, главным фактором здесь является переход на меньшие структуры с меньшими расстояниями между ними. Для библиотек HP высота будет снижена с 408 до 240 нм. По ширине (poly pitch) можно ждать уменьшения с 60 до 50 нм. Библиотека HP в случае Intel 7 занимала площадь 24.480 нм², при переходе на Intel 4 ее получится сократить до 12.000 нм². Промежутки внутри библиотеки HP были тоже уменьшены. По Fin Pitch снижение составило с 34 до 30 нм, по Metal Pitch M0 – с 40 до 30 нм. Расстояния Fin Pitch и Metal Pitch теперь идентичны, что дает ряд преимуществ при производстве.
С техпроцессом Intel 7 была представлена технология Contact over active Gate (COAG). Теперь с Intel 4 она переходит на второе поколение. Контакт затвора в случае COAG (Gate Via) перемещается с наружной области библиотеки HP на внутреннюю. Второе поколение COAG с техпроцессом Intel 4 учитывает меньшие расстояния в библиотеке HP.
Поскольку на кристалле процессора расположено множество библиотек HP, причем довольно плотно, их следует изолировать. В техпроцессе Intel 7 использовались диффузионные барьеры (Diffusion Break) и технология ложного затвора (Dummy Gate). В случае Intel 4 они по-прежнему используются, но две области библиотеки изолируются одной диффузионной сеткой (Diffusion Grid), а не двумя.
Кристалл процессора состоит из нескольких слоев, от транзисторов до контактов, которые выводятся на внешнюю часть корпусировки. Техпроцесс Intel 7 опирается на 17 металлических слоев, у Intel 4 их уже 18. В таблице выше показаны слои вместе с параметрами Fin Pitch и Contacted Gate Pitch. Техпроцесс Intel 7 использует сплав кобальта и вольфрама для контактов, в случае Intel 4 применяется чистый вольфрам.
Отдельные металлические слои названы от M0 до M14 или M15. Последним добавляется контактный слой. Для Intel 7 в первых пяти слоях (от M0 до M4) используются кобальт и медь. С техпроцессом Intel 4 компания перешла на улучшенную медь (Enhanced Copper) с оптимизированными характеристиками.
При выборе материалов (медь, медные сплавы, кобальт и т.д.) Intel всегда приходится идти на компромисс между электрическим сопротивлением и электромиграцией. Чистый кобальт имеет хорошие свойства по электромиграции, но сравнительно высокое электрическое сопротивление. У меди сопротивление ниже, но ситуация по электромиграции хуже. И с оптимизированной медью eCu Intel планирует получить лучшее из двух миров.
Ниже приведен состав проводников:
Intel 7: медь
- Медные проводники с внешним слоем тантала, который уменьшает электромиграцию.
Intel 7: медный сплав
- Медный сплав заключен в слой нитрата тантала для уменьшения электромиграции.
Intel 4: улучшенная медь (Enhanced Copper)
- Внешний слой из тантала и кобальта с медным проводником внутри.
Техпроцесс Intel 4 нацелен на изготовление высокопроизводительных вычислительных чипов. Соответственно, планируются напряжения от 0,65 до 1,3 В. По сравнению с техпроцессом Intel 7, чиповый гигант планирует получить на 20% большие тактовые частоты при прежнем энергопотреблении, что показано на графике. При условии равных частот энергопотребление получится снизить на 40%.
Самым важным продуктом на техпроцессе Intel 4 станут процессоры Meteor Lake. Пока информации о них весьма немного. Meteor Lake будут состоять из вычислительного тайла с ядрами CPU, кристалла I/O, тайлов SoC и GFX. Отдельные кристаллы устанавливаются на подложку с помощью технологии 3D FOVEROS. В апреле Intel подтвердила, что компании удалось успешно запустить процессор Meteor Lake.
На слайде показан вычислительный тайл, который Intel планирует производить по техпроцессу Intel 4. Кристалл GFX, скорее всего, будет выпускать TSMC, а производством тайлов SoC и I/O вновь будет заниматься Intel, но не по техпроцессу Intel 4, а по более старому/крупному.
По фотографии кристалла Meteor Lake можно сделать вывод о раскладке с 6+8 ядрами. То есть шесть производительных ядер будут дополняться 2x 4 эффективными. Но перед нами один из возможных вариантов расширения Meteor Lake, могут быть другие дизайны тайлов в корпусировке и разное количество вычислительных ядер.
Подписывайтесь на группу Hardwareluxx ВКонтакте и на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
Мы рекомендуем ознакомиться с нашим руководством по выбору лучшего процессора Intel и AMD на текущий квартал. Оно поможет выбрать оптимальный CPU за свои деньги и не запутаться в ассортименте моделей на рынке.