Увеличение плотности размещения транзисторов было одним из основополагающих условий развития микроэлектроники на протяжении нескольких десятилетий. Оно даже легло в основу эмпирического правила, сформулированного сооснователем Intel Гордоном Муром (Gordon Moore), которое впоследствии окрестили «законом Мура». Долгое время для корпорации Intel следование этому правилу было делом чести, и производитель процессоров старался, чтобы каждые полтора-два года плотность размещения транзисторов на единице площади кристалла удваивалась. До недавнего времени удавалось добиваться этого за счёт перехода на более «тонкие» литографические нормы, но на 10-нм техпроцессе Intel неожиданно споткнулась, изначально поставив слишком амбициозные цели в техническом задании.

Компании AMD, которая уже десять лет прекрасно себя чувствует без собственных производственных мощностей, удалось вовремя скооперироваться с TSMC при освоении 7-нм технологии, поскольку и главный конкурент по этому показателю от неё отставал, и один из главных партнёров в лице GlobalFoundries в итоге подвёл, отказавшись от освоения 7-нм технологии. Так или иначе, выпуск 7-нм продуктов AMD начался ещё в прошлом году, когда появились ускорители вычислений Radeon Instinct на базе 7-нм версии Vega, а на этой неделе компания подтвердила намерения вывести на рынок в третьем квартале 7-нм настольные процессоры Ryzen 3000, 7-нм серверные процессоры EPYC и 7-нм игровые продукты в семействе видеокарт Radeon RX 5700.

Мал золотник, да дёшев?

Первая фаза дебюта 7-нм процессоров Matisse на открытии Computex 2019 позволила оценить ещё один важный параметр - приблизительную площадь кристалла с вычислительными ядрами, которые теперь расположились на отдельном 7-нм «чиплете». Каждый такой кристалл содержит по восемь вычислительных ядер с 512 Кбайт кеша второго уровня на ядро и 32 Мбайт кеша третьего уровня, который доступен всем восьми ядрам. Контроллер памяти переехал на отдельный 14-нм «чиплет», поэтому удвоение объёма кеша третьего уровня по сравнению с 12-нм процессорами с архитектурой Zen+ призвано компенсировать увеличение задержек из-за таких изменений в компоновке.

Строго говоря, 7-нм «чиплеты» AMD демонстрировала несколько месяцев назад, в составе серверных процессоров Rome. Именно тогда некоторым энтузиастам по фотографиям с высоким разрешением удалось определить, что площадь одного кристалла Zen 2 с восемью вычислительными ядрами не превышает 70-78 мм2. Столь компактные размеры кристалла должны позволить AMD добиться не только высокого уровня выхода годной продукции, но и снизить себестоимость изготовления единицы продукции.

Intel и 10-нм техпроцесс: второй блин не комом?

Фотографии процессоров Intel Ice Lake-U и Ice Lake-Y, которые выпускаются компанией самостоятельно по второму поколению 10-нм технологии, появились после их демонстрации на Computex 2019. Кроме того, в официальном комплекте фотографий, который компания распространила ещё до выступления Грегори Брайанта (Gregory Bryant), присутствовали изображения кремниевой пластины с 10-нм кристаллами Ice Lake. Это позволило некоторым специалистам по «камеральным исследованиям» приблизительно вычислить площадь кристалла Ice Lake.

Следует определиться, что мобильные процессоры Ice Lake-U (на фото справа) и Ice Lake-Y (на фото слева) имеют двухкристальную компоновку - рядом с 10-нм кристаллом, который содержит четыре вычислительных ядра, кеш третьего уровня, контроллеры памяти, дисплея и Thunderbolt 3, а также встроенную графику Gen 11, расположился 14-нм кристалл с логикой ввода-вывода, который можно условно назвать «чипсетом». Вычислительные ядра содержатся в более крупном 10-нм кристалле, чья форма ближе к квадратной.

Лучше один раз увидеть, чем семь раз отмерить

Исследователи фотографий определили по изображениям кремниевых пластин, что приблизительная площадь 10-нм кристалла Ice Lake составляет 130 мм2. Из них на четырёхъядерный комплекс приходятся 31,34 мм2. По сравнению с 14-нм процессорами Coffee Lake, вычислительные ядра Ice Lake меньше примерно на 34 %.

У Intel на одном 10-нм кристалле, таким образом, расположились по четыре ядра и 8 Мбайт кеша третьего уровня. У AMD на одном 7-нм кристалле разместились восемь ядер и 32 Мбайт кеша третьего уровня. Если привести площади кристаллов обоих производителей к удобной для сравнения четырёхъядерной компоновке, то у AMD выйдет около 35-39 мм2, а Intel предложит вдвое меньший объём кеша третьего уровня при площади 31,34 мм2. Другими словами, даже 10-нм технология позволяет Intel сделать свои ядра более компактными, хотя чисто по площади кристаллов выигрыш оказывается на стороне AMD: 70-78 мм2 против 130 мм2. Правда, следует учитывать, что у Intel на этом кристалле ещё присутствует и графическая подсистема, которая занимает около 40,6 мм2, но если бы у Intel было восемь вычислительных ядер на кристалле, то он всё равно оказался бы гораздо крупнее.

В настольном сегменте Intel ещё долго будет использовать 14-нм техпроцесс, и об этом тоже нужно помнить при попытках оценить преимущество по площади кристаллов. Настольные процессоры Intel продолжают использовать монолитный кристалл, хотя в ближайшие годы всё может измениться. В этом отношении пока преимущество на стороне AMD, но и специфики экономических отношений этой компании с TSMC мы тоже не знаем. На себестоимость 7-нм процессоров AMD сейчас может влиять и уровень выхода годной продукции, и необходимость возмещать средства, потраченные на его освоение, а каждая новая ступень литографии в этом смысле выходит дороже предшественницы. Конечно, TSMC и другие контрактные производители стараются увеличивать сроки окупаемости новых техпроцессов, но зрелый 14-нм техпроцесс Intel себя наверняка давно уже окупил.