Door Tomas Hochstenbach

Redacteur

Intel in een perfecte storm

Zes jaar Skylake en een falend 10nm-proces

Proces: van voorsprong naar achterstand

Toen Skylake op de markt kwam, verkocht Intel al een decennium lang de snelste processors. Tot de miskleun die AMD maakte met zijn Bulldozer-architectuur, was het verschil in efficiëntie van de architectuur niet eens de bepalende factor. Intel lag structureel een of twee procesgeneraties voor op concurrerende chipfabrieken. Nadat AMD zijn eigen fabrieken in 2009 had verkocht, waren dat destijds TSMC, Globalfoundries en Samsung. Een kleiner procedé betekent snellere, zuinigere en goedkopere chips, oftewel bijna gegarandeerd een betere processor.

Daarbij moet je bedenken dat geen enkel onderdeel in een moderne 10nm-processor daadwerkelijk 10 nanometer groot is. Het ene 10nm-proces is daarom niet per definitie even efficiënt en klein als het andere. Alle chipfabrikanten zijn in de loop der tijd creatief omgegaan met hun procesbenamingen, maar Intel was hier doorgaans toch wat strikter in dan de andere partijen.

De verkleining was bij een nieuwe Intel-node vaak groter dan bij de concurrentie, wat er bijvoorbeeld toe leidde dat Intels 10nm-procedé wat specificaties betreft veel meer lijkt op de 7nm-nodes van TSMC en Samsung dan op hun 10nm-nodes. In onderstaande tabel hebben we dat geïllustreerd op basis van drie referentiepitches, de minimale afstand tussen twee onderdelen.

Intel TSMC Samsung
10nm 10nm 7nm 10nm (LPP) 7nm
Gate pitch 54nm 66nm 57nm 64nm 54nm
Metal pitch 36nm 44nm 40nm 44nm 36nm
Fin pitch 34nm 36nm 30nm 42nm 27nm

Waarom Intels 10nm-procedé heeft gefaald

Hoe kan een bedrijf dat jaarlijks meer dan 10 miljard euro uitgeeft aan research and development de plank zo misslaan? Intel doet daar zelf weinig concrete uitspraken over. De consensus is dat bovengenoemde ambitieuze doelstellingen een belangrijke factor zijn geweest in het falen van de 10nm-node, in combinatie met de technologie die vereist was om een stap van dergelijk formaat te zetten.

Intel sprak bij een briefing over zijn 10nm-node zelf van 'aggressive scaling'.

Intels 10nm-node maakt bijvoorbeeld geen gebruik van euv, waardoor het bedrijf halsbrekende toeren moet uithalen om structuren te etsen die klein genoeg zijn. De conventionele immersielithografie werkt met een golflengte van 193nm, wat betekent dat elke wafer meer dan eens moet worden belicht om de vereiste precisie te bereiken. Voor de belangrijkste lagen is bij Intels 10nm-proces viervoudige multipatterning nodig. Bij elke extra stap wordt het risico op defecten groter en daarbij neemt de totale productietijd van een wafer toe.

Naast de traditionele verkleining van de pitches past Intel twee trucs toe om zijn agressieve-scalingdoel te bereiken. De eerste is de toevoeging van coag. Hierbij wordt het contact met de gate boven op de transistor gelegd in plaats van op de zijkant. Toen Intel in 2017 nog met enige trots sprak over zijn 10nm-node, noemde de fabrikant een verkleining van tien procent per cel door alleen deze wijziging. Het productieproces dat nodig is voor coag, is echter uiterst complex. Er wordt een uitsparing geëtst, die wordt gevuld met isolerend siliciumnitride en die wordt vervolgens weer deels weg gepolijst, zodat er een laag overblijft die voorkomt dat de gate sluit.

De tweede truc heeft te maken met de dummygate aan de uiteinden van cellen, bedoeld om logic-cellen van elkaar gescheiden te houden. Tot en met de 14nm-node lagen er bij aangrenzende cellen dus twee dummygates naast elkaar. Bij het 10nm-proces heeft Intel deze constructie vervangen door één gecombineerde dummygate. Ook dit levert ruimtebesparing op.

De eerste 10nm-chip zal nooit volledig werken

Het lijken juist die extra wijzigingen voor nog agressievere scaling te zijn die Intel de das om hebben gedaan. Vooral de implementatie van coag leidde naar verluidt tot lage yields, oftewel een groot aantal defecten. Pas in 2018, twee jaar later dan gepland, bracht Intel de eerste 10nm-processor op de markt, de beruchte Core i3 8121U met codenaam Cannon Lake. Deze dualcore-laptopprocessor is in zeer beperkte oplage gebruikt voor in China verkochte laptops en een Intel NUC. De gpu in deze chip was in al die gevallen uitgeschakeld. Off the record begrepen we van Intel-technici dat de geïntegreerde graphics in Cannon Lake door alle problemen simpelweg niet werkten en dat ook nooit gingen doen. De belangrijkste reden om deze processor op de markt te brengen, zou bestaan uit eerder gedane beloftes aan investeerders.

