7nm proces GlobalFoundries je hotov. Výroba v příštím roce, má umožnit takty až 5 GHz

19
Práce v tzv. cleanroomu továrny na čipy (Zdroj: GlobalFoundries)

Oznámení nových výrobních procesů je vždycky trošku zrádná věc, protože v jeho okamžiku jsou ještě fyzicky vyrobené čipy třeba rok vzdálené a do jejich skutečné dostupnosti v obchodě to může trvat ještě déle. Většinou tedy taková oznámení svádí k poznámkám o „slibotechnách“. Těm se teď nevyhne GlobalFoundries – firma totiž právě oznámila, že má připraven 7nm výrobní proces 7LP (který je u ní po přeskočení 10nm generace krokem bezprostředně následujícím za 14nm). A sliby, které s ním pojí, jsou docela velkorysé, což je relevantní i pro procesory AMD s architekturou Zen 2, které se právě touto technologií patrně budou vyrábět.

 

Výroba na 7LP se rozběhne během roku 2018

Technologie 7nm procesu by měla být hotová a v toto chvíli je už připravená na to, aby různí klienti začali připravovat tapeouty a výrobu svých čipů. Nicméně není ještě kompletní v tom smyslu, že by se na ní dalo začít vyrábět s přijatelnou výtěžností. K tomu bude ještě třeba postupné ladění. Ovšem podle GlobalFoundries by údajně první komerční čipy mohly být uvedeny už v první polovině roku 2018 (to by asi byly méně náročné, mobilní SoC), přičemž skutečně masová výroba by se rozproudila postupně během druhé poloviny roku 2018.

Ovšem pojďme raději k tomu, co proces 7LP přinese. Podle tiskové zprávy údajně vývoj dosáhl lepších než plánovaných cílů, takže v porovnání s 14nm FinFETovým procesem má výkon (frekvence) jednotlivých tranzistorů zaznamenat více než 40 % narůst při stejné spotřebě (tato matematika však asi platí hlavně na nižších, optimálních taktech). Proti 14nm procesu má také víc jak dvakrát stoupnout hustota tranzistorů a při stejné frekvenci má spotřeba být nižší o víc jak 60%. Tyto parametry jsou poměrně dobré, ale nenaplňují úplně očekávání spojená s dvojnásobně nižším nominálním „rozměrem“ technologie. Asi nebude úplně od věci vidět v tomto 7nm procesu spíše protivníka 10nm procesu firmy Intel, než jeho zatím vzdálené 7nm technologie.

Výkon tranzistorů má být o 40% lepší, při stejné frekvenci lze prý dosáhnou to 60% lepší spotřebu
Výkon tranzistorů má být o 40% lepší, při stejné frekvenci lze prý dosáhnou to 60% lepší spotřebu

7nm CPU by mohla mít vysoké takty nad hranicí 4 GHz

Co je pro nás nejzajímavější: tento proces údajně má být vhodný pro vysoce výkonné čipy, o čemž se v případě 14nm procesu spíše pochybovalo. Byl totiž vyvíjen Samsungem, který se soustředí na mobilní procesory a nepotřebuje vysoké takty. Nevíme sice, zda nízký frekvenční strop třeba u Ryzenů (které se příliš nedají přetaktovat nad 4,0 GHz) je skutečně způsoben tímto, nebo i jejich architekturou, nicméně tato potíž zřejmě u prvního FinFETového procesu GlobalFoundries existuje. Proces 7LP by ale mohl být jiný, asi i díky tomu, že již je plodem vývoje bývalé polovodičové divize IBM a má asi sloužit i k výrobě vysoce výkonných procesorů Power.

prospektu k procesu 7LP se píše, že má být vhodný i na vysoce výkoné čipy pro servery a datacentra – a že má údajně umožnit vyrobit procesory běžící až na 5 GHz. To samozřejmě neznamená, že konkrétní CPU s touto frekvencí bude skutečně vyrobeno, ale třeba takty jádra Zen 2 by díky tomu mohly poskočit alespoň o pár set MHz z dnes dosahovaných 3,6–4,0 GHz. 7nm procesory AMD by díky tomu mohly mít lepší jednovláknový výkon (vyšší turbo, které by třeba mohlo mít méně drastická napájecí napětí – v 14nm Zenech jde jednovláknový boost při 4,0/4,1 GHz skutečně na krev). Zároveň by mohly narůst i základní takty, efektivita při vysokých taktech a také zůstat více prostoru pro přetaktování.

Proces 7LP má umožňovat výrobu vysoce výkonných procesorů
Proces 7LP má umožňovat výrobu vysoce výkonných procesorů

Na 7nm se poprvé objeví extrémní UV záření

Podle GlobalFoundries by běžné napájecí napětí mohlo být až někde u 0,75–0,85 V. Proces používá tranzistory typu FinFET a bude opět typu „bulk“, tedy s běžnými wafery a nikoliv technologií typu SOI (silicon on insulator). Výrobní proces umožní použít až 17 kovových vrstev se spoji, což patrně budou využívat velmi komplexní návrhy procesorů Power. Technologie také počítá s pozdější adaptací na expozici extrémním ultrafialovým zářením (EUV) místo 193nm UV záření. Nebude na ní ale závislá, výroba začne nejdřív konvenčně a EUV bude zakomponováno ex post, až bude připraveno. Tím by pak měla vzniknout zdokonalená verze technologie s lepšími parametry.

