Firmy Intel Foundry Services oraz ARM uzgodniły w zeszłym miesiącu, jakie usprawnienia zostaną wprowadzone w zakresie własności intelektualnej ARM pod kątem nadchodzącej technologii procesowej 18A (czyli 1,8 nm w nomenklaturze IFS). Współpraca pomiędzy gigantami ma koncentrować się na projektach mobilnych. A więc obejmie kooptymalizację technologii projektowych (DTCO) i systemowych (STCO). Oznacza to, że własność intelektualna ARM zostanie udoskonalona zarówno w obrębie przyszłego węzła produkcyjnego Intela, jak i zaawansowanych technologii obudów tego producenta. Intel Foundry Services i ARM wspólnie dostosują projekty ARM przy użyciu metodologii DTCO dla procesu Intel 18A, aby zoptymalizować wydajność układów, pobieraną moc i koszty wytwarzania nadchodzących przedsięwzięć. Jednym z kluczowych owoców tej kooperacji będzie opracowanie: „mobilnej platformy demonstracyjnej i referencyjnej technologii SoC oraz krzemowej opartej na ARM dla projektów układów scalonych”, co jest dość szeroką definicją zakresu działań obu firm.
Tymczasem Intel i ARM już potwierdzają, że prace ruszyły. „Operacje te pozwolą zweryfikować efektywność, moc i wykorzystanie obszaru na chipie projektów ARM SoC produkowanych w procesie Intel 18A” — powiedział rzecznik Intela w rozmowie z portalem EE Times. „Budujemy niestandardowe IP, aby zapewnić optymalną moc, wydajność i obszar chipów dla SoC opartych na ARM” — wyjaśnił EE Times rzecznik firmy ARM. „Dzięki temu ogłoszeniu dajemy naszym licencjobiorcom jeszcze jedną opcję do wyboru, kiedy celują w zaawansowane węzły do projektowania SoC bazującego na ARM”.
Hierarchie w kooptymalizacji technologii systemów. Zilustrowano różnice między usprawnieniami urządzeń, DTCO, 3DIC i STCO.
W poszukiwaniu nowych klientów
Podczas gdy początkowo: „wielopokoleniowa” kooperacja będzie skupiać się na mobilnych SoC i odpowiednim IP firmy ARM dla wąskich sektorów, obie marki stwierdziły, że zakres ten będzie można rozszerzyć np. na lotnictwo, centra danych (np. Neoverse), IoT czy aplikacje rządowe. Termin 'aplikacje rządowe' to dość niejednoznaczne określenie, ale należy pamiętać, że Intel 18A został już wybrany przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, więc być może licencjobiorcom ARM będzie trochę łatwiej zaspokoić potrzeby Armii USA zoptymalizowanym IP tych rdzeni.
Trudno przecenić ogólne znaczenie ogłoszenia o współpracy Intel Foundry-ARM, ponieważ gwarantuje ono, że IFS będzie w stanie produkować SoC w oparciu o zoptymalizowane IP ARM, podobnie jak jego rywale z TSMC i Samsung Foundry. Z drugiej strony ARM musi zadbać o to, aby jego rdzenie mogły być wytwarzane przez jak najwięcej producentów struktur półprzewodnikowych w jak najobszerniejszej ilości technologii. „ARM musi upewnić się, że jego rdzenie są wykonywane w jak największej liczbie węzłów procesowych, ale w kwestii Intela daje to przewagę wielu graczom ekosystemu ARM, co bardzo dobrze wypadło w przypadku TSMC” — powiedział Ian Cutress, główny analityk w More Than Moore. „Intel chce zwiększyć ilość klientów o rzędy wielkości, podczas gdy dla ARM jest to 'kolejny krok' w rozwoju”.
„IFS chce mieć jak najwięcej IP, aby umożliwić zainteresowanym tworzenie produktów” — wskazał David Kanter, prezes firmy Real World Tech oraz współprzewodniczący ds. wnioskowania i zasilania w MLPerf. „Im więcej praw własności intelektualnej jest dostępnych w systemie IFS, tym mniejszy problem dla klienta. [...] Pomaga to dostosować fabryki Intela do potrzeb branży, która koncentruje się na sprawności energetycznej” — zakomunikował Jim McGregor, główny analityk w Tirias Research. „Sprawia to również, że rynek produkcji kontraktowej układów scalonych jest bardziej konkurencyjny, oferując kolejny wiodący zakład”.
Zakres współpracy jest obecnie ograniczony do mobilnych SoC, co może być nieco zaskakujące, biorąc pod uwagę skupienie Intela na sprzęcie do centrów danych w ostatnich latach i ogólnie jego doświadczenie z dużymi układami scalonymi. Jednak ma to sens zarówno dla ARM, jak i Intel Foundry, ponieważ układy SoC do smartfonów należą do największych źródeł przychodów tej pierwszej marki i stanowią dobrą okazję dla tego drugiego podmiotu. „W tej chwili, z Softbank i IPO, ARM ogranicza realizowane projekty, wybierając najkorzystniejsze możliwości” — oznajmił Cutress. „Mobilne układy SoC to dobry cel, ponieważ IFS ma do zaoferowania tylko węzły o wysokiej sprawności, a rozmiary matrycy są niewielkie [na poziomie 100-150 mm²]. Zapewnia to lepszą efektywność produkcji w porównaniu z dużymi krzemowymi strukturami dla centrów danych, gdzie powierzchnia układu sięga 700 mm². Motoryzacja nie zawsze potrzebuje najnowocześniejszej technologii, więc mobilne SoC są dobre. Jeśli spojrzymy na TSMC, 34% jego przychodów to smartfony, a 44% to HPC [systemy o wysokiej wydajności]. Stąd IFS/ARM ma sens, by zoptymalizować mobilne IP”.
