Processori Intel a 7 nanometri nel 2021. Ecco tutti i dettagli ufficiali

Nel corso dell’Investor Meeting 2019, il primo da due anni a questa parte, Intel ha annunciato i piani futuri sul fronte produttivo: l’azienda inizierà a produrre chip usando il suo processo produttivo a 7 nanometri proprietario nel 2021, in modo da fare una migliore concorrenza alle soluzioni prodotte a 5 nanometri presso la taiwanese TSMC.

Dopodiché Intel passerà ai 7 nanometri "plus" (7+ o 7nm+) nel 2022 e un anno più tardi ai 7 nanometri “plus plus” (7++ o 7 nm++), due versioni ulteriormente migliorate per fornire maggiori prestazioni e/o minori consumi.

Murthy Renduchintala, chief engineering officer e presidente della divisione Technology, Systems Architecture and Client di Intel, ha affermato che i 7 nanometri saranno in grado di fornire uno scaling due volte maggiore, un aumento delle prestazioni per watt del 20%, un progresso del 15% per quanto riguarda le prestazioni del transistor e una riduzione di quattro volte del tempo di progettazione rispetto ai 10 nanometri.

Si tratterà anche del primo uso commerciale da parte di Intel della litografia extreme ultraviolet (EUV), tecnologia che aiuterà a scalare per diverse generazioni produttive e accelerare la produzione. Si parla di produzione EUV tramite laser con lunghezza d’onda di 13,5 mm per layer selezionati, quindi l’azienda non si affiderà pesantemente al multi-patterning, una grande fonte di problemi con il processo a 10 nanometri.

Intel afferma che il prodotto che guiderà l’avanzate dei 7 nanometri sarà una “general purpose GPU” per datacenter AI e supercomputer basata su architettura Intel Xe. Probabilmente si tratta della soluzione che sarà adottata nel supercomputer Aurora.

Intel userà un approccio eterogeneo nella realizzazione della GPU, avvalendosi di tecnologie di packaging avanzate come EMIB e Foveros - come già anticipato. Non si tratterà perciò di una soluzione monolitica. “Sulla scia della prima GPU dedicata in arrivo nel 2020, la GPU general purpose a 7 nanometri dovrebbe arrivare sul mercato nel 2021”, ha sottolineato Renduchintala.

L’accelerazione sul fronte produttivo, dopo anni in cui Intel ha faticato a mettere a punto i 10 nanometri, si deve al fatto che il processo produttivo a 7 nanometri è stato sviluppato da un team differente in modo indipendente e parallelo ai 10 nanometri.

Nonostante l’adozione dei 7 nanometri nel 2021, Intel ha puntualizzato che la produzione in grandi volumi, anche detta high-volume manufacturing (HVM), inizierà nel 2022 e il processo produttivo non sarà usato solo per le GPU server, ma anche per le CPU server e a cascata altri prodotti.

Da qualche tempo Intel sta dotando la Fab 42 in Arizona di macchinari per la produzione a 7 nanometri e l’azienda ha intenzione di aggiornare anche gli altri impianti in Oregon, Irlanda e Israele. La produzione a 7 nanometri coesisterà con quella a 10 nanometri per qualche tempo, quindi facciamo un passo indietro e vediamo cosa ci attende più per l’immediato.

Nel corso dell’Investor Meeting l’azienda ha anzitutto ammesso i propri errori con questo processo produttivo, che arriva con un ritardo di diversi anni sul groppone.

Nel 2013 Intel aveva previsto che ai 14 nanometri sarebbe succeduto un processo a 10 nanometri in grado di garantire una densità di 2,7 volte maggiore, con nuove tecnologie come Self-Aligned Quad Patterning (SAQP), Contact over Active Gate (COAG), interconnessioni in cobalto e nuove tecnologie di packaging come EMIB e Foveros. Un piano ambizioso, con obiettivi non definiti in modo chiaro all’interno dei team e in ultima analisi troppo complesso e non gestito al meglio.

Di conseguenza la messa a punto dei 10 nanometri è slittata. Anche se Intel ha consegnato piccolissime quantità di chip Cannon Lake nel 2017, si è arrivati all’anno in corso, con circa 3/4 anni di ritardo sulla tabella di marcia. Un lasso di tempo che in campo tecnologico sono un’eternità. Per tamponare la situazione Intel ha presentato due miglioramenti del processo produttivo a 14 nanometri, chiamati 14+ e 14++.

I due processi sono riusciti a “estrarre” dal silicio più del 20% di prestazioni in più, nel passaggio dall’architettura Broadwell alla più recente Whiskey Lake. Di conseguenza Intel ha acquisito maggiore competenza su come migliorare un processo produttivo nel tempo, riuscendo al tempo stesso a compensare il passo falso con i 10 nanometri originari.

