Intel padomi 14 nm procesa tehnoloģija, plaša mikroarhitektūra

Intel izstrādātāju forumā pagājušajā nedēļā vairāki Intel inženieri atklāja daudz vairāk tehniskas informācijas par Core M procesoru, vispārējo Broadwell mikroarhitektūru un 14 nm procesu, kas ir tā pamatā.

Vecākais inženieris un CPU galvenais arhitekts Srinivas Chennupaty paskaidroja, ka, kaut arī Broadwell ir “ķeksītis” Intel “ķeksīša / pielocīšanas” ritmā (tas nozīmē, ka tas galvenokārt ir process, kas sarūk līdz 14 nm), Broadwell mikroarhitektūra ir paplašināta no Haswell arhitektūras. izmanto pašreizējos 22nm izstrādājumos. Lai gan lielākā daļa prezentācijas bija par mazjaudas Core M versiju, kas paredzēta planšetdatoriem, diviem vienā un bez ventilatoriem, viņš atzīmēja, ka šai arhitektūrai ir jāatbalsta plašs produktu klāsts no planšetdatoriem līdz Xeon serveriem.

Kopumā viņš sacīja, ka visa arhitektūra ir izstrādāta labākai dinamiskai enerģijas un siltuma vadībai ar samazinātu sistēmas ieslēgšanas (ChC) dīkstāves jaudu un palielinātu dinamisko darbības diapazonu, ļaujot tai strādāt plašākā enerģijas diapazonā.. Tāpēc Core M versija, kuras kopējais jaudas samazinājums ir tikai 4, 5 vati, darbojas bez ventilatoriem.

Daļēji tas ir saistīts ar uzlabotu jaudas pārvaldību pašā kodolā, piemēram, tādā veidā, kā tas var pielāgoties dažādiem jaudas stāvokļiem, lai vajadzības gadījumā tas joprojām varētu saņemt "turbo pastiprinājumu", nepārkarsējot procesoru, un tam ir uzlabots pilnībā integrēts spriegums. regulators (FIVR), kas paredzēts sprieguma mainīšanai tā, lai uzraudzītu maksimālo pieprasījumu un uzlabotu veiktspēju ar mazu jaudu. Tas arī piedāvā labāku visa risinājuma, ieskaitot atsevišķo platformas kontrolierīces centrmezglu (PCH) vai mikroshēmojumu, uzraudzību, lai PCH savukārt varētu samazināt jaudas savienotajām funkcijām, ļaujot saitēm nonākt mazjaudas stāvoklī tādām lietām kā SATA diskdziņi., PCI Express un USB. Tam ir aktīva ādas temperatūras pārvaldība, tāpēc mikroshēma pati var uzraudzīt tās temperatūru un attiecīgi pielāgot enerģijas patēriņu.

Pati mikroarhitektūra ar tādu pašu frekvenci var iegūt lielāku veiktspēju nekā iepriekšējā Hasvela paaudze, pateicoties tādām funkcijām kā lielāks ārpus pasūtījuma plānotājs, uzlabota adreses prognozēšana un vektoru un peldošā komata aprēķinu uzlabojumi.

Kopumā viņš teica, lai arī instrukcijas ar vienu vītni ciklā šajā paaudzē ir palielinājušās tikai nedaudz, tas viss piebilst, ka viena vītņa veiktspēja pēdējos 7 gados ir palielinājusies par 50% ar tādu pašu ātrumu.

Citas izmaiņas ietver jaunas šifrēšanas un drošības instrukcijas, labāku uzraudzību un dažus transakciju atmiņas paplašinājumu (pazīstamus kā TSX vai Transactional Synchronization Extensions) un virtualizācijas komandu (VT-x) uzlabojumus, kas bija iepriekšējā paaudzē.

PCH mikroshēmojums, kas pievienots Core M, ir pazīstams kā PCH-LP un faktiski tiek ražots 22 nm procesa laikā. Tas bija paredzēts, lai dīkstāvē izmantotu apmēram par 25% mazāk enerģijas un samazinātu aktīvo jaudu par aptuveni 20%. Tas ietver arī uzlabojumus audio un PCI Express glabāšanā.

Kopumā viņš sacīja, ka izmaiņas ļauj divreiz samazināt jaudu, nekā jūs varētu gaidīt no tradicionālās procesa mērogošanas, kā arī ar uzlabotām viena pavediena norādēm par pulksteni un vektora veiktspēju.

Līdzīgi uzlabojumi ir piemēroti arī grafikai, norāda vecākais inženieris un grafikas arhitekts Aditija Sreenivas. Šeit atkal mērķis bija veiktspējas / vatu uzlabojumi, piemēram, labāki dinamiskās jaudas un noplūdes raksturlielumi, optimizējot zemāka sprieguma darbībai; un mikroarhitektūras uzlabojumi, lai samazinātu dinamisko jaudu. Viņš atzīmēja, ka tas ir paredzēts darbam arī ar 6 un 10 vatu jaudu, iespējams, norādot uz jaunām versijām.