Nie tylko mobilne
Sam Intel uważa swój proces 18A za węzeł, który będzie miał niekwestionowaną przewagę, jeśli chodzi o efektywność, moc i gęstość tranzystorów. Firma pierwotnie planowała, że jej technologia produkcyjna 18A będzie pierwszą, która wykorzysta skanery ASML Twinscan EXE EUV z aperturą numeryczną równą 0,55, gdzieś od 2025 roku. Jednak ostatecznie ujawniono, że spożytkuje się istniejące narzędzia EUV o aperturze numerycznej 0,33 z podwójną ekspozycją zamiast maszyn nowej generacji. To będzie miało miejsce w drugiej połowie 2024 roku. W międzyczasie, aby zmniejszyć liczbę podwójnych naświetlań w EUV i zoptymalizować koszty produkcji w węzłach 20A i 18A, przedsiębiorstwo zastosuje instrument do kształtowania wzoru Centura Sculpta od Applied Materials.
Jeśli Intelowi uda się zapewnić najwyższą sprawność i gęstość upakowania tranzystorów w swoim procesie produkcyjnym 18A i zaoferuje to na dobrych warunkach finansowych, projektanci chipów bez własnych mocy wytwórczych będą skłonni w to wejść. Co więcej, dzięki zoptymalizowanemu standardowi IP ARM, technologia procesowa zapowiada się jeszcze bardziej atrakcyjnie dla twórców SoC, którzy korzystają z tego rdzenia. „Celem wspierania rdzeni ARM jest to, aby były one używane w szerokiej gamie produktów i stały się 'standardowym elementem składowym' wielu SoC” — wskazuje Kanter.
Chociaż sama informacja jest bardzo ogólna, to kooperacja obiecuje zagwarantować sporo możliwości licencjobiorcom ARM, w tym Qualcommowi. Ten ogłosił już plany spożytkowania procesu produkcyjnego 18A Intela, jednak nie ujawnił dotychczas do jakiego rodzaju produktów. MediaTek to kolejny duży deweloper mobilnych układów SoC, który zasygnalizował chęć korzystania z mocy IFS, ale nie okazał jeszcze zainteresowania węzłem produkcyjnym klasy 1,8 nm. Analitycy twierdzą, że mogą być inni, mniej oczywiści beneficjenci współpracy na linii IFS-ARM. „Qualcomm wyraził zainteresowanie, ale dopóki firma nie zacznie przekazywać pieniędzy i inwestować w zespoły projektowe, jestem sceptyczny” — powiedział Cutress. „MediaTek wykazywał uwagę, ale jak dotąd nie tak dużą, odnosząc się do mobilnych SoC. To pozostawia kilku innych głównych graczy — Apple, Samsunga i Unisoc”. Qualcomm używa już dostosowanych, wysokowydajnych rdzeni ARM w swoich SoC Snapdragon. A w nadchodzących latach marka planuje zużytkować wysoce niestandardową mikroarchitekturę ARM opracowaną przez Nuvia w całej gamie swoich nowych produktów. W związku z tym jest mniej prawdopodobne, że przedsiębiorstwo będzie zainteresowane implementacją typowych, wysokowydajnych rdzeni ARM Cortex. Jednak nadal może posiłkować się technologią zoptymalizowaną dla ARM pod kątem produkcji w 18A Intela. „Nawet w przypadku Qualcomma, wiele mobilnych SoC używa mniejszych rdzeni jako procesorów widocznych dla użytkownika [np. 'mały' rdzeń] lub jako procesor serwisowy” — powiedział Kanter z Real World Tech. „W świecie mobilnym MediaTek ma tendencję do wykorzystywania klasycznych rdzeni ARM w całej swojej linii produktów”. „Qualcomm jest oczywistym beneficjentem, który przychodzi na myśl, ale Apple również może na tym zyskać” — dodał McGregor z Tirias Research. „MediaTek, który ma partnerstwo w zakresie modemów z Intelem, mógłby na tym skorzystać. Google może wyjść na tym dobrze. Inni producenci OEM telefonów, którzy rozważają tworzenie własnych układów scalonych, także mogliby”.
W rzeczywistości istnieje również wiele aplikacji niemobilnych — skierowanych do różnych innych sektorów, od motoryzacji po centra danych — które mogą mieć pożytek ze standardowych rdzeni ARM zoptymalizowanych pod kątem produkcji z wykorzystaniem węzła Intel 18A, jak twierdzą analitycy z firm More Than Moore i Real World Tech. „Jest także sporo układów ASIC z mobilnym SoC, o których możesz nie pomyśleć: IPMI, ACAP od Xilinx, utwardzone układy FPGA, kontrolery itp.” — wskazuje Cutress. „Wymagania dotyczące krzemu [dla samochodowego systemu informacyjno-rozrywkowego — przyp. red.] nie są tak surowe”. „IP od ARM jest potencjalnie przydatne w samochodowym systemie informacyjno-rozrywkowym” — podsumował Kanter. „Wystarczy spojrzeć na adopcję Androida przez GM. Android działa najlepiej na ARM”.
„Segment mobilny to tylko wierzchołek góry lodowej” — mówi McGregor. „Rynki CE i systemy wbudowane odpowiadają za jeszcze więcej komponentów ARM”. Wskazał on, że współpraca Intel Foundry Services i ARM może szybko objąć bardziej wymagające aplikacje np. elementy do centrów danych. „Mogą to błyskawicznie poszerzyć” — wskazuje McGregor. „Trzeba pamiętać, że Intel był i jest licencjobiorcą ARM przez wiele, wiele lat. Intel jest zaznajomiony z architekturą. Jedynym ograniczeniem jest popyt. Jeśli nadarzy się okazja, jestem pewien, że zobaczymy te produkty w firmie Intel, mimo że będą one konkurować z jej innymi”.
