Wenn es um die Aufrüstung von Hardware wie Computern und Mobiltelefonen geht, haben wir in den letzten Jahren häufig den Begriff „Zahnpasta auspressen“ verwendet, um die Leistung von Produkten der neuen Generation zu beschreiben. Tatsächlich bleibt die Leistungssteigerung von Produkten im Rhythmus der jährlichen Aktualisierungen normalerweise zwischen 10 und 20 %, und bahnbrechende Fortschritte sind selten. Aber jeder Technologiesprung wird den Beginn einer neuen Ära in unserer Welt markieren.
Mit dem explosionsartigen Wachstum der KI bei einzelnen Benutzern in diesem Jahr sind nicht nur auf der Serverseite beispiellose AIGPU-Beschleunigerkarten mit Superrechenleistung aufgetaucht, sondern auch auf dem Terminal haben Computer-CPUs einen umfassenden Technologiesprung vollzogen.
CPU ist nicht mehr nur eine CPU
Wenn es um die CPU geht, wird unser Trägheitsdenken denken, dass es sich um den Rechenkern unseres Computers handelt, und wir werden seiner Leistung große Aufmerksamkeit schenken. Tatsächlich hat der „Black Bump“ in unseren Computern seit zehn Jahren jedoch nicht mehr nur die Funktion der CPU.
Bereits 2011 hatte Intels Core-Prozessor der zweiten Generation (Codename SandyBridge) die GPU und die zugehörigen Display-Ausgangsschnittstellenschaltungen mit dem CPU-Chip auf einem Chip integriert.
Darüber hinaus sind auch verschiedene dedizierte Beschleunigungseinheiten wie Video-Codecs und Signalprozessoren in die CPU integriert, um ein „System-on-Chip“ zu bilden, was die Verarbeitungseffizienz der CPU erheblich verbessert und die Abhängigkeit von Peripheriechips verringert.
Da der Chip-Herstellungsprozess jedoch schrittweise in Richtung immer feinerer Abmessungen verbessert wird, rücken die physikalischen Eigenschaften immer näher an die Leistungsgrenzen vorhandener Materialien, die Technologieumsetzung wird immer schwieriger und die Chip-Herstellungskosten steigen stark an. Um mehr Schaltkreise integrieren und gleichzeitig Ertrag und Produktionskosten effektiv kontrollieren zu können, wurde die Chiplet-Technologie entwickelt.
Die Chiplet-Technologie teilt einen großen Chip in mehrere kleine Chips (Chiplets) auf und integriert diese dann durch fortschrittliche Verpackung. Im Gegensatz,Die SoC-Technologie fertigt das gesamte System auf einem Wafer. Chiplets können die Herstellungstechnologien verschiedener Hersteller nutzen, um es zu ermöglichen, jeden Chip unabhängig zu optimieren und wieder zusammenzusetzen, um Leistung und Kosten perfekt zu kombinieren. Es wird von der Industrie als eine neue Generation von System-on-Chip-Lösungen nach SoC angesehen.
Obwohl der neueste Core-Ultra-Prozessor von Intel nicht das erste Produkt ist, das das Chiplet-Design nutzt, markiert dieses Upgrade den offiziellen Eintritt der PC-Prozessoren in eine neue Ära.
Core Ultra vier Kerne in einem
Der neueste Core-Ultra-Prozessor mit MeteorLake-Architektur von Intel integriert hauptsächlich vier kleine Chips mit unterschiedlichen Prozesstechnologien, darunter ComputeTile, GraphicsTile, SoCTile und I/OTile.
Unter anderem wird der ComputeTile-Teil auf Basis der Intel4-Prozesstechnologie der EUV-Technologie hergestellt, während Graphics Tile, SoCTile und I/OTile alle von Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. hergestellt und mit der 5-nm- und 6-nm-Prozesstechnologie von TSMC hergestellt werden. Schließlich sind sie durch Intels Foveros 3D-Verpackungstechnologie miteinander verbunden.
