Tidigare i veckan skickade Intel ett kryptiskt meddelande till oss:
Jag ville bjuda in dig till en Intel-presskonferens onsdagen den 4 maj klockan 9:30 Pacific Time. Intel kommer att göra sitt viktigaste teknikmeddelande för året. Inga ytterligare detaljer kommer att lämnas i förväg. Evenemanget kommer att hållas i San Francisco så för de av er som är lokala i SF Bay Area vänligen delta personligen om ni vill. Den kommer också att sändas live. Tune-in detaljer och logistik finns nedan. Meddela mig om du kan vara med.
För ett tag sedan bestämde Intel att ett bra sätt att driva upp aktiekursen skulle vara att bete sig mer som Apple, hålla stora tillkännagivanden hemliga och introducera dem på sina egna villkor för att förhoppningsvis bygga upp förväntan och spänning inför Intels tillkännagivanden. Du har sett exempel på detta med hur nära Intel höll Sandy Bridges arkitektoniska detaljer före presentationen på IDF, och hur lite vi visste om Snabbsynkronisering (Sandy Bridges hårdvaruvideotranskoder) tills Intel bestämde sig för att det var dags att prata om det.
Apple kan komma undan med det eftersom de flesta av dess produkter är påtagliga, konsumentinriktade enheter. Intels teknologier är utan tvekan ännu viktigare, men de är helt enkelt inte lika lätta för den allmänna befolkningen att bli upphetsad över. Dagens tillkännagivande är det perfekta exemplet på just det.
Tidigare idag meddelade Intel att dess 22nm-process inte skulle använda konventionella plana transistorer utan snarare vara första gången Intel använder 3D Tri-Gate-transistorer. Det här är ett stort tillkännagivande som ger bränsle till Intels ledarskap inom CPU-utrymmet för mobil/dator/server och gör det mycket mer attraktivt i SoC-utrymmet, låt oss förstå varför.
Transistorn
Här är ett enkelt diagram över en standard 32nm plan transistor, exakt vad du skulle hitta i en Sandy Bridge CPU:
jagMage med tillstånd från Intel Corporation
Jag tillbringade ett par terminer som datateknikstudent för några år sedan och studerade hur dessa saker fungerar. Det finns mycket matematik och det är inte roligt att göra om och om igen så vi ignorerar allt det för nu. Grunderna är tack och lov mycket roligare att förstå.
jagMage med tillstånd från Intel Corporation
Målet med en transistor är att fungera som en elektrisk omkopplare med mycket hög hastighet. När den är på flyter ström från transistorns källa till avloppet. När den är avstängd stannar strömmen. Inversionslagret (blå linje ovan) är där strömflödet faktiskt sker.
Helst behöver en transistor göra tre saker:
1) Låt så mycket ström flyta när den är på (aktiv ström)
2) Låt så lite ström flyta när den är avstängd (läckström)
3) Växla mellan på och av lägen så snabbt som möjligt (prestanda)
Den första punkten påverkar hur mycket ström din CPU använder när den aktivt arbetar, den andra påverkar hur mycket ström den drar när den är inaktiv och den tredje påverkar klockhastigheten.
I konventionella plana transistorer visar det sig att spänningen i kiselsubstratet påverkar läckströmmen på ett negativt sätt. Fullt utarmad SOI (kisel på isolator) är ett alternativ för att bekämpa denna effekt.
Ju mindre du gör transistorerna, desto svårare är det att göra framsteg inom alla dessa tre områden samtidigt som transistortätheten ökar. När allt kommer omkring behöver du inte bara oroa dig för att hålla strömmen under kontroll, utan hela poängen med att krympa transistordimensioner är att klämma in fler av dem i samma fysiska formområde, vilket banar väg för bättre prestanda (fler kärnor, större cacher, högre prestandastrukturer, mer integration).
3D Tri-Gate Transistor
En 3D Tri-Gate-transistor ser mycket ut som den plana transistorn men med en grundläggande förändring. Istället för att ha ett plant inversionsskikt (där elektrisk ström faktiskt flyter), skapar Intels 3D Tri-Gate-transistor en tresidig kiselfena som grinden sveper runt, vilket skapar ett inversionsskikt med en mycket större yta.
jagMage med tillstånd från Intel Corporation
Det finns fem resultat av detta drag:
1) Gaten utövar nu mycket mer kontroll över strömflödet genom transistorn.
2) Silikonsubstratspänningen påverkar inte längre strömmen när transistorn är avstängd.
3) Tack vare större inversionslagerarea kan mer ström flyta när transistorn är på.
4) Transistortätheten påverkas inte negativt.
5) Du kan variera antalet fenor för att öka körstyrkan och prestanda.
De två första punkterna i listan ger lägre läckström. När Intels 22nm 3D Tri-Gate-transistorer är avstängda förbränner de mindre ström än en hypotetisk plan 22nm-process.
Bild med tillstånd från Intel Corporation
Den tredje punkten är särskilt spännande eftersom den möjliggör bättre transistorprestanda samt lägre total effekt. Fördelarna är svindlande:
Bild med tillstånd från Intel Corporation
Med samma växlingshastighet kan Intels 22nm 3D Tri-Gate-transistorer köra på 75 – 80 % av driftspänningen hos Intels 32nm-transistorer. Detta resulterar i lägre aktiv effekt vid samma frekvens, eller samma aktiva effekt vid en högre prestandanivå. Intel hävdar att minskningen av aktiv effekt kan vara mer än 50% jämfört med dess 32nm-process.
Bild med tillstånd från Intel Corporation
Vid lägre spänningar hävdar Intel en 37% ökning i prestanda jämfört med dess 32nm-process och en 18% ökning av prestanda vid 1V. Avancerade dator- och mobildelar faller i den senare kategorin. Ivy Bridge kommer sannolikt att se vinster i storleksordningen 18 % jämfört med Sandy Bridge, men Intel kan komma att använda dessa vinster genom att minska den totala strömförbrukningen för chippet samt trycka på för högre frekvenser. Den andra änden av den kurvan är egentligen för de ultramobila chipsen, detta borde betyda stora nyheter för 22nm Atom som jag antar att vi kommer att se runt 2013.
Bild med tillstånd från Intel Corporation
Du kommer att notera att övergången till 3D Tri-Gate-transistorer inte påverkar transistortätheten negativt. Faktum är att Intel hävdar en 2x densitetsförbättring från 32nm till 22nm (du kan få plats ungefär dubbelt så många transistorer i samma formområde vid 22nm som du kunde på Intels 32nm-process).
jagMage med tillstånd från Intel Corporation
Det är också möjligt att variera antalet fenor för att påverka drivstyrkan och prestanda, vilket gör att Intel kan finjustera/inrikta sin 22nm-process på olika produkter.
Påverkan på tillverkningskostnaden är också minimal. Jämfört med en hypotetisk Intel 22nm planprocess bör 3D Tri-Gate-processen bara kosta ytterligare 2 – 3 %
Bild med tillstånd från Intel Corporation
Alla 22nm-produkter från Intel kommer att använda sina 3D Tri-Gate-transistorer.
Vad betyder det här
Intels Ivy Bridge är för närvarande planerad att debutera under första halvan av 2012. Intel är målmedvetet vaga om releasekvartalet eftersom Sandy Bridge går bra och inte möter mycket konkurrens i den högre delen åtminstone.
Effekten av Intels 22nm 3D Tri-Gate-transistorer på avancerade x86-processorer kommer att vara betydande. Intel förväntar sig inte att konkurrenterna ska gå över till en liknande teknik förrän 14nm. Ökningen av växlingshastigheten vid samma spänning kan tillåta Intel att äntligen träffa eller överskrida den magiska 4GHz-barriären i en vanlig CPU. Jag misstänker att Intel sannolikt kommer att använda vinsterna för att leverera processorer med lägre effekt, men det finns alltid möjlighet till några mycket snabba Extreme Edition-delar.
jagMage med tillstånd från Intel Corporation.
Den större historien här har faktiskt att göra med Atom. De största vinsterna som Intel visar är vid mycket låga spänningar, precis vad som kommer att gynna ultramobila SoCs. Atom har haft svårt att komma in på smartphones och även om vi kan se begränsad framgång vid 32nm, är den verkliga framtiden vad som händer vid 22nm. Atom kommer att få en ny mikroprocessorarkitektur under 2012, om Intel går den riskabla vägen och kombinerar den med sin 22nm-process kan det få en knockout i händerna.