DTCO spotyka tranzystory GAA i zasilanie dostarczane od spodu
Jeśli chodzi o producentów kontraktowych, metodologie DTCO istnieją już od jakiegoś czasu, więc IFS z pewnością nie jest tutaj pierwszy. W rzeczywistości większość własnych rdzeni procesorów Intela jest zaprojektowana pod kątem określonych węzłów produkcyjnych. Stanowi to dobry przykład zalet DTCO, jeśli chodzi o częstotliwości i moc, aczkolwiek w IDM, więc Intel z pewnością nie jest również nowy w tej metodologii. Proces produkcyjny Intela 18A będzie drugim węzłem firmy (po 20A), w którym zastosowane zostaną tranzystory GAA (gate-all-around — z bramką dookólną), nazywane RibbonFET, a także sieć dostarczania zasilania znajdująca się na spodzie chipa (PDN), określana handlowo jako PowerVia. Węzły 20A i 18A marki to dwie technologie produkcyjne opracowane zarówno dla Intela, jak i klientów IFS. Oba zapewniają mnóstwo opcji dla implementacji DTCO.
Architektura tranzystorów RibbonFET GAA składa się z czterech nanowstążek wykorzystanych, aby osiągnąć ten sam prąd sterowania co wiele 'żeber', ale na niewielkiej powierzchni.
GAAFET oferują kilka kluczowych zalet w porównaniu z tranzystorami planarnymi i FinFET, typu znacznie mniejszy prąd upływu, ponieważ bramki otaczają teraz wszystkie cztery strony kanału. Ponadto w tranzystorach z bramką dookólną możliwa jest zmiana szerokości nanocząstek dla określonego procesu produkcyjnego lub nawet w ramach konkretnego projektu chipa. Co umożliwia precyzyjne dostrojenie sprawności (poprzez zwiększanie szerokości), zużycia energii (poprzez zmniejszanie szerokości) i obszar zajmowany na powierzchni chipa.
W przypadku konstrukcji mobilnych SoC, zredukowany prąd upływu tranzystora GAA jest niezaprzeczalnym atutem. Dostosowanie architektury tranzystorów do dalszych projektów mobilnych może przynieść dodatkowe korzyści, jeśli chodzi o moc i wydajność. Tymczasem dostosowanie standardowych komórek, opracowanie bibliotek specyficznych dla urządzeń przenośnych i wdrożenie IP ARM na 18A firmy Intel powinno umożliwić dalszą optymalizację efektywności, mocy, zajmowanej powierzchni i kosztów produkcji na poziomie tranzystora. Niestety Intel Foundry Services i ARM nie potwierdziły żadnych konkretów związanych z optymalizacją konstrukcji tych ostatnich. Zasilanie tranzystorów było przez jakiś czas wyzwaniem w przypadku mniejszych węzłów ze względu na rosnącą rezystancję styków i straty omowe, co skutkowało utratą energii, niższą sprawnością i zwiększaniem temperatury. System PDN na przeciwnej stronie substratu (ochrzczony przez firmę Intel — PowerVia) przenosi linie zasilające z dala od tych wejścia/wyjścia danych, upraszczając łączność i umożliwiając korzystanie z bardziej zaawansowanej sieci zasilającej. „Ogólnie rzecz biorąc, eliminując potrzebę prowadzenia zasilania z przodu płytki, dostępnych jest więcej zasobów do optymalizacji kierowania sygnału i zmniejszenia opóźnień” — powiedział rzecznik Intela. „Dzięki temu możemy usprawnić wydajność, moc lub zajmowaną powierzchnię w zależności od wymogów produktu”.
PDN marki Intel — PowerVia — który oddziela linie zasilające i sygnałowe oraz zmniejsza standardowy rozmiar komórki. Przewody zasilające poprowadzone są pod warstwą tranzystorów, z tyłu substratu.
Dostarczanie zasilania zwykle różni się w zależności od projektu chipa. Na przykład procesory dla klientów i w centrach danych są dostosowywane do odmiennych wymagań dotyczących sprawności, dlatego potrzebują różnych PDN. Jednostki serwerowe są w stanie stale obsługiwać duże obciążenia i mogą na krótko zwiększać swoje zegary, gdy zapotrzebowanie jest największe. Z drugiej strony, procesory do urządzeń konsumenckich są najczęściej zoptymalizowane pod kątem gwałtownego podniesienia wydajności, ponieważ zwykle pozostają nieaktywne lub pracują przy niskim obciążeniu. Jednak gdy takowe następuje, procesory te muszą szybko (w ciągu mikrosekund) zwiększyć swoją efektywność z trybu bezczynności do maksymalnej prędkości, czasem nawet ją przekraczając, aby zagwarantować płynność użytkowania. Układy SoC do smartfonów zostały przygotowane tak, aby jeszcze szybciej reagować na wymagania i potrzebują własnego projektu PDN.