Renduchintala ha affermato che d’ora in poi l’arrivo di un nuovo processo produttivo segnerà per Intel un miglioramento in linea con la Legge di Moore e un altro avanzamento simile si vedrà alla fine del processo, confrontando la prima versione con l’ultima.

Intel ha annunciato che i primi processori a 10 nanometri saranno consegnati a partire da metà anno, sotto forma di piattaforme Ice Lake per notebook. I prodotti arriveranno sugli scaffali nell’ultimo periodo dell’anno, in tempo per le festività natalizie.

“Ci aspettiamo all’incirca prestazioni wireless tre volte più veloci, una capacità di transcodifica video 2 volte migliore, prestazioni grafiche due volte superiori e da 2,5 a 3 volte prestazioni superiori con carichi d’intelligenza artificiale rispetto ai prodotti di precedente generazione”.

Come si può vedere dal diagramma, Intel continuerà a usare l’architettura ring bus anche con Ice Lake, senza adottare il design mesh usato sulle CPU Core X, e ci sarà spazio anche per un controller USB C sul die.

Dopodiché Intel presenterà diversi prodotti a 10 nanometri, incluso un processore server nella prima metà del 2020 (Ice Lake-SP, già in test presso alcuni clienti selezionati), confermando le indiscrezioni che circolavano da qualche tempo, ma anche la famiglia di FPGA Agilex, il processore di inferenza Nervana NNP-I, una GPU general purpose e il SoC Snow Ridge pronto per il 5G.

Da qui al 2021, quando inizierà la prima produzione a 7 nanometri, Intel presenterà due miglioramenti dei 10 nanometri chiamati 10+ e 10++. Dopo Ice Lake, nel 2020 toccherà a Tiger Lake. Ancora non sappiamo se sarà basato sui 10 nanometri “plus” o sulla prima generazione, ma sarà il primo processore a integrare una GPU basata su architettura Xe (che forse in tale incarnazione prenderà il nome Gen12), affiancata da una nuova architettura, probabilmente Willow Cove, successore della Sunny Cove di Ice Lake.

La CPU, grazie alla nuova parte grafica, sarà in grado di gestire un monitor 8K o più schermi 4K. L’azienda ha sottolineato che Tiger Lake è già funzionante ed è in fase di test sia con Windows che Chrome OS, quindi lo sviluppo è pressoché ultimato.

Per quanto riguarda le prestazioni, Tiger Lake dovrebbe offrire capacità grafiche fino a quattro volte migliori rispetto ai processori Whiskey Lake attuali, anche se questo confronto riguarda un processore Whiskey Lake da 15 watt e un Tiger Lake da 25 watt.

Intel ha inoltre affermato che Tiger Lake sarà in grado di offrire prestazioni doppie rispetto a un processore Amber Lake a 5 watt, ma anche in questo caso il processore Tiger Lake usato per il confronto ha un TDP maggiore, pari a 9 watt. Si parla inoltre di prestazioni di codifica quadruplicate che consentono di gestire contenuti 8K60.

In ultimo, Intel ha affermato che i problemi di ritmo produttivo con i 14 nanometri termineranno all’incirca nel quarto trimestre e ha parlato anche di Lakefield. Come forse ricorderete, lo scorso dicembre Intel illustrò il concetto di CPU ibride x86, composte da un mix core x86 di classe Core e classe Atom.

L’idea, simile alla big.LITTLE delle soluzioni ARM integrate negli smartphone degli ultimi anni, diventerà realtà proprio con Lakefield e per farlo Intel si avvarrà di Foveros, la tecnologia di packaging 3D che permette di impilare core diversi su un interposer in cui sono contenute le interconnessioni.

Lakefield è nato dalla richiesta di un OEM di sviluppare un chip che consumasse 2mW in idle. Il prodotto, interamente realizzato a 10 nanometri (occupa 12 mm2), integra un singolo core Sunny Cove, quattro core Atom Tremont e una GPU Gen11.

Secondo gli ultimi test di Intel, in previsione di un debutto entro l’anno, Lakefield dovrebbe garantire un miglioramento del consumo in standby di 10 volte e un consumo attivo di 1,5/2 volte migliore rispetto a progetti precedenti a 14 nanometri, garantendo al tempo stesso un raddoppio delle prestazioni grafiche e una riduzione di due volte dell’area occupata.

Benché il chip sia nato dalla richiesta di un singolo cliente, sarà comunque a disposizione di tutti gli OEM che vorranno usarlo nei propri prodotti.

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