Faktiskā pati grafikas arhitektūra izskatās līdzīga iepriekšējai versijai, bet Core M ieviešanā izmantotā GT2 versija ir palielinājusies no 20 līdz 24 izpildes vienībām, kas tiek organizētas kā trīs "apakšlicences", katra ar 8 ES. (Citā sarunā Intel inženieris, kas koncentrējas uz skaitļošanas arhitektūru, sniedza grafikas versiju piemērus ar 12 un 48 ES, iesakot nākamās versijas.)

Viena būtiska atšķirība ir tā, ka šī versija atbalsta Direct X 11.2 un ir gatava DX12 un atbalsta Open GL 4.3 un Open CL 2.0. Tam vajadzētu nozīmēt, ka gandrīz visām spēlēm un lietojumprogrammām vajadzētu strādāt ar šeit attēlotajām grafikām, kaut arī ne vienmēr ar tādu pašu ātrumu, kādu redzētu diskrētā grafikas mikroshēmā. Bet kopumā šīs izmaiņas varētu radīt 40% uzlabojumu grafikas veiktspējā, salīdzinot ar iepriekšējo Haswell-Y sēriju.

Vēl viena liela izmaiņa ir koplietojamās virtuālās atmiņas (SVM) atbalsts OpenCL, ļaujot aprēķiniem izmantot gan CPU, gan GPU komponentus. Šķiet, ka tas būtībā ir tāds pats jēdziens kā heterogēno sistēmu arhitektūra (HSA), ko uzstāja AMD un citi.

Saskaņā ar Intel līdzstrādnieka un galvenā mediju arhitekta Honda Dzjana sniegto informāciju jaunajai arhitektūrai ir arī daži uzlabojumi mediju funkcijās. Viņš sacīja, ka mikroshēma tādām lietām kā Intel Quick Sync video un video pārkodēšana ļauj būt "divreiz ātrāka" nekā iepriekšējā versija ar uzlabotu kvalitāti. Turklāt tam tagad ir atbalsts VP8 dekodēšanai, kā arī AVC, VC-1, MPEG2 un MVC video; JPEG un Motion JPEG dekodēšana videokonferencēm un digitālai fotogrāfijai; un GPU paātrināta HEVC dekodēšana un kodēšana līdz 4K 30 kadriem sekundē. Papildus 4K video atļaušanai šīm izmaiņām vajadzētu ļaut par 25% ilgāku Full HD video atskaņošanu.

14 nm procesa tehnoloģija

Lai gan Intel jau iepriekš sniedza daudz informācijas par 14nm procesu tehnoloģiju, Marks Bohrs, Intel vecākais līdzstrādnieks, loģikas tehnoloģiju izstrāde, izgāja cauri jaunajam procesam un dalījās ar vairāk informācijas.

"Vismaz Intel gadījumā Mūra likums turpinās, " viņš teica, parādot slaidu, kas norāda, ka Intel gadiem ilgi katru paaudzi vidēji aprēķina 0, 7x tranzistoru mērogā un ka tā turpina to darīt. (Ņemiet vērā, ka, ja tā mērogojas abās dimensijās, jūs iegūtu jaunu tranzistoru, kura izmērs ir aptuveni par 50% lielāks nekā iepriekšējā paaudzē. Tas ir tas, ko Mūra likums tehniski paredz.)

Viņš runāja par to, kā šī bija Intel otrā paaudze tās "Tri-Gate" tranzistoros pēc 22nm ieviešanas (Intel lieto terminu "Tri-Gate", lai aptvertu tranzistorus, kur kanāls ir pacelts virs substrāta, piemēram, spuras, un vadības ierīci aptin visas trīs puses, struktūru, kuru lielākā daļa nozares dēvē par "FinFET" tranzistoriem). Viņš atzīmēja, ka, pārejot uz jauno procesu, attālums starp spurām samazinājās no 60 līdz 42 nm. spuru augstums faktiski palielinājās no 34nm līdz 42nm. (Iepriekš redzamajā slaidā "augstas k dielektriķis" ir dzeltenā krāsā; metāla vārtu elektrods ir zilā krāsā, izmantojot augsto k / metāla vārtu dizainu, ko Intel izmanto kopš tā 45nm mezgla.)

Pēc 14nm paaudzes viņš teica, ka mazākā kritiskā dimensija ir trīs vārtu spuras platums, kas bija apmēram 8 nm, bet citi kritiskie izmēri bija no 10nm līdz 42nm (attālumam starp spuras centra centru līdz centram no nākamā spuras piķa). Viņš atzīmēja, ka tranzistori bieži tiek izgatavoti ar vairākām spurām, un, samazinot spuru skaitu uz tranzistoru, tiek panākts labāks blīvums un zemāka kapacitāte.