Optymalizacja PowerVia PDN dla IP ARM przeznaczona jest dla SoC smartfonów i może przynieść liczne korzyści pod względem sprawności i zużycia energii w porównaniu ze zwykłymi PowerVia PDN firmy Intel, które prawdopodobnie zostały przyszykowane do obsługi szerszej gamy aplikacji. Tutaj również, patrząc ściśle, Intel Foundry Services i ARM nie potwierdziły planów dostosowania RibbonFET i PowerVia do standardowego mobilnego IP ARM w ramach trwającej współpracy, jednakże można domyślać się takiej możliwości. „Spodziewałbym się, że GAA Intela będzie miał wyższą sprawność niż inne opcje w fabrykach producentów kontraktowych — częściowo z powodu przyjęcia PowerVia [a także różnic w implementacji tranzystorów — przyp. red.]” — wyjaśnił Kanter. „To potencjalnie przełożyłoby się na wyższą częstotliwość lub niższą moc przy podobnych częstotliwościach. Intel PowerVia jest częścią 20A i 18A, więc zakładałbym, że optymalizacja dla IP ARM dla procesu Intela obejmie również PowerVia. Na podstawie analizy, którą widziałem, PowerVia generalnie wydaje się zapewniać niewielką poprawę sprawności dzięki lepszemu dostarczaniu mocy (na poziomie od 3% do 7%) i zmniejszeniu powierzchni chipa [od 15% do 20%]”. „Chociaż współpraca między Intel Foundry i ARM przyniesie pożytek klientom planującym wdrożenie mobilnego IP firmy ARM, IFS jest gotowe do ścisłej kooperacji z każdym wystarczająco dużym klientem, aby ulepszyć PPA” — uzupełnia Cutress. „Nic szczególnego w ARM nie oznacza, że GAA Intela odniosłoby korzyść; tranzystory i architektura są niezależne” — dodał. „Myślę, że IFS zrobi wszystko, co w jej mocy, aby zagwarantować swoim głównym klientom dodatkowe benefity, zwłaszcza jeśli jest to duży gracz [np. Apple, Qualcomm — przyp. red.], niezależnie od chipa lub architektury”. McGregor powiedział, że nie widzi żadnej szczególnej korzyści dla ARM w porównaniu z innymi architekturami w tym zakresie. „Postępy w projektowaniu półprzewodników czy tranzystorów będą się wiązać z zyskami dla całej branży”.
Innym szczegółem, o którym podmioty Intel Foundry Services i ARM wspomniały w przygotowanych uwagach była intencja optymalizacji platform docelowych: „od aplikacji i oprogramowania poprzez pakiety i krzem”, zasadniczo implikując STCO. Chociaż Intel przyznaje, że w planach są zarówno technologie obudów EMIB (2.5D), jak i Foveros (3D), marka nie jest gotowa na ujawnienie żadnych dodatkowych informacji. „Współpraca uwzględniałaby zarówno technologie obudów 2.5D, jak i 3D” — ogłasza Intel. Wprowadzenie zdezagregowanych projektów do mobilnego świata, który od jakiegoś czasu koncentruje się na wysoce zintegrowanych układach SoC, będzie kamieniem milowym dla branży. Chociaż dopiero w przyszłości okaże się, co dokładnie oba podmioty mają zamiar tutaj wspólnie zrobić. Jako że ramy ogłoszenia są obecnie ograniczone do węzła produkcyjnego Intela 18A, podczas gdy zdezagregowany projekt oznacza użycie kilku w celu optymalizacji kosztów. Co więcej, wydatki na poczet zaawansowanych obudów są aktualnie bardzo wysokie, jak zauważają analitycy.
Qualcomm wypowiadał się na temat strategii i obudów chipletów na konferencjach IEEE wielokrotnie w ciągu ostatnich dwóch lat, powiedział Cutress. „To się stanie, jeśli nie w smartfonach, to w laptopach, gdzie dostępna jest większa wysokość układu. Głównym punktem spornym jest koszt — opakowanie chipsetu jest nadal bardzo drogie” — dodaje. Kanter wskazał z kolei, że zaawansowane obudowy w urządzeniach mobilnych będą zależeć od wydatków: „W tej chwili wdrożenie najbardziej zaawansowanych technik pakowania nie jest tanie. Spójrz na różnicę kosztów dla układów 3D. Kiedy korzyści staną się większe lub będziemy mogli obniżyć nakłady poprzez dojrzalsze technologie, może to umożliwić stosowanie bardziej zaawansowanych obudów w sektorze mobilnym”. McGregor oznajmił również, że zdezagregowane projekty mobilnych SoC nie są w najbliższej przyszłości możliwe. „Musisz pamiętać, że są pewne ograniczenia dotyczące rozmiaru, mocy i kosztów dla urządzeń mobilnych. Tak więc nadal istnieją zalety posiadania jednego układu. Przynajmniej dopóki nie spadną wydatki na rzecz zaawansowanego pakowania lub nie zmieni się ekonomia posiadania wielu układów”. W rzeczywistości ARM wskazuje również, że chociaż dezagregacja mobilnych SoC jest osiągalna, należy ją bardzo dokładnie ocenić. „W grę wchodzi wiele czynników” — powiedział rzecznik ARM. „Trzeba określić strukturę kosztów w telefonach komórkowych, a co najważniejsze — zoptymalizować RTL, aby zapewnić wykorzystanie technologii dezagregacji i pakietów”.
Jednak STCO prawdopodobnie nie będzie ograniczać się tylko do obudów, a odnosić się do wszystkiego, od zarządzania termicznego po przepływy produkcyjne, powiedział Kanter. „Myślę, że STCO obejmuje więcej niż tylko obudowy” — wskazał. „Częścią tego jest zintegrowanie zarządzania termicznego, dostarczania energii i obudowy z ogólnymi przepływami produkcyjnymi”.
Szerokie pokrycie geograficzne
Jedną z przewag, jakie Intel spodziewa się, że IFS będzie miał w stosunku do konkurentów, jest zdolność produkcyjna zdatna do obsługi 18A zarówno w USA, jak i Europie. Umożliwi to klientom IFS dywersyfikację ich łańcuchów dostaw.
Ponieważ obecna współpraca ogranicza się do mobilnego IP ARM, a wiodący projektanci mobilnych SoC znajdują się w Stanach Zjednoczonych (Apple, Qualcomm), na Tajwanie (MediaTek) i w Chinach (Unisoc), to dopiero okaże się, czy produkcja ich SoC w USA lub w Europie jest dla nich ważna, pamiętając, że faktyczne urządzenia będą nadal montowane w Chinach, Indiach lub krajach Azji Południowo-Wschodniej. Jednak biorąc pod uwagę obecne napięcia geopolityczne, zdywersyfikowany łańcuch dostaw może być zaletą samą w sobie, dlatego tworzenie najnowocześniejszych chipów w węzłach 18A w USA czy Europie jest niekwestionowanym atutem, który stanie się udziałem IFS, jak wskazują Kanter i McGregor. „Możliwość produkcji elementów w USA i Europie to walor, szczególnie w zastosowaniach wojskowych/rządowych” — podsumował McGregor.
