Intel IFS Direct Connect

Intel enthüllt Intel 14A und Pläne für weiter optimierte Fertigungsprozesse

Über die letzten Jahre hinweg wiederholte Intel immer wieder das Mantra der "Five Nodes in four Years" (5N4Y). Bis zu Intel 18A als bisher fortschrittlichste Fertigung über die Intel offiziell gesprochen hat, will Intel zurück zu einer verlässlichen Ausführung seiner Fertigung. Die zahlreichen Verzögerungen für die Fertigung in 10 nm schmerzen noch immer und haben zu zahlreichen Verzögerungen geführt. Intel 7 war, bzw. ist als 10-nm-Prozess inzwischen als ausgereifte Fertigung zu bezeichnen und kommt unter anderem für Alder Lake, Raptor Lake und Raptor Lake-Refresh zum Einsatz – also für die wichtigsten Endkundenprodukte.

Während die Core-Prozessoren sicherlich ebenfalls von den Verzögerungen betroffen waren, so musste vor allem die Xeon-Sparte lange mit größeren Verzögerungen kämpfen, die letztendlich dazu führten, dass AMD als größter Konkurrent Fuß fassen konnte.

Aber dies soll die Vergangenheit sein. Diese Verlässlichkeit scheint man also wiedergefunden zu haben, denn die für 2025 geplanten Clearwater-Forest-Prozessoren haben den Tape-Out-Prozess in Intel 18A bereits hinter sich gebracht. Der Base Tile, im Package unter dem Compute Tiles angeordnet, wird in Intel 3 gefertigt. Aber es gibt auch in der Roadmap einige Fragezeichen, bzw. Unklarheiten. So ist Meteor Lake mit seinem Compute-Tile gefertigt in Intel 4 sicherlich ein technologisch herausragendes Produkt, ob man die selbstgesteckten Ziele in der Effizienz und den besonders geringen Stromverbrauch wird ausspielen können, konnte bisher nicht vollumfänglich geklärt werden.

Das, was mit Intel 3, Intel 20A und Intel 18A kommen und welche Vorteile die Fertigung bieten wird, dazu gibt es bisher nur das, was Intel selbst dazu gesagt hat. Mit Intel 20A und Intel 18A wird der rückseitigen Versorgung der Chips (Backside Power Delivery) – bei Intel PowerVia genannt – eine größere Bedeutung zukommen. Ein BSPDN (Backside Power Delivery Network) vereinfacht das Design eines Chips, da die Spannungsversorgung und Datenleitungen zu den Transistoren getrennt ausgeführt werden können, zu einem gewissen Teil erhöht sich aber auch die Komplexität in der Fertigung. Die Vorteile der PowerVias hat Intel mehrfach vorgeführt, nun müssen sich die Erkenntnisse aus der Entwicklung noch in der Praxis widerspiegeln.

Während es aktuell eine größere Diskussion darüber gibt, ob Intel mit seinem aggressiven und frühen Einsatz von High-NA EUV alte Fehler vielleicht wiederholt, gibt es bezüglich der BSPDNs keinerlei Frage: Alle Halbleiterfertiger arbeiten an entsprechenden Techniken, auch wenn diese im Detail unterschiedlich ausgeführt sein werden.

Blickrichtung nach vorne

Genug der Einleitung. Die Intel IFS Direct Connect soll einen Blick in die Zukunft gewähren. Mit den Intel Foundry Services (IFS) will Intel in den Markt der Auftragsfertiger eintreten. Man selbst wird sozusagen Kunde der eigene IFS, denn die einzelnen Business Units, wie etwa das Client- oder Server-Segment, werden ihre Prozessoren bei den IFS in Auftrag geben. Aus einem Integrated Device Manufacturer wird ein "Internal Foundry Model" – aus IDM 1.0 wird IDM 2.0.

Es gibt nun also interne Fabless-Kunden, die Business Units wie Client Computing (Core-Prozessoren) oder Datacenter and AI (Xeon-Prozessoren). Diese einzelnen Business Units haben nun aber auch ihre eigene Kostenstruktur und sind so für ihre eigenen Kosten mitverantwortlich, wenn es um Verlaufe der Entwicklung eines neuen Prozessors, bzw. der dazugehörigen Fertigung zu Problemen kommt. Im IDM-1.0-Modell waren diese Kosten intern alle gleich verteilt.

Mit den IFS öffnet sich Intel aber auch für externe Kunden. Diese können einzelne Chips, aber auch nur das Packaging oder eine Kombination daraus, in Auftrag geben. Für alle geplanten externen Fertigungsangebote (hauptsächlich auf Basis von Intel 18A) wird Intel zunächst eigene Chips in diesem Prozess fertigen lassen. Externe Kunden kommen immer erst später hinzu, was den Vorteil hat, dass man den Prozess weitestgehend ausgereift an die Fertigung für externe Kunden weitergibt. Intel kann seine eigenen Fertigungskapazitäten im Zusammenspiel aus externen und internen besser auslasten – auch dies ist ein Aspekt der IFS.

Eine moderne Fertigung, fortschrittliches Packaging und letztendlich eine belastbare Lieferkette sollen für Intel und die IFS sprechen. Dazu investiert Intel aktuell (zusammen mit staatlichen Subventionen) Milliarden in den Aufbau neuer Fertigungs- und Packagingkapazitäten in den USA und Europa. Der aktuelle Bedarf an diesen Kapazitäten, nicht nur durch den AI-Hype, scheint Intel Recht zu geben. Die Konkurrenz in Form von TSMC, Samsung, UMC, GlobalFoundries und viele mehr investiert ebenfalls kräftig. Ob dies in einigen Jahren auf gewaltige Überkapazitäten hinausläuft, bleibt die spannende Frage.

Intel 14A und Prozessoptimierungen

Fünf Fertigungsprozesse in vier Jahren sind, da man noch keine finalen Produkte in Intel 3, Intel 20A oder gar Intel 18A ausgeliefert hat, für Intel zwar noch nicht abgeschlossen, zur IFS Direct Connect wurden aber bereits die nächsten Schritte enthüllt: Intel 14A.

Mit Intel 18A will Intel ab 2025 wieder auf Augenhöhe mit TSMC sein. Mit Intel 14A soll dann ein Vorsprung aufgebaut werden.

Intel 14A wird der erste Prozess bei Intel sein, welcher auf High-NA EUV setzt. Ende 2023 hat Intel den ersten High-NA-EUV-Scanne von ASML erhalten. Intel ist zugleich der größte Kunde für diese Maschinen. Pro Scanner wird von Kosten in Höhe von 400 Millionen US-Dollar ausgegangen. Zusammen mit einer Umrüstung der Infrastruktur in den Fabs, bzw. einem Ausbau sind die Kosten für die Nutzung von High-NA EUV erheblich. Andere Halbleiterhersteller und allen voran TSMC sind – was die