Eerste massaproductie pas in 2019

Pas in 2019 nam Intel daadwerkelijk 10nm-processors in massaproductie. Daarbij ging het om de Ice Lake-chips voor laptops, met maximaal vier nieuwe Sunny Cove-cores en opvallend veel lagere kloksnelheden dan de voorgaande generatie. Ondanks de ipc-verbeteringen die de nieuwe architectuur met zich meebracht, waren de prestaties daardoor niet veel beter dan de vrijwel gelijktijdig geïntroduceerde Comet Lake-processors. Die werden nog gebakken op 14nm en hadden zowel hogere kloksnelheden als meer cores dan de Ice Lakes. De laatstgenoemde cpu's waren bovendien slechts in beperkte hoeveelheden verkrijgbaar, zo bleek ondubbelzinnig uit de toevoeging 'limited' in een door Tweakers uitgelekte roadmap van Dell.

Pas in 2019 kwamen de eerste 10nm-cpu's in grotere volumes beschikbaar.

Het duurde tot het laatste kwartaal van 2020 voordat Intel zijn Tiger Lake-cpu's op de markt bracht, op basis van een verder verbeterd 10nm-SuperFin-procedé. De optimalisaties waren voornamelijk gericht op het verlagen van de weerstand en het mogelijk maken van hogere kloksnelheden. Daarvoor heeft Intel zelfs weer een grótere gatepitchmogelijkheid toegevoegd, waarmee een deel van de gewonnen dichtheid kan worden opgeofferd in scenario's waar die een knelpunt vormt. Het resultaat was in elk geval dat de kloksnelheden fors omhoog konden, terwijl voor zowel de cpu- als de gpu-cores nieuwe architecturen in gebruik werden genomen. In onze eerste review van een laptop met Tiger Lake bleken de prestaties inderdaad fors hoger te liggen in vergelijking met Ice en Comet Lake.

Oorspronkelijk was Intel van plan om ook naast Tiger Lake nog een 14nm-serie te positioneren, die meer dan vier cores zou bieden. Volgens de laatste geruchten heeft Intel die serie echter geschrapt ten faveure van een uitbreiding van Tiger Lake. In een post op Medium bevestigde Intel de komst van '8-core products' al, volgens aanvullende geruchten zou deze refresh naast meer cores ook voor het eerst DDR5-ondersteuning met zich meebrengen.

Dit artikel kun je gratis lezen zonder adblocker

Alle content op Tweakers is gratis voor iedereen toegankelijk. Het enige dat we van je vragen is dat je de advertenties niet blokkeert, zodat we de inkomsten hebben om in Tweakers te blijven investeren. Je hoeft hierbij niet bang te zijn dat je privacy of veiligheid in het geding komt, want ons advertentiesysteem werkt volledig zonder thirdpartytracking.

Bekijk onze uitleg hoe je voor Tweakers een uitzondering kunt maken in je adblocker.

Ben je abonnee? Log dan in.

Tweakers maakt gebruik van cookies

Tweakers plaatst functionele en analytische cookies voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Deze cookies zijn noodzakelijk. Om op Tweakers relevantere advertenties te tonen en om ingesloten content van derden te tonen (bijvoorbeeld video's), vragen we je toestemming. Via ingesloten content kunnen derde partijen diensten leveren en verbeteren, bezoekersstatistieken bijhouden, gepersonaliseerde content tonen, gerichte advertenties tonen en gebruikersprofielen opbouwen. Hiervoor worden apparaatgegevens, IP-adres, geolocatie en surfgedrag vastgelegd.

Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Sluiten

Toestemming beheren

Hieronder kun je per doeleinde of partij toestemming geven of intrekken. Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Functioneel en analytisch

Deze cookies zijn noodzakelijk voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie. Meer details

janee

    Relevantere advertenties

    Dit beperkt het aantal keer dat dezelfde advertentie getoond wordt (frequency capping) en maakt het mogelijk om binnen Tweakers contextuele advertenties te tonen op basis van pagina's die je hebt bezocht. Meer details

    Tweakers genereert een willekeurige unieke code als identifier. Deze data wordt niet gedeeld met adverteerders of andere derde partijen en je kunt niet buiten Tweakers gevolgd worden. Indien je bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je account. Indien je niet bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je sessie die maximaal 4 maanden actief blijft. Je kunt deze toestemming te allen tijde intrekken.

    Ingesloten content van derden

    Deze cookies kunnen door derde partijen geplaatst worden via ingesloten content. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie over de verwerkingsdoeleinden. Meer details

    janee