Źródło: https://www.eetimes.com/experts-weigh-impact-of-intel-arm-collaboration/
Tymczasem Intel i ARM już potwierdzają, że prace ruszyły. „Operacje te pozwolą zweryfikować efektywność, moc i wykorzystanie obszaru na chipie projektów ARM SoC produkowanych w procesie Intel 18A” — powiedział rzecznik Intela w rozmowie z portalem EE Times. „Budujemy niestandardowe IP, aby zapewnić optymalną moc, wydajność i obszar chipów dla SoC opartych na ARM” — wyjaśnił EE Times rzecznik firmy ARM. „Dzięki temu ogłoszeniu dajemy naszym licencjobiorcom jeszcze jedną opcję do wyboru, kiedy celują w zaawansowane węzły do projektowania SoC bazującego na ARM”.
Hierarchie w kooptymalizacji technologii systemów. Zilustrowano różnice między usprawnieniami urządzeń, DTCO, 3DIC i STCO.
W poszukiwaniu nowych klientów
Podczas gdy początkowo: „wielopokoleniowa” kooperacja będzie skupiać się na mobilnych SoC i odpowiednim IP firmy ARM dla wąskich sektorów, obie marki stwierdziły, że zakres ten będzie można rozszerzyć np. na lotnictwo, centra danych (np. Neoverse), IoT czy aplikacje rządowe. Termin 'aplikacje rządowe' to dość niejednoznaczne określenie, ale należy pamiętać, że Intel 18A został już wybrany przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, więc być może licencjobiorcom ARM będzie trochę łatwiej zaspokoić potrzeby Armii USA zoptymalizowanym IP tych rdzeni.
Trudno przecenić ogólne znaczenie ogłoszenia o współpracy Intel Foundry-ARM, ponieważ gwarantuje ono, że IFS będzie w stanie produkować SoC w oparciu o zoptymalizowane IP ARM, podobnie jak jego rywale z TSMC i Samsung Foundry. Z drugiej strony ARM musi zadbać o to, aby jego rdzenie mogły być wytwarzane przez jak najwięcej producentów struktur półprzewodnikowych w jak najobszerniejszej ilości technologii. „ARM musi upewnić się, że jego rdzenie są wykonywane w jak największej liczbie węzłów procesowych, ale w kwestii Intela daje to przewagę wielu graczom ekosystemu ARM, co bardzo dobrze wypadło w przypadku TSMC” — powiedział Ian Cutress, główny analityk w More Than Moore. „Intel chce zwiększyć ilość klientów o rzędy wielkości, podczas gdy dla ARM jest to 'kolejny krok' w rozwoju”.
„IFS chce mieć jak najwięcej IP, aby umożliwić zainteresowanym tworzenie produktów” — wskazał David Kanter, prezes firmy Real World Tech oraz współprzewodniczący ds. wnioskowania i zasilania w MLPerf. „Im więcej praw własności intelektualnej jest dostępnych w systemie IFS, tym mniejszy problem dla klienta. [...] Pomaga to dostosować fabryki Intela do potrzeb branży, która koncentruje się na sprawności energetycznej” — zakomunikował Jim McGregor, główny analityk w Tirias Research. „Sprawia to również, że rynek produkcji kontraktowej układów scalonych jest bardziej konkurencyjny, oferując kolejny wiodący zakład”.
Zakres współpracy jest obecnie ograniczony do mobilnych SoC, co może być nieco zaskakujące, biorąc pod uwagę skupienie Intela na sprzęcie do centrów danych w ostatnich latach i ogólnie jego doświadczenie z dużymi układami scalonymi. Jednak ma to sens zarówno dla ARM, jak i Intel Foundry, ponieważ układy SoC do smartfonów należą do największych źródeł przychodów tej pierwszej marki i stanowią dobrą okazję dla tego drugiego podmiotu. „W tej chwili, z Softbank i IPO, ARM ogranicza realizowane projekty, wybierając najkorzystniejsze możliwości” — oznajmił Cutress. „Mobilne układy SoC to dobry cel, ponieważ IFS ma do zaoferowania tylko węzły o wysokiej sprawności, a rozmiary matrycy są niewielkie [na poziomie 100-150 mm²]. Zapewnia to lepszą efektywność produkcji w porównaniu z dużymi krzemowymi strukturami dla centrów danych, gdzie powierzchnia układu sięga 700 mm². Motoryzacja nie zawsze potrzebuje najnowocześniejszej technologii, więc mobilne SoC są dobre. Jeśli spojrzymy na TSMC, 34% jego przychodów to smartfony, a 44% to HPC [systemy o wysokiej wydajności]. Stąd IFS/ARM ma sens, by zoptymalizować mobilne IP”.
Nie tylko mobilne
Sam Intel uważa swój proces 18A za węzeł, który będzie miał niekwestionowaną przewagę, jeśli chodzi o efektywność, moc i gęstość tranzystorów. Firma pierwotnie planowała, że jej technologia produkcyjna 18A będzie pierwszą, która wykorzysta skanery ASML Twinscan EXE EUV z aperturą numeryczną równą 0,55, gdzieś od 2025 roku. Jednak ostatecznie ujawniono, że spożytkuje się istniejące narzędzia EUV o aperturze numerycznej 0,33 z podwójną ekspozycją zamiast maszyn nowej generacji. To będzie miało miejsce w drugiej połowie 2024 roku. W międzyczasie, aby zmniejszyć liczbę podwójnych naświetlań w EUV i zoptymalizować koszty produkcji w węzłach 20A i 18A, przedsiębiorstwo zastosuje instrument do kształtowania wzoru Centura Sculpta od Applied Materials.
