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Intel reclama una ventaja de tres años en 10 nm, quiere redefinir los nodos de proceso

Intel tuvo un día tecnológico esta semana para discutir el futuro de sus propios chips de 14nm y 10nm, y presentó algunas afirmaciones impresionantes en el proceso. También estableció lo que cree que es una mejor métrica para calcular los nodos de proceso en el futuro, aunque sospechamos que TSMC, Samsung y GloFo pueden estar en desacuerdo.

La presentación de Intel se centró principalmente en dos temas relacionados: la fuerza y ​​las características de su nodo de 10 nm, y su propuesta para un nuevo (o más bien, un regreso a un antiguo) método para calcular el escalado del nodo del proceso.

Intel impulsa el «hiperescalado» en el nodo de 10 nm

Intel afirma que su nodo de 10 nm ofrecerá una mejora de 2,7 veces en la densidad de transistores en comparación con sus productos de 14 nm. Ese es un salto significativo con respecto a sus productos de 14 nm, y no es solo el resultado de las mejoras en varias métricas de fabricación de semiconductores. Intel ha mejorado su escalamiento de 10nm en comparación con 14nm mediante el uso de dos nuevas tecnologías específicas: puerta ficticia única y puerta de contacto sobre activo. Normalmente, las celdas lógicas utilizan un par de lo que se denominan «puertas ficticias» para aislar cada celda de sus vecinas. Intel ha encontrado un método para usar solo una puerta ficticia en lugar de usar un par de ellas y, como resultado, ha logrado recuperar importantes ahorros de espacio.

Cada puerta tiene varios contactos que se conectan a las capas de metal dentro de una CPU. Normalmente, estos contactos están desplazados desde la puerta. A 10 nm, Intel está moviendo el contacto directamente debajo de la puerta, lo que libera espacio adicional para el transistor. Todas estas ventajas combinadas es la razón por la que Intel afirma mejoras tan significativas en comparación con 14nm. Las diapositivas a continuación incluyen visualizaciones de estas mejoras y cómo mejoran colectivamente el nodo de proceso de 10 nm de Intel. Se puede hacer clic en todas las diapositivas para expandirlas en una nueva ventana.

La idea central del argumento de Intel es que estas nuevas tecnologías le darán una ventaja significativa sobre sus rivales y competidores en el sector de la fundición.

Intel contra todos en el nodo de 10 nm

Un punto importante de la presentación de Intel es en realidad algo que hemos discutido antes: cuando TSMC, Samsung, GlobalFoundries e Intel hablan de 14nm, los nodos de proceso que analizan no son idénticos. Cada fundición ha implementado diferentes tamaños de funciones y cada uno de sus nodos (16nm / 12nm para TSMC, 14nm para Samsung y GF) tiene sus propias características distintivas. Hasta cierto punto, la definición moderna de un nodo se ha convertido en «El grupo de tecnologías que volcamos periódicamente para mejorar algunos aspectos de la densidad de transistores, el consumo de energía y el rendimiento lo suficiente como para justificar el cambio a un nuevo número». El problema, al menos para Intel, es que cuando una empresa como Samsung anuncia una producción de 10 nm, en realidad es aproximadamente equivalente a los 14 nm de Intel, que debutó en 2014.

Para solucionar este problema, Intel ha descrito un método para calcular el tamaño del nodo de proceso que ponderaría ciertos factores de manera diferente a como se ponderan hoy. El director de integración y arquitectura de procesos de Intel, Mark Bohr, describió la fórmula en un editorial publicado por Intel:

Una métrica simple es el paso de la puerta (ancho de la puerta más el espacio entre las puertas del transistor) multiplicado por el paso mínimo del metal (el ancho de la línea de interconexión más el espacio entre las líneas), pero esto no incorpora el diseño de la celda lógica, que afecta la verdadera densidad del transistor. Otra métrica, el paso de la puerta multiplicado por la altura de la celda lógica, es un paso en la dirección correcta con respecto a esta deficiencia. Pero ninguno de estos tiene en cuenta algunas reglas de diseño de segundo orden …

En el otro extremo, simplemente tomar el recuento total de transistores de un chip y dividir por su área no es significativo debido a la gran cantidad de decisiones de diseño que pueden afectarlo; factores como el tamaño de la caché y los objetivos de rendimiento pueden causar grandes variaciones en este valor. .