Křemíkový wafer s testovacími čipy (ilustrační foto: GlobalFoundries)
Křemíkový wafer s testovacími čipy (ilustrační foto: GlobalFoundries)

Na 7nm proces už je teď přezbrojená továrna Fab 8 ve státě New York (Saratoga County) v USA, jejíž kapacita bude příští léto rozšířena o 20 %. Podle tiskové správy se zdá, že mezi hlavními klienty je potvrzeno AMD i IBM s již zmíněnými procesory Power. Příští rok má ale údajně proběhnout „několik“ tapeoutů, takže by se mezi klienty asi měli zařadit i další hráči. V tiskové zprávě mimochodem také GlobalFoundries uvádí, že současně s rozjezdem 7nm procesu běží i výzkum dalších generací a potvrzuje, že příštím krokem pro něj bude 5nm proces. Ten by údajně už měl být založen na tranzistorech typu GAAFET, které nedávno demonstrovalo IBM.

19 KOMENTÁŘE

  1. „V prospektu k procesu 14LP “ — prosim opravte na „V prospektu k procesu 7LP „. Jinak pekne. Jsem rad, ze GF koupilo tech. od IBM a ze AMD/IBM jsou GF zakaznici. 7LP vypada zajimave, takze se tesim na Zen2 nekdy v 2018/2019.

  2. Může mi někdo vysvětlit, co znamená to číslo >17 M gates/mm2, které je v obrázku?
    Napadají mě dva významy. Buď je to počet hradel tranzistorů, tedy defakto počet tranzistorů, což mi přijde jako nějaké malé číslo. A nebo je to hradlo jakožto logický člen, tedy třeba 4 tranzistory. Ale tam mi zase nesedí ta logika, když není jasné, jaké logické členy zákazník využije.
    A nebo je to úplně něco jiného. Víte to někdo?

    • O tomto by som nepredbiehal.

      V súvislosti s 14nm Intelu a 14/16nm ostatních sa nespočetne krát omieľalo, že gate a pitch rozmery ostatních sú na úrovni 20nm, a Intel teda mal byť skoro generáciu napred. Dokonca aj Olšan to tu veľa krát písal.

      A aká je realita? ZEN bez integrovanej grafiky dosahuje 25 miliónov tranzistorov na mm2, Skylake aj s integrovanou grafikou len 14. A to mal mať Intel celú generačnú výhodu.

      Teraz je situácia iná, pretože teoreticky tie procesy budú na podobnej úrovni. Reálna densita tých procesov bude teda podstatne v prospech GloFo.

      Tak či onak, smerodajný je výkon a cena. Výrobná cena 8C ZENu je $20. Na 7nm bude najkritickejšie, aby sa to nijak výrazne nedvihlo. A to môže byť problém, pretože ak tu skutočne už nebude Samsung ktorý by to odladil tak ako 14nm, tak budú mať problém.

      • „Výrobná cena 8C ZENu je $20.“

        To tvrdí kdo? Moc bych tomu teda nevěřil. možná kdyby to byla jenom nějaká marginální cena jednoho čipu na waferu – ale ta výroba má spoustu dalších i fixních nákladů, takže o 20$ fakt pochybuju.

          • Ale odkud ta informace pochází? Není to od někoho nespolehlivého (zní to jako něco co by napsali Bits and Chips – ne že by neměli i nějaké dobré info, ale je to třeba filtrovat).

          • jojo, hrubá marže AMD hovoří o ceně za křemík všechno … a s těmi milimetry … ano, AMD má mnohem větší hustotu na mm2, ale s grafikou u intelu to nijako nesouvisí …akorát je na zamyšlení, že Intel podává stejný výkon jako Ryzen s polovičním množstvím tranzistorů …

    • Pokud nikdo z nich nekecá, tak to moc porovnávat nepůjde. 14nm proces GF má údajně cca 30 milinů tranzistorů na milimetr čtvereční. Podle jejich slov bude na 7nm procesu 2x tolik tranzistorů, takže jsme na nějakých 60 milionech. Intel o svém 10nm procesu tvrdí, že má 100 milionů tranzistorů na mm2.
      Pro Intel to bude pravděpodobně znamenat výrazně nižší výrobní náklady, ale na druhou stranu se možná takové „nahňácání“ projeví negativně na možnostech vysokých frekvencí kvůli chlazení.

      • Těch 100 milionů je IIRC podle nějaké nové metriky, která se předtím nepoužívala a asi je zvolená tak, aby dávala co nejvyšší číslo. Takže zatím není moc jasné, jak to porovnávat s údaji jiných firem i jejich vlastníma z starších procesů, protože tohle číslo vychází třeba proti 14nm hrozně vysoko (jinými slovy, pokud by tímhle stylem počítali i 14nm proces, tak jim i tam vyjde o dost vyšší číslo). Takže to trochu vypadá na marketing.

        Jinak myslím, že v současné situaci (Ryzen – Kaby Lake) se ukazuje, že pro konkurenceschopnost Intelu není vůbec tak důležitá hustota, jako ty ostatní parametry – výkon, spotřeba a zejména dosahované frekvence.

      • Ale Intel si teoreticky môže hádzať čísla aké chce. Na 14nm to malo byť teoreticky 50 miliónov, reálne to bolo len 14.

        Takže budúca generácia:
        10nm Intel: 30 milionov na mm2
        7nm GloFo: 50 milionov na mm2
        7nm Intel: 60 milionov na mm2

        „…ale na druhou stranu se možná takové „nahňácání“ projeví negativně na možnostech vysokých frekvencí kvůli chlazení.“
        Tuto už netreba špekulovať. Sám Intel potvrdil že výkon 10nm je mizerný a zlepší sa to až pri 10nm++.