Jeśli Intelowi uda się zapewnić najwyższą sprawność i gęstość upakowania tranzystorów w swoim procesie produkcyjnym 18A i zaoferuje to na dobrych warunkach finansowych, projektanci chipów bez własnych mocy wytwórczych będą skłonni w to wejść. Co więcej, dzięki zoptymalizowanemu standardowi IP ARM, technologia procesowa zapowiada się jeszcze bardziej atrakcyjnie dla twórców SoC, którzy korzystają z tego rdzenia. „Celem wspierania rdzeni ARM jest to, aby były one używane w szerokiej gamie produktów i stały się 'standardowym elementem składowym' wielu SoC” — wskazuje Kanter.
Chociaż sama informacja jest bardzo ogólna, to kooperacja obiecuje zagwarantować sporo możliwości licencjobiorcom ARM, w tym Qualcommowi. Ten ogłosił już plany spożytkowania procesu produkcyjnego 18A Intela, jednak nie ujawnił dotychczas do jakiego rodzaju produktów. MediaTek to kolejny duży deweloper mobilnych układów SoC, który zasygnalizował chęć korzystania z mocy IFS, ale nie okazał jeszcze zainteresowania węzłem produkcyjnym klasy 1,8 nm. Analitycy twierdzą, że mogą być inni, mniej oczywiści beneficjenci współpracy na linii IFS-ARM. „Qualcomm wyraził zainteresowanie, ale dopóki firma nie zacznie przekazywać pieniędzy i inwestować w zespoły projektowe, jestem sceptyczny” — powiedział Cutress. „MediaTek wykazywał uwagę, ale jak dotąd nie tak dużą, odnosząc się do mobilnych SoC. To pozostawia kilku innych głównych graczy — Apple, Samsunga i Unisoc”. Qualcomm używa już dostosowanych, wysokowydajnych rdzeni ARM w swoich SoC Snapdragon. A w nadchodzących latach marka planuje zużytkować wysoce niestandardową mikroarchitekturę ARM opracowaną przez Nuvia w całej gamie swoich nowych produktów. W związku z tym jest mniej prawdopodobne, że przedsiębiorstwo będzie zainteresowane implementacją typowych, wysokowydajnych rdzeni ARM Cortex. Jednak nadal może posiłkować się technologią zoptymalizowaną dla ARM pod kątem produkcji w 18A Intela. „Nawet w przypadku Qualcomma, wiele mobilnych SoC używa mniejszych rdzeni jako procesorów widocznych dla użytkownika [np. 'mały' rdzeń] lub jako procesor serwisowy” — powiedział Kanter z Real World Tech. „W świecie mobilnym MediaTek ma tendencję do wykorzystywania klasycznych rdzeni ARM w całej swojej linii produktów”. „Qualcomm jest oczywistym beneficjentem, który przychodzi na myśl, ale Apple również może na tym zyskać” — dodał McGregor z Tirias Research. „MediaTek, który ma partnerstwo w zakresie modemów z Intelem, mógłby na tym skorzystać. Google może wyjść na tym dobrze. Inni producenci OEM telefonów, którzy rozważają tworzenie własnych układów scalonych, także mogliby”.
W rzeczywistości istnieje również wiele aplikacji niemobilnych — skierowanych do różnych innych sektorów, od motoryzacji po centra danych — które mogą mieć pożytek ze standardowych rdzeni ARM zoptymalizowanych pod kątem produkcji z wykorzystaniem węzła Intel 18A, jak twierdzą analitycy z firm More Than Moore i Real World Tech. „Jest także sporo układów ASIC z mobilnym SoC, o których możesz nie pomyśleć: IPMI, ACAP od Xilinx, utwardzone układy FPGA, kontrolery itp.” — wskazuje Cutress. „Wymagania dotyczące krzemu [dla samochodowego systemu informacyjno-rozrywkowego — przyp. red.] nie są tak surowe”. „IP od ARM jest potencjalnie przydatne w samochodowym systemie informacyjno-rozrywkowym” — podsumował Kanter. „Wystarczy spojrzeć na adopcję Androida przez GM. Android działa najlepiej na ARM”.
„Segment mobilny to tylko wierzchołek góry lodowej” — mówi McGregor. „Rynki CE i systemy wbudowane odpowiadają za jeszcze więcej komponentów ARM”. Wskazał on, że współpraca Intel Foundry Services i ARM może szybko objąć bardziej wymagające aplikacje np. elementy do centrów danych. „Mogą to błyskawicznie poszerzyć” — wskazuje McGregor. „Trzeba pamiętać, że Intel był i jest licencjobiorcą ARM przez wiele, wiele lat. Intel jest zaznajomiony z architekturą. Jedynym ograniczeniem jest popyt. Jeśli nadarzy się okazja, jestem pewien, że zobaczymy te produkty w firmie Intel, mimo że będą one konkurować z jej innymi”.
DTCO spotyka tranzystory GAA i zasilanie dostarczane od spodu
Jeśli chodzi o producentów kontraktowych, metodologie DTCO istnieją już od jakiegoś czasu, więc IFS z pewnością nie jest tutaj pierwszy. W rzeczywistości większość własnych rdzeni procesorów Intela jest zaprojektowana pod kątem określonych węzłów produkcyjnych. Stanowi to dobry przykład zalet DTCO, jeśli chodzi o częstotliwości i moc, aczkolwiek w IDM, więc Intel z pewnością nie jest również nowy w tej metodologii. Proces produkcyjny Intela 18A będzie drugim węzłem firmy (po 20A), w którym zastosowane zostaną tranzystory GAA (gate-all-around — z bramką dookólną), nazywane RibbonFET, a także sieć dostarczania zasilania znajdująca się na spodzie chipa (PDN), określana handlowo jako PowerVia. Węzły 20A i 18A marki to dwie technologie produkcyjne opracowane zarówno dla Intela, jak i klientów IFS. Oba zapewniają mnóstwo opcji dla implementacji DTCO.