Es hora de resucitar una métrica que se usó en el pasado pero que cayó en desgracia hace varios nodos. Se basa en la densidad de transistores de las celdas lógicas estándar e incluye factores de ponderación que explican los diseños típicos. Si bien hay una gran variedad de celdas estándar en cualquier biblioteca, podemos elegir una ubicua y muy simple, una celda NAND de 2 entradas (4 transistores), y una que es más compleja pero también muy común: un flip flop de escaneo ( SFF). Esto conduce a una fórmula previamente aceptada para la densidad de transistores:

IntelFormula

(Las ponderaciones 0,6 y 0,4 reflejan la proporción de celdas muy pequeñas y muy grandes en diseños típicos).

Cada fabricante de chips, cuando se refiere a un nodo de proceso, debe revelar su densidad de transistor lógico en unidades de MTr / mm2 (millones de transistores por milímetro cuadrado) según lo medido por esta fórmula simple. Las empresas de ingeniería inversa pueden verificar fácilmente los datos.

Medir las métricas de los nodos de proceso de esta manera le daría a Intel una ventaja obvia sobre todos sus rivales. Como tal, es difícil imaginar que alguna vez lo respalden. Ya sea su TSMC con un nuevo nodo de “12 nm” o posibles brechas futuras entre las diversas fundiciones de juego puro a 7 nm, nadie más que Intel se beneficiará sustancialmente de medir los nodos de proceso de manera diferente, incluso si el método de Intel es más preciso.

Las diapositivas a continuación muestran algunas de las comparaciones de densidad de transistores de Intel con los nodos de sus competidores, así como cómo se compara con ellos en métricas específicas y qué tan grandes espera que sean las brechas a 10 nm.

No podemos hablar de la precisión de las proyecciones de Intel para sus competidores a 10 nm, pero la proyección general de la compañía coincide con lo que hemos visto en el nodo de 14 nm. Con Intel adquiriendo más clientes de fundición (o intentándolo), sin duda ve esto como una barrera potencial para esos esfuerzos. ¿Cuál es el punto de llamar a un nodo “10nm” (desde la perspectiva de Intel) si eso infla artificialmente el valor de lo que venden sus competidores y disminuye su propio valor?

La otra pregunta interesante es cuánto importarán prácticamente estas ventajas en el futuro. Cuando Intel tenía la intención de irrumpir en los mercados de tabletas y teléfonos inteligentes para competir directamente contra ARM, tenía una razón obvia para comparar su propio desempeño con Samsung, GlobalFoundries y TSMC. Hoy en día, Intel y las fundiciones de pura gama se mueven una vez más en círculos diferentes, pero eso podría cambiar en el futuro si Intel logra algunos acuerdos de fundición importantes.

La otra razón por la que los encogimientos de matrices de fundición no son tan interesantes como solían ser es por la sencilla razón de que ya no ofrecen mucho en cuanto a rendimiento mejorado, al menos no fuera de segmentos específicos del mercado. Hace seis años, el Core i5-2537M era un núcleo de la era de Sandy Bridge con una frecuencia de reloj base de 1.4GHz / Turbo de 2.3GHz con un TDP de 17W. Hoy, el Core i5-7300U de Intel es un chip de 15W con un reloj base de 2.6GHz y un Turbo de 3.5GHz. Su TDP es de 15W. Intel, en otras palabras, mejoró el reloj base en 1.86x y el reloj de impulso en 1.52x todo mientras recortaba el TDP.

Pero en el espacio de escritorio, las ganancias de rendimiento han sido más raras, el margen de overclocking se ha reducido y las ganancias de frecuencia se han distribuido con mucha moderación. Intel ha progresado absolutamente durante este tiempo, pero no a un ritmo rápido. Nuevamente, eso no es culpa de la compañía, está relacionado, como dijimos antes, más con las dificultades para escalar el silicio que cualquier otra cosa, pero con AMD volviendo a la lucha de la CPU, Intel puede encontrarse bajo una mayor presión para demostrar que sus 10nm el hardware puede hacer más que verse impresionantemente futurista en una variedad de gráficos. Las presentaciones completas de Intel están disponibles para descargar, si lo desea hojearlos usted mismo.