Техпроцесс Intel 18A-P появится в процессорах Diamond Rapids и Nova Lake, обеспечивая подачу питания с обратной стороны кристалла и прирост частоты за счет использования GAA-транзисторов с технологией Power Boost.
Процессоры Intel Diamond Rapids и Nova Lake готовы первыми получить преимущества 18A-P, обеспечивая двузначный прирост частоты при низком и высоком напряжении
На конференции Hot Chips компания Intel раскрывает дополнительные подробности о своем техпроцессе 18A-P, который использует GAA-транзисторы с подачей питания с обратной стороны кристалла (GAA-BSPD), технологию Power Boost и увеличенное количество слоев металлизации, чтобы обеспечить на 30% более высокую рабочую частоту при низких напряжениях на «серийном» кремнии x86.
- Техпроцесс Intel 18A-P от Intel Foundry обеспечивает более чем на 9% более высокую производительность при той же мощности или более чем на 18% более низкое энергопотребление при той же производительности по сравнению с Intel 18A.
- Intel 18A-P внедряет передовые методы управления деформацией для повышения подвижности носителей заряда и расширяет портфолио RibbonFET новыми опциями устройств, включая технологию Power Boost для повышения производительности в приложениях ИИ, мобильных устройствах и центрах обработки данных.
- Power Boost представляет новую архитектуру с двумя контактами и сверхнизким сопротивлением для увеличения тока стока и достижения более высоких частот при сохранении емкости, оставаясь полностью совместимой с правилами проектирования Intel 18A.
Исследовательская группа Futurum Research Group совместно с Intel раскрыла преимущества техпроцесса 18A-P, и похоже, что этот техпроцесс — не просто промежуточный шаг к 18A. Согласно этому новому исследованию, сочетание вышеупомянутых технологий было «намеренно» разработано для достижения прироста при низких напряжениях ради эффективности и при высоких напряжениях ради производительности.
Эти инновации могут заложить основу для новой многопоколенческой дорожной карты лидерства по производительности на ядро. Урожай FinFET был собран за четыре поколения совместной работы над устройствами и проектами. GAA с обратным питанием находится на первом шаге этой кривой, с измеренным приростом в 30% при низком напряжении и двузначными значениями при высоком, уже на серийном кремнии. Diamond Rapids и Nova Lake находятся на пути к тому, чтобы первыми получить преимущества 18A-P, а впереди еще межсоединения из рутения и стековая логика.
Технология GAA-транзисторов разработана для получения наибольшего прироста при низких напряжениях, а на высоком уровне технологии Intel с обратной подачей питания, такие как PowerVia, демонстрируют свой потенциал, прокладывая питание с обратной стороны пластины вместо того, чтобы размещать его в проводке над транзисторами чипа.
В исследовании утверждается, что показатель в 30% получен путем прямых измерений, основанных на сравнении ядер CPU, построенных на GAA с обратным питанием, с эквивалентами на FinFET во всем диапазоне рабочих напряжений. При напряжении 0,5 В ядра достигают на 30% более высокой рабочей частоты. Сравнение проводится при одинаковом напряжении на ядрах одного класса, чтобы изолировать вклад техпроцесса, а не архитектурных изменений.
Затворы RibbonFET оборачивают канал со всех четырех сторон, что позволяет Intel контролировать более низкие пороговые напряжения. Кроме того, перенос подачи питания на обратную сторону пластины снижает падение напряжения IR, уменьшая потери напряжения.
«Вся концепция обратной подачи питания сама по себе является улучшением в доставке питания при высоком напряжении. Это помогает при низком [напряжении], но при высоком напряжении у нас возникают большие просадки, где обратная подача питания очень эффективна для снижения потерь при передаче питания. … Сочетание обратной подачи питания с gate-all-around — это не случайность. Это объединение двух взаимодополняющих вещей. Так что у нас есть история как для низкого, так и для высокого напряжения».
Эрик Фетцер, научный сотрудник Intel
С техпроцессом 18A Intel уже продемонстрировала преимущества обратной подачи питания в преобразовании прироста устройства в частоту ядра, что привело к увеличению частоты на 5% при 1,1 В и на 7,5% при 0,95 В.