Architektura tranzystorów RibbonFET GAA składa się z czterech nanowstążek wykorzystanych, aby osiągnąć ten sam prąd sterowania co wiele 'żeber', ale na niewielkiej powierzchni.
GAAFET oferują kilka kluczowych zalet w porównaniu z tranzystorami planarnymi i FinFET, typu znacznie mniejszy prąd upływu, ponieważ bramki otaczają teraz wszystkie cztery strony kanału. Ponadto w tranzystorach z bramką dookólną możliwa jest zmiana szerokości nanocząstek dla określonego procesu produkcyjnego lub nawet w ramach konkretnego projektu chipa. Co umożliwia precyzyjne dostrojenie sprawności (poprzez zwiększanie szerokości), zużycia energii (poprzez zmniejszanie szerokości) i obszar zajmowany na powierzchni chipa.
W przypadku konstrukcji mobilnych SoC, zredukowany prąd upływu tranzystora GAA jest niezaprzeczalnym atutem. Dostosowanie architektury tranzystorów do dalszych projektów mobilnych może przynieść dodatkowe korzyści, jeśli chodzi o moc i wydajność. Tymczasem dostosowanie standardowych komórek, opracowanie bibliotek specyficznych dla urządzeń przenośnych i wdrożenie IP ARM na 18A firmy Intel powinno umożliwić dalszą optymalizację efektywności, mocy, zajmowanej powierzchni i kosztów produkcji na poziomie tranzystora. Niestety Intel Foundry Services i ARM nie potwierdziły żadnych konkretów związanych z optymalizacją konstrukcji tych ostatnich. Zasilanie tranzystorów było przez jakiś czas wyzwaniem w przypadku mniejszych węzłów ze względu na rosnącą rezystancję styków i straty omowe, co skutkowało utratą energii, niższą sprawnością i zwiększaniem temperatury. System PDN na przeciwnej stronie substratu (ochrzczony przez firmę Intel — PowerVia) przenosi linie zasilające z dala od tych wejścia/wyjścia danych, upraszczając łączność i umożliwiając korzystanie z bardziej zaawansowanej sieci zasilającej. „Ogólnie rzecz biorąc, eliminując potrzebę prowadzenia zasilania z przodu płytki, dostępnych jest więcej zasobów do optymalizacji kierowania sygnału i zmniejszenia opóźnień” — powiedział rzecznik Intela. „Dzięki temu możemy usprawnić wydajność, moc lub zajmowaną powierzchnię w zależności od wymogów produktu”.
PDN marki Intel — PowerVia — który oddziela linie zasilające i sygnałowe oraz zmniejsza standardowy rozmiar komórki. Przewody zasilające poprowadzone są pod warstwą tranzystorów, z tyłu substratu.
Dostarczanie zasilania zwykle różni się w zależności od projektu chipa. Na przykład procesory dla klientów i w centrach danych są dostosowywane do odmiennych wymagań dotyczących sprawności, dlatego potrzebują różnych PDN. Jednostki serwerowe są w stanie stale obsługiwać duże obciążenia i mogą na krótko zwiększać swoje zegary, gdy zapotrzebowanie jest największe. Z drugiej strony, procesory do urządzeń konsumenckich są najczęściej zoptymalizowane pod kątem gwałtownego podniesienia wydajności, ponieważ zwykle pozostają nieaktywne lub pracują przy niskim obciążeniu. Jednak gdy takowe następuje, procesory te muszą szybko (w ciągu mikrosekund) zwiększyć swoją efektywność z trybu bezczynności do maksymalnej prędkości, czasem nawet ją przekraczając, aby zagwarantować płynność użytkowania. Układy SoC do smartfonów zostały przygotowane tak, aby jeszcze szybciej reagować na wymagania i potrzebują własnego projektu PDN.
Optymalizacja PowerVia PDN dla IP ARM przeznaczona jest dla SoC smartfonów i może przynieść liczne korzyści pod względem sprawności i zużycia energii w porównaniu ze zwykłymi PowerVia PDN firmy Intel, które prawdopodobnie zostały przyszykowane do obsługi szerszej gamy aplikacji. Tutaj również, patrząc ściśle, Intel Foundry Services i ARM nie potwierdziły planów dostosowania RibbonFET i PowerVia do standardowego mobilnego IP ARM w ramach trwającej współpracy, jednakże można domyślać się takiej możliwości. „Spodziewałbym się, że GAA Intela będzie miał wyższą sprawność niż inne opcje w fabrykach producentów kontraktowych — częściowo z powodu przyjęcia PowerVia [a także różnic w implementacji tranzystorów — przyp. red.]” — wyjaśnił Kanter. „To potencjalnie przełożyłoby się na wyższą częstotliwość lub niższą moc przy podobnych częstotliwościach. Intel PowerVia jest częścią 20A i 18A, więc zakładałbym, że optymalizacja dla IP ARM dla procesu Intela obejmie również PowerVia. Na podstawie analizy, którą widziałem, PowerVia generalnie wydaje się zapewniać niewielką poprawę sprawności dzięki lepszemu dostarczaniu mocy (na poziomie od 3% do 7%) i zmniejszeniu powierzchni chipa [od 15% do 20%]”. „Chociaż współpraca między Intel Foundry i ARM przyniesie pożytek klientom planującym wdrożenie mobilnego IP firmy ARM, IFS jest gotowe do ścisłej kooperacji z każdym wystarczająco dużym klientem, aby ulepszyć PPA” — uzupełnia Cutress. „Nic szczególnego w ARM nie oznacza, że GAA Intela odniosłoby korzyść; tranzystory i architektura są niezależne” — dodał. „Myślę, że IFS zrobi wszystko, co w jej mocy, aby zagwarantować swoim głównym klientom dodatkowe benefity, zwłaszcza jeśli jest to duży gracz [np. Apple, Qualcomm — przyp. red.], niezależnie od chipa lub architektury”. McGregor powiedział, że nie widzi żadnej szczególnej korzyści dla ARM w porównaniu z innymi architekturami w tym zakresie. „Postępy w projektowaniu półprzewodników czy tranzystorów będą się wiązać z zyskami dla całej branży”.