Im Vergleich zu früheren Generationen der Einzelprozess-Einzelwafer-Herstellung erreicht Intel Core Ultra nicht nur eine heterogene Integration in die Kernarchitektur, sondern übernimmt erstmals auch die Multi-Source-Wafer-Herstellung. Es kann als Intels doppelter Durchbruch in der Prozesstechnologie und im Chipdesign bezeichnet werden.
Als weltweit größtes Halbleiterunternehmen hat Intel stets auf unabhängige und kontrollierbare Chip-Prozesstechnologie bestanden. Das frühe Mooresche Gesetz förderte das stetige Wachstum seiner Prozessorleistung und sein vertikal integriertes geschlossenes Ökosystem wurde zum Grundstein seiner Dominanz in der PC-Branche.
Nachdem die Chipherstellung jedoch 10 Nanometer erreicht hatte, begann die Prozesstechnologie von Intel deutlich hinter der Konkurrenz zurückzubleiben. Hindernisse wie die physikalischen Grenzen von Lithographiemaschinen und Probleme mit der dielektrischen Schicht haben die Iterationsgeschwindigkeit erheblich verlangsamt.
Professionelle Gießereien wie TSMC, die sich auf die Waferherstellung konzentrieren, erzielen weiterhin Durchbrüche im 7-nm-/5-nm-Knoten. Dies zwang Intel dazu, die strategische Transformation voranzutreiben und schlug einen Plan „fünf Prozessknoten in vier Jahren“ vor. Das heißt, durch die Förderung der fünf Prozessknoten Intel7, Intel4, Intel3, Intel20A und Intel18A innerhalb von vier Jahren wird das Unternehmen im Jahr 2025 die Prozessführerschaft zurückgewinnen.
Mit der reibungslosen Förderung dieses Plans nutzt der ComputeTile-Teil des Core Ultra-Prozessors die Intel 4-Prozesstechnologie. Gleichzeitig hat das neue Design kleiner Chips durch die koordinierte Integration mehrerer Vorteile der Prozesstechnologie Intel wertvolle Zeit verschafft, um zur Prozessführerschaft zurückzukehren. Das Chiplet-Modell deutet auch darauf hin, dass die Halbleiterindustrie über Hersteller und Grenzen hinweg ein stark kollaboratives und symbiotisches Muster aufweisen wird.
Prozessprozesse und Schlüsseltechnologien, die von Intels früheren Prozessorgenerationen verwendet werden:
1971 4004 verwendet einen 10-Mikron-PMOS-Prozess
Im Jahr 1978 verwendete 8086 den 3-Mikron-HMOS-Prozess
1985 nutzte 80386 den 1,5-Mikron-HMOS-Prozess und führte erstmals 32-Bit ein.
Im Jahr 1989 verwendete 80486 einen 1-Mikron-Prozess und die Anzahl der integrierten Transistoren überstieg 1 Million.
1993 verwendete Pentium den 0,8-Mikron-BiCMOS-Prozess
Im Jahr 1997 verwendete Pentium II den 0,35-Mikron-CMOS-Prozess
Im Jahr 2000 verwendete der Pentium III das 0,18-Mikrometer-Coppermine-Verfahren
Im Jahr 2006 verwendete Core2 einen 65-nm-Prozess und ein High-K-Metall-Gate
2011 Core der 2. Generation, 32-nm-Prozess, CPU-integrierte GPU
2012 Core der 3. Generation, 22-nm-Prozess, Tri-Gate-FinFET-Technologie
2017 8. Generation Core, 14 nm++-Prozess, Tick-Prozessknoten hat eine große Verzögerung erfahren
2019 Core der 10. Generation, eine Mischung aus 10 nm und 14 nm
2021 Core der 12. Generation, Intel7-Prozess (10 nm), CPU übernimmt leistungsstarke Hybridarchitektur, großes und kleines Kerndesign
2024 Core Ultra, Intel4 (7 nm) Prozess, separates modulares Design, erstmals mit Wafer-Herstellung aus mehreren Quellen