Šajā paaudzē, pēc viņa teiktā, spuras solis samazinājās par.7x (no 60 līdz 42 nm), vārtu solis par.87x (no 90 līdz 70 nm) un savienojuma solis par.65x (no 80 līdz 52 nm), iegūstot kopējais vidējais ap vēsturisko.7x vidējais. Cits veids, kā to aplūkot, pēc viņa teiktā, bija vārtu un metāla piķa reizināšana, un tur viņš sacīja, ka Intel loģikas apgabala mērogošanai bija 0, 53, kas, viņaprāt, bija labāks nekā parasti. (Nerunājot par mani, es arī interesējos, ka Bohra slaidi parādīja Core M procesoru ar 1, 9 miljardiem tranzistoru tā 82 mm2 formātā, salīdzinot ar 1, 3 miljardiem, kas ir oficiālajā diagrammā; Intel PR atzina kļūdu un sacīja, ka 1, 3 miljardi ir pareizais skaitlis.)

Aplūkojot izmaksas par vienu tranzistoru, Bohrs piekrita, ka saražotā silīcija vafera izmaksas palielinās papildu maskēšanas soļu dēļ - dažiem slāņiem tagad ir nepieciešama divkārša un pat trīskārša shēma. Bet viņš teica, ka, tā kā 14 nm mezgls sasniedz labāk nekā parastais apgabala mērogojums, tas saglabā normālas izmaksas par tranzistora samazinājumu.

Patiešām, viņš parādīja diagrammas, kas norāda, ka Intel sagaida, ka šādi samazinājumi turpināsies arī nākotnē. Un viņš turpināja apgalvot, ka izmaiņas rada arī zemāku noplūdi un augstāku veiktspēju, tādējādi uzlabojot veiktspēju uz vienu vatu, kas, viņaprāt, uzlabojas ar 1, 6X paaudzē.

Viņš atzīmēja, ka, pārejot no Haswell-Y uz Core M, Intel, ja tā būtu bijusi neitrāla, tai būtu bijusi nāves atgriezeniskā saite, kas būtu 0, 51x lielāka par iepriekšējās mikroshēmas izmēru; Pēc viņa teiktā, ar papildu funkcijām, Core M panāca, ka die plātnes mērogošana ir 0.63x.

Bohrs sacīja, ka 14nm tagad tiek ražots apjomā Oregonā un Arizonā, un nākamā gada sākumā tas tiks sākts Īrijā. Viņš arī sacīja, ka, kamēr Intel agrāk bija divas tranzistoru versijas - augstsprieguma un ļoti zemas noplūdes -, tam tagad ir funkciju spektrs no lieljaudas līdz daudz zemākam līmenim ar dažādiem tranzistoriem, savstarpēji savienojamām kaudzēm utt.

Liela daļa no tā, šķiet, ir daļa no Intel virzības lietuvju telpā, kur tā veido mikroshēmas citiem uzņēmumiem. Patiešām, lietuvju biznesa ģenerāldirektors Sunit Rikhi iepazīstināja ar Bohr un vēlāk sniedza savu runu, parādot visas Intel piedāvātās iespējas. (Lai arī Intel ir progresīvas tehnoloģijas, tam nav pieredzes, ražojot mazjaudas mikroshēmas, kādas ir konkurentiem, piemēram, TSMC un Samsung. Tāpēc tas uzsver savu pārsvaru 14 nm ražošanā.)

Nākamais nākamais ir 10nm, un Bohrs saka, ka tagad tas bija "pilnā attīstības posmā" un ka viņa "dienas darbs" strādāja pie 7nm procesa.

Viņš sacīja, ka viņu ļoti interesē EUV (ekstrēmā ultravioletā litogrāfija), ņemot vērā tā potenciālu uzlabojot mērogošanu un procesa plūsmas vienkāršošanu, bet sacīja, ka tas vienkārši nav gatavs uzticamības un ražojamības ziņā. Viņš sacīja, ka ne 14nm, ne 10nm mezgli neizmanto šo tehnoloģiju, kaut arī viņš to būtu vēlējies. Viņš sacīja, ka Intel par to nenodod 7 nm un var bez tā ražot mikroshēmas šajā mezglā, lai gan viņš teica, ka ar EUV tas būs labāk un vienkāršāk.

Bohrs sacīja, ka pāreja uz 450 mm plāksnēm, sākot no 300 mm standarta, ko tagad izmanto visa nozare, palīdzētu samazināt tranzistoru izmaksas. Tomēr, pēc viņa teiktā, pilnīga rīku komplekta un pilnīgi jauna modeļa izstrāde maksā daudz, un tas būs atkarīgs no vairākiem lieliem uzņēmumiem, kas sadarbojas, lai visu to paveiktu. Viņš sacīja, ka nozare nav gluži vienojusies par īsto laiku, tāpēc ir pagājuši vairāki gadi.

Kopumā viņš teica, ka vēl neredzot mērogošanas beigas, un atzīmēja, ka Intel pētnieki meklē dažādus risinājumus tranzistoros, shēmā, savstarpējā savienojumā un atmiņā. Viņš sacīja, ka pēdējā laikā ir bijis daudz interesantu tehnisko dokumentu par tādām lietām kā III-V ierīces (izmantojot dažādus pusvadītāju materiālus) un T-FET (tuneļa lauka efektu tranzistori), un vienmēr nāk klāt kaut kas interesants.