Innym szczegółem, o którym podmioty Intel Foundry Services i ARM wspomniały w przygotowanych uwagach była intencja optymalizacji platform docelowych: „od aplikacji i oprogramowania poprzez pakiety i krzem”, zasadniczo implikując STCO. Chociaż Intel przyznaje, że w planach są zarówno technologie obudów EMIB (2.5D), jak i Foveros (3D), marka nie jest gotowa na ujawnienie żadnych dodatkowych informacji. „Współpraca uwzględniałaby zarówno technologie obudów 2.5D, jak i 3D” — ogłasza Intel. Wprowadzenie zdezagregowanych projektów do mobilnego świata, który od jakiegoś czasu koncentruje się na wysoce zintegrowanych układach SoC, będzie kamieniem milowym dla branży. Chociaż dopiero w przyszłości okaże się, co dokładnie oba podmioty mają zamiar tutaj wspólnie zrobić. Jako że ramy ogłoszenia są obecnie ograniczone do węzła produkcyjnego Intela 18A, podczas gdy zdezagregowany projekt oznacza użycie kilku w celu optymalizacji kosztów. Co więcej, wydatki na poczet zaawansowanych obudów są aktualnie bardzo wysokie, jak zauważają analitycy.
Qualcomm wypowiadał się na temat strategii i obudów chipletów na konferencjach IEEE wielokrotnie w ciągu ostatnich dwóch lat, powiedział Cutress. „To się stanie, jeśli nie w smartfonach, to w laptopach, gdzie dostępna jest większa wysokość układu. Głównym punktem spornym jest koszt — opakowanie chipsetu jest nadal bardzo drogie” — dodaje. Kanter wskazał z kolei, że zaawansowane obudowy w urządzeniach mobilnych będą zależeć od wydatków: „W tej chwili wdrożenie najbardziej zaawansowanych technik pakowania nie jest tanie. Spójrz na różnicę kosztów dla układów 3D. Kiedy korzyści staną się większe lub będziemy mogli obniżyć nakłady poprzez dojrzalsze technologie, może to umożliwić stosowanie bardziej zaawansowanych obudów w sektorze mobilnym”. McGregor oznajmił również, że zdezagregowane projekty mobilnych SoC nie są w najbliższej przyszłości możliwe. „Musisz pamiętać, że są pewne ograniczenia dotyczące rozmiaru, mocy i kosztów dla urządzeń mobilnych. Tak więc nadal istnieją zalety posiadania jednego układu. Przynajmniej dopóki nie spadną wydatki na rzecz zaawansowanego pakowania lub nie zmieni się ekonomia posiadania wielu układów”. W rzeczywistości ARM wskazuje również, że chociaż dezagregacja mobilnych SoC jest osiągalna, należy ją bardzo dokładnie ocenić. „W grę wchodzi wiele czynników” — powiedział rzecznik ARM. „Trzeba określić strukturę kosztów w telefonach komórkowych, a co najważniejsze — zoptymalizować RTL, aby zapewnić wykorzystanie technologii dezagregacji i pakietów”.
Jednak STCO prawdopodobnie nie będzie ograniczać się tylko do obudów, a odnosić się do wszystkiego, od zarządzania termicznego po przepływy produkcyjne, powiedział Kanter. „Myślę, że STCO obejmuje więcej niż tylko obudowy” — wskazał. „Częścią tego jest zintegrowanie zarządzania termicznego, dostarczania energii i obudowy z ogólnymi przepływami produkcyjnymi”.
Szerokie pokrycie geograficzne
Jedną z przewag, jakie Intel spodziewa się, że IFS będzie miał w stosunku do konkurentów, jest zdolność produkcyjna zdatna do obsługi 18A zarówno w USA, jak i Europie. Umożliwi to klientom IFS dywersyfikację ich łańcuchów dostaw.
Ponieważ obecna współpraca ogranicza się do mobilnego IP ARM, a wiodący projektanci mobilnych SoC znajdują się w Stanach Zjednoczonych (Apple, Qualcomm), na Tajwanie (MediaTek) i w Chinach (Unisoc), to dopiero okaże się, czy produkcja ich SoC w USA lub w Europie jest dla nich ważna, pamiętając, że faktyczne urządzenia będą nadal montowane w Chinach, Indiach lub krajach Azji Południowo-Wschodniej. Jednak biorąc pod uwagę obecne napięcia geopolityczne, zdywersyfikowany łańcuch dostaw może być zaletą samą w sobie, dlatego tworzenie najnowocześniejszych chipów w węzłach 18A w USA czy Europie jest niekwestionowanym atutem, który stanie się udziałem IFS, jak wskazują Kanter i McGregor. „Możliwość produkcji elementów w USA i Europie to walor, szczególnie w zastosowaniach wojskowych/rządowych” — podsumował McGregor.
Źródło: https://www.eetimes.com/experts-weigh-impact-of-intel-arm-collaboration/
Fajne? Ranking DIY
