14Nm broadwell, 20nm exynos visar att moores lag är levande och bra

Moore's Law är tillbaka. Eller kanske, det slutade inte riktigt, bara tog en liten semester.

Det har varit farhågor om att Moore's Law - som anger att antalet transistorer per chip kommer att fördubblas vartannat år - eftersom Intels övergång till en 14nm-process har tagit längre tid än förväntat, och de mer allmänna chip-tillverkning gjuterierna är senare än vanligt vid leverans av nästa process. Men för mig är den stora takeawayen från Intels Broadwell-tillkännagivande förra veckan, liksom Samsungs mindre anmälda kommentarer om att den levererade en 20nm applikationsprocessor i sin senaste smartphone, att chipskalningen verkar fortsätta, trots vissa förseningar.

Broadwell tillkännagivandet var lite sent. Ursprungligen hade Intel planerat att leverera chips i slutet av 2013 och en full rad 14nm bärbara produkter ut nu. Men Intel gav många detaljer förra veckan som visade att det har gjort mycket framsteg på 14nm, med specifikationerna ser bättre ut än många hade förväntat sig.

Som meddelades vid Computex-utställningen i juni kommer Intels första chip på 14 nm att vara Broadwell-Y, med Y-ståndpunkten för den lägsta effektversionen av chipet och marknadsförs under namnet Core M. Detta chip var i fokus för förra veckans tillkännagivande, som detaljerade många specifikationer om chipet och Intels 14nm-process, som inkluderar den andra generationen av det företaget kallar sina "Tri-gate" -transistorer (som andra kallar FinFET: er).

Det praktiska resultatet av dessa chips är att de möjliggör fläktlösa surfplattor och bärbara datorer som är mindre än 9 mm tjocka, vilket ger Core-designen till fläktlösa system. Enligt Rani Borkar, Intels vice president för plattformsteknik, har Intel fördubblat CPU-kärnprestanda mellan 2010 och 2014, ökat grafikprestanda med sju gånger och minskat effektbehovet med fyra gånger, vilket möjliggör system med halva batteristorleken men dubbelt batteriet liv.

Intel Senior Fellow Mark Bohr presenterade många av de tekniska detaljerna och visade hur transistorerna har skalat i nästan alla dimensioner, som visas i bilden ovan. Vissa av mätningarna var på ett Moore's Law-klipp, andra var bättre, andra var lite sämre, men kombinationen ser mycket stark ut. (Observera att beteckningen av processnoden ursprungligen var storleken på den minsta funktionen, och om grindhöjden skulle minska med en skala på 0, 7, skulle du få transistorerna att krympa i hälften.) Intressant nog är transistorfinsens höjd större i den nya processen (nu 42 nm, jämfört med 34 nm), vilket resulterar i högre och tunnare fenor, vilket skulle resultera i bättre prestanda och lägre läckage.

Sammantaget sade Bohr att storleken på en SRAM-minnecell på en CPU (en av standardcellerna som används vid chipkonstruktion) skulle minska från 0, 108 um ² till 0, 0588 um ², en minskning med 54 procent i storlek. Och för chipets logikområde, sa han, fortsatte skalningen att förbättras med 0, 53x per generation. (Det är väldigt imponerande med tanke på problemen med chipskalning, särskilt eftersom processen fortfarande använder nedsänkningslitografi, eftersom Extreme Ultraviolet eller EUV litografi fortfarande är år borta.) Som ett resultat sade han att Intel har "sant 14nm", som det levererar både tätare och snabbare än vad andra gjuterier kallar 14nm eller 16nm.

Bohr sade att varje generation fortsätter att ge förbättringar i prestanda, aktiv effekt och prestanda per watt. Faktum är att Bohr sade att även om Intel har ökat prestanda per watt med en hastighet av 1, 6x för varje ny generation, kommer Broadwell-Y att leverera mer än dubbelt så hög prestanda per watt jämfört med den nuvarande generationen på grund av andra generationens tri-gate transistorer, mer aggressiv fysisk skalning, nära samarbete mellan process- och ingenjörsteam och förbättringar av mikroarkitekturen.