Также было раскрыто, что Intel 18A-P расширяет портфолио RibbonFET новыми опциями устройств, оптимизированными для различных целей проектирования, такими как W1 и W1.5 для маломощных устройств с низкой емкостью, в то время как W3P нацелен на высокопроизводительные устройства с Power Boost, обеспечивая на 10% более быструю работу без увеличения электрической нагрузки.
Кроме того, по сравнению с 18A, 18A-P снижает внешнее сопротивление на 20% для NMOS-устройств и на 12% для PMOS-устройств, обеспечивая более высокий ток и более высокие частоты при сохранении емкости.
Основываясь на тепловых инновациях, представленных в Intel 18A, Intel 18A-P дополнительно улучшает отвод тепла за счет улучшения материалов и передовых решений по терморегулированию на основе EDA. Intel 18A-P улучшает теплопроводность стека соединений на 50%, что приводит к общему улучшению теплового сопротивления всего стека на 20-40%.
Другие ограничения находятся в проводах, которые при более высоких напряжениях могут приводить к задержкам в межсоединениях, поскольку транзисторы быстрые, а провода остаются прежними. Intel теперь нацеливается на этот запас по межсоединениям, добавляя два дополнительных грубых слоя металлизации. Это проводка с низким сопротивлением в верхней части стека металлов, которая снижает RC-задержки межсоединений и перегрузку трассировки, что приводит к повышению частоты на 3% при 1,1 В и на 2% при 0,65 В, а также к снижению энергопотребления на 2%.
Intel также оценивает передовые материалы и методы упаковки, которые расширяют ее дорожную карту:
Дорожная карта применяет ту же логику для достижения прироста частоты при высоком напряжении. Вычитающий рутениевый межсоединение с воздушными зазорами, продемонстрированное в исследованиях Intel VLSI, снижает емкость примерно на 35% по сравнению с медью.3 Его преимущество возрастает при мелком шаге. Медь требует резистивного барьерного слоя со всех четырех сторон, который невозможно уменьшить, и сопротивление меди становится нелинейным, поскольку границы зерен доминируют при малых размерах. Рутений остается линейным при таких шагах, поэтому он выигрывает именно там, где сопротивление проводов ограничивает частоту.
В более отдаленной перспективе Intel исследует логику, уложенную в z-измерении, один тип логики поверх другого, так что сигналы проходят короткий вертикальный прыжок вместо длинного планарного маршрута. Шаманна напрямую связывает эту работу с масштабированием высокого напряжения.2 Оба рычага дорожной карты нацелены на то же ограничение межсоединений, которое сегодня атакуют четыре производственных рычага, но обещают продолжать прирост поколение за поколением, как это было достигнуто с FinFET.
Diamond Rapids станет одним из первых продуктов на 18A-P. И, по словам Intel, работа над ним началась на поколение раньше с Xeon 6+ «Clearwater Forest», что позволило перенести те же преимущества производительности на ватт E-ядер на P-ядра в Diamond Rapids.
С до 256 ядрами, что вдвое больше, чем в предыдущем поколении, появляется больше ядер для использования пропускной способности памяти. Intel переместила ввод-вывод в центр корпуса, чтобы каждое ядро имело равномерный доступ к памяти, что необходимо для рабочих нагрузок масштаба ИИ, а запас по частоте, который обеспечивает 18A-P, преобразуется в более высокую производительность на ядро.
«Вот что вы увидите в Diamond Rapids. Это начинается с базовой технологии, которая находится в ядрах. Мы используем преимущества 18A-P для увеличения как количества ядер, так и производительности этих ядер, а затем обновляем архитектуру, чтобы все это обеспечить».
Эрик Фетцер, научный сотрудник Intel
Подводя итог, можно сказать, что GAA с обратным питанием — это первый шаг Intel к многопоколенческой дорожной карте лидерства по производительности на ядро. Все начинается с 18A-P с его 30% приростом при низких напряжениях и двузначным приростом при высоких напряжениях на уже «серийном» кремнии, таком как семейство Xeon Diamond Rapids и семейство Nova Lake «Core», запуск которых запланирован на следующий год.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Hassan Mujtaba
