Uma olhada na tecnologia de processo Intel 4

No início de 2019, a Intel finalmente reconheceu publicamente que errou – seu ambicioso processo de 10 nanômetros foi um fracasso; metas malucas de melhoria de densidade, juntamente com muitos recursos tecnológicos novos, provaram ser demais. A empresa se comprometeu a corrigir isso voltando a uma cadência mais regular de nós por meio de um PPA mais equilibrado e uma melhor tomada de risco. Foram necessárias duas trocas de CEO e, sob a supervisão de Gelsinger, estamos finalmente vendo alguns de seus esforços iniciais para voltar aos trilhos.

No 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits, realizado no Havaí, a Intel apresentou vários artigos envolvendo seu processo Intel 4. O artigo principal foi apresentado por Ben Sell, vice-presidente de desenvolvimento de tecnologia da Intel Corporation.

Intel4

Este novo nó é chamado Intel 4. Para todos os propósitos práticos, é o sucessor apropriado de 10 nanômetros. Em outras palavras, se tivesse sido lançado em 2020, teria sido chamado de “7nm”. Hoje, é chamado de 'Intel 4' e é o sucessor do 'Intel 7' (anteriormente conhecido como '10nm Enhanced SuperFin', anteriormente '10nm++').

Intel 4 é bom, mas estranho, muito estranho. Em termos de tempo, a Intel espera que esse processo aumente no final deste ano – o que significa produtos no próximo ano. Se tudo correr como planejado, o 'Intel 3', o sucessor do Intel 4, será lançado quase exatamente um ano depois (aumentando no final de 2023). Isso deve começar a dar uma ideia de como a Intel vê esse processo. Antes de nos aprofundarmos nos detalhes, queremos destacar que o Intel 4 não foi projetado como um nó completo típico. Embora seja um nó de alto volume, é bastante limitado no que pode ser feito nele (o que provavelmente limitará consideravelmente seu volume). Por exemplo: ele não oferecerá várias bibliotecas grandes que você normalmente veria em nós da Intel, como bibliotecas de densidade de desempenho de alta e média gama que são importantes para coisas como gráficos e outros aplicativos, mas não para projetos de núcleo de CPU. É por esse motivo que a Intel 4 está produzindo o bloco de computação para ser co-empacotado com outros chiplets feitos em nós diferentes.

Comece pequeno, faça funcionar, construa

A Intel 4 representa uma mudança de paradigma na forma como a empresa aborda seu design de nós. Historicamente, a empresa se concentrou em lançar o que era tradicionalmente chamado de nós completos – um único nó era introduzido a cada dois anos, o que trazia uma geração inteira de melhorias. As fundições (por exemplo, TSMC, Fujitsu, Toshiba, NEC e outras há uma década) costumavam introduzir nós de acompanhamento chamados meio-nós que trariam mais melhorias para o nó, juntamente com menor escala de pitch. A premissa era simples: gastar e aprimorar um nó de alto rendimento existente é mais barato e mais fácil.

Enquanto o modelo tradicional de 'nó completo' e 'meio nó' caiu no esquecimento. Como os nós FinFET recentes aumentaram em complexidade, as fundições mudaram para um novo esquema de 'nodelet'. Sob este modelo, um nó base deveria ser introduzido primeiro (por exemplo, 7LPP ou N7) que seria sucedido por um ou mais nós aprimorados (nodelets) em uma cadência quase anual trazendo pequenas, mas mudanças incrementais (por exemplo, N7P, N7+, N6, 6LPP).

O sucesso rápido da Intel 4 é a Intel 3, que deve ser lançada no final do próximo ano. A empresa disse que o processo apresentará novas bibliotecas com maior densidade, potência e melhoria de desempenho em relação ao Intel 4. Além disso, o Intel 4 é compatível com o Intel 3, permitindo uma migração de design mais fácil. Mais importante, o Intel 3 apresentará uma oferta completa de fundição. De muitas maneiras, a Intel está pegando uma página do manual de fundição. Está claro que eles estão limitando a complexidade dos recursos e capacidades do Intel 4 para mitigar os riscos. Além disso, sua capacidade de lançar o Intel 4 este ano desempenhará um grande papel em sua capacidade de levar o Intel 3 ao mercado no prazo no próximo ano. A execução adequada é primordial. Construir um portfólio mais amplo e aprimorado de recursos, bibliotecas e outros IPs em um processo mais maduro é muito mais fácil e é o caminho certo para isso. Isso é crítico, uma vez que o Intel 3 está posicionado como seu principal nó inicial para o Intel Foundry Services (IFS).