En av de stora frågorna som många analytiker har haft om Moore's Law är en övertygelse om att medan nya processnoder kommer att kunna sätta fler transistorer i samma utrymme, kommer kostnaderna för att göra transistorerna inte att fortsätta att minska, delvis för att vid 20 nm och nedan kräver många processsteg "dubbelmönster" med användning av nedsänkningslitografi. Men Bohr visade bilder som visar att kostnaden per transistor fortsätter att minska och säger att några nya tekniker har hjälpt det att sänka kostnaderna mer än vanligt vid denna nod. "För Intel fortsätter kostnaden per transistor att sjunka, om något i något snabbare takt med denna 14nm-processteknik, " sade han.

Medan avkastningen på 14 nm var från början under avkastningen på 22 nm (vilket således bidrog till förseningen), sade Bohr avkastningen nu "i det sunda sortimentet" och förbättras, med 14nm produkter som tillverkas i Oregon och Arizona i år, och i Irland nästa år.

För Broadwell Y sade Intel att en kombination av processteknik och design har gjort det möjligt för dubbelt så mycket energibesparing som traditionell skalning skulle ge. Några av förändringarna inkluderar optimering av chipet för lågspänningsprestanda. Sammantaget bör paketet (som inkluderar matrisen och det omgivande kortet) ta upp cirka 25 procent lägre kartong än Haswell U / Y-delar (låg effekt), med minskningar i alla dimensioner.

Stephan Jourdan, en Intel Fellow i Platform Engineering Group, sa att själva CPU-kärnan skulle ge cirka 5 procent förbättringar i enkeltrådinstruktioner per cykel, medan chipet erbjuder mer betydande förbättringar av grafik- och mediebearbetning (t.ex. 20 procent mer beräkning och upp till två gånger videokvaliteten). Dessutom innehåller det nu stöd för 4K-upplösningar, liksom de senaste DirectX- och Open CL-programvarudrivrutinerna, som löser ett problem som Intels integrerade grafik har haft hittills.

Core M-system som använder 14nm Broadwell Y-chipet bör finnas på marknaden i tid för högsäsongen, med andra medlemmar av Broadwell-familjen som nu planeras under första halvåret 2015. Mer information kommer sannolikt att komma på nästa månads Intel Developer Forum.

De andra stora nyheterna om chip var något begravda i berättelserna om Galaxy Alpha. Samsung sa att många modeller av telefonen kommer att använda sitt nya Exynos 5 Octa (Exynos 5430) System on Chip (SoC) producerat på en 20nm High-k / metal-gate-process. Medan detta chip inte har radikalt nya CPU-funktioner från den tidigare 28nm-versionen av Exynos 5 Octa, med fyra 32-bitars ARM Cortex-A15-chips som körs upp till 1, 8 GHz och fyra Cortex-A7-chips som körs upp till 1, 3 GHz i en stor.LITTLE-konfiguration är det anmärkningsvärt att det är den första leveransen av ARM-chip med en 20nm-process, vilket Samsung påstår att möjliggör 25 procent lägre strömförbrukning. Dessutom stöder det nu skärmar upp till 2 560 vid 1 600 pixlar och har ursprunglig H.265-avkodning. (Observera. USA: s versioner av telefonen kommer sannolikt att använda Qualcomm Snapdragon 801 istället, med amerikanska transportörer som främst stöder Qualcomms LTE-teknik.)

Återigen, det som gör detta unikt är 20nm applikationsprocessorn, som verkar vara den första som skickas (utanför Intels 22nm-process). Sådana chips förväntades tidigare, men medan Qualcomm har ett 20nm-modem ut, förväntas inte sin 20nm Snapdragon 810-applikationsprocessor förrän första halvåret 2015. Å andra sidan finns det rykten om att Apple kommer att tillkännage och skicka en 20nm A8-processor för sin kommande iPhone 6.