Následující generace grafických GPU a AI akcelerátorů od Nvidie s kódovým označením Rubin by měla být vyráběná 3nm procesem TSMC (N3P). Už ale prosákly i informace o následující generaci Feynman, která by mohla vyjít o další dva roky později (v roce 2028 či 2029?). Tato GPU podle zpráv z Asie použijí speciální výrobní proces optimalizovaný na vysoký výkon i na čipy s vysokou spotřebou. Feynman by mohl být jediný produkt, který tento proces bude mít.
TSMC loni oznámilo 1,6nm křemíkový proces (označený A16), který by měl být prvním procesem firmy používající principu tzv. backside power delivery, které TSMC říká Super Power Rail. Ta přidává kovové vrstvy spojů na druhou stranu čipů, což umožňuje eliminovat napájecí vodiče ze spodní strany čipu, kde jsou v běžných čipech smíchané s logickými obvody. Více jsme o procesu psali zde:
Backside power delivery / Super Power Rail díky tomu umožní vyšší hustotu tranzistorů v čipech, ale také dovoluje dostat do čipů více proudu a tím zlepšit výkon. To se nicméně uplatní hlavně u čipů, které mají vysoké energetické nároky, takže lze předpokládat, že tato technologie bude spojena s dalším zvýšením TDP u AI akcelerátorů.
Neznamená to však, že se zhorší efektivita – navýšení spotřeby budou způsobena tím, že se zvedne dosažitelný výkon, ne přímo produktem technologie samotné. Podle TSMC technologie zlepší hustotu tranzistorů až o 10 % a může dosáhnout navýšení výkonu o 8–10 % (což ale obvykle neznamená, že o tolik stoupne i maximální dosažitelný takt). Nebo při zachování stejného taktu sníží spotřebu o 15 až 20 %.
Proces TSMC A16
Bude 1,6nm proces TSMC požívat jen Nvidia?
Už před časem se objevily zvěsti, že by technologie A16 mohla být použita pro výrobu GPU Feynman od Nvidie. Z asijských zdrojů webu DigiTimes teď přišla zpráva, která toto potvrzuje, ale přidává další informaci. Dle DigiTimes je údajně Nvidia zatím jediným klientem TSMC, který má o tuto technologii vážný zájem a připravuje na ní nějaké čipy, takže by ji Feynman mohl používat exkluzivně. Ovšem není řečeno, že by si Nvidia nějak zajistila výlučná práva, spíše se zdá, že se konkurence této technologii chce vyhnout, možná kvůli výrobním nákladům nebo tomu, že jde o zatím nevyzkoušený nový koncept.
Podle DigiTimes ostatní velcí klienti skočí rovnou na 1,4nm proces (A14), je to případ například Applu. Měl by to tedy být i případ Intelu a AMD, tyto firmy tak patrně nové generace CPU založí na této technologii – Zen 7 tedy zřejmě bude používat 1,4nm CPU čiplety.
1,6nm technologie A16 je do určité míry alternativou k 1,4nm procesu A14 a ne úplně jejím lineárním předchůdcem. Proces A14 je regulérní novou generací následující po 2nm procesu N2 a nepoužívá zmíněnou technologii Super Power Rail. Proces A16 je ve skutečnosti založený na základě 2nm procesu. Proti kterému má jako diferenciátor právě přínosy technologie Super Power Rail coby prostředku ke zvýšení výkonu za cenu větší komplexity a ceny.
Vznikají zde tedy jakési dvě větve procesů, kdy si výrobci čipů mohou vybrat mezi starší technologií s backside power delivery, nebo proces bez ní, ale s novější a menší optickou litografií a tranzistory. Nvidia si patrně pro svá výpočetní GPU pro trh AI vybrala první variantu, ale ostatní velcí výrobci čipů to zatím zdá se neudělali. Dost možná i pro to, že pro úsporné mobilní procesory a obecně spotřebitelský hardware je výhodnější druhá cesta se sice novějším a pokročilejším, ale tradičním způsobem fungujícím výrobním procesem.
U výkonnějších CPU, jakou jsou serverové Epycy a desktopové Ryzeny, to ale dopředu jasné nebylo a je tak zajímavé zjištění, že u nich zatím výrobci nezkusí backside power delivery využít. Nejpřekvapivější je asi, že AMD zatím neplánuje použití těchto procesů s backside power delivery pro svá výpočetní GPU Instinct, která jsou přímým konkurentem velkých AI GPU od Nvidie. Je možné, že je to jen dočasná sázka na jistotu, kdy se AMD rozhodlo neriskovat, dokud se na produktu Nvidie nepotvrdí, že tyto procesy jsou bezproblémově zvládnutelné.
Řez čipem používajícím backside power delivery, který ukazuje kovové vrstvy na čipu. Snímek z elektronového mikroskopu
Tento jen omezený úspěch procesu A16 asi nepotěší Intel. Ten totiž také na backside power delivery také sází, jde o jednu ze avizovaných předností procesu Intel 18A (pod označením PowerVia). Nicméně proces 18A je samozřejmě použitelný i bez této techniky. Je možné, že většina potenciálních zákazníků nebude mít o PowerVia zájem, podobně jako u TSMC. Tedy pokud to není tak, že proces TSMC A16 nemá další zákazníky proto, že je kromě Nvidie všechny odlákaly technologie Intelu, což není až tak pravděpodobné.
1,6nm proces bude k dispozici v USA
Podle DigiTimes budou na výrobu 1,6nm (A16) procesem se Super Power Rail eventuálně vybaveny také továrny P3 a P4 v Arizoně, vedle továren na Tchajwanu. Umožní to Nvidii vyrábět nejvýkonnější výpočetní GPU lokálně, po čemž je teď v USA poptávka. Je možné, že 1,4nm proces v té době na území USA dostupný nebude, protože TSMC sleduje politiku, kdy nejnovější technologii vždy zpřístupňuje pouze doma na Tchajwanu.
Zdroj: DigiTimes