Dado o escopo limitado do Intel 4 e seu nó Intel 3 completo de acompanhamento rápido, apesar de suas características de densidade de nó completo/PPA, achamos que é melhor pensar no Intel 4 como um nó temporário provisório.

Produtos

Originalmente, a Intel revelou que tanto o SoC cliente Meteor Lake quanto o SoC do data center Granite Rapids serão fabricados no Intel 4 para o processo Intel 3.” Dado o que sabemos hoje sobre a relação entre Intel 4 e Intel 3, a mudança para Granite Rapids faz mais sentido hoje.

Em conferências técnicas como o IEEE VLSI Symposium, a Intel normalmente limita o escopo de suas apresentações exclusivamente aos aspectos técnicos de seu processo. Nesta ocasião bastante rara e incomum, Sell falou sobre o primeiro produto da Intel 4 – Meteor Lake. Meteor Lake com Intel 4 será o principal produto de volume para a tecnologia de embalagem 3D foveros. Suportando a mais recente tecnologia de embalagem, o Intel 4 apresenta os pitches micro-bump escalados de forma mais agressiva para Foveros - dimensionando de 50μm a 36μm. O Meteor Lake compreende um bloco gráfico, bloco SoC, bloco de computação e bloco de E/S, todos em uma interposição de Si.

Visão geral do processo

Intel 4 (junto com sua versão aprimorada, Intel 3) é o último nó baseado em FinFET da Intel. Em alto nível, este é o 4º nó principal a utilizar FinFET após 22nm, 14nm e 10nm. Diz-se que o processo utiliza COAG de segunda geração e porta fictícia única de segunda geração. A Intel afirma que o novo processo Intel 4 oferece cerca de 2x o dimensionamento de área para a biblioteca de alto desempenho. Por fim, também vale a pena destacar que este é o primeiro processo movido a EUV da empresa que deverá permitir uma simplificação significativa do processo.

• Litografia Ultravioleta Extrema (EUV)
• Quad-Padrão Autoalinhado (SAQP)
• Contato-sobre-porta ativa (COAG)
• Portão fictício único (SDB)
• Interconexão de cobre aprimorada

No nível do transistor, os vários tons encolheram modestamente. Por exemplo, comparado ao Intel 7, o Intel 4 apresenta um passo de aleta de 30 nm e um passo de porta de 50 nm, um encolhimento de 0,83x e 0,88x, respectivamente. A pilha de interconexão passou por algumas mudanças mais significativas, incluindo uma mudança material. O passo de metal M0, por exemplo, sofreu um encolhimento de passo maior de 40 nm para 30 nm ou 0,75x.

Antes de prosseguirmos, gostaríamos de reiterar que o Intel 4 oferecerá apenas uma biblioteca de células de alto desempenho devido aos produtos limitados que utilizarão esse nó. Normalmente, a Intel projeta pelo menos três bibliotecas padrão para lógica. Por exemplo, com a Intel 10nm, a empresa tinha uma célula de alta densidade, uma célula de alto desempenho/desempenho móvel e células de desempenho ultra-alto. Embora eles utilizem os mesmos transistores subjacentes, eles são caracterizados pelas características de desempenho, potência e densidade que são uma função dos dispositivos pMOS e nMOS. Para dispositivos FinFET, esta é uma função direta do número de aletas. Portanto, a Intel 10nm tinha células HD que podem acomodar 2 aletas por dispositivo, células HP que podem acomodar 3 aletas por dispositivo e células UHP que podem acomodar 4 aletas por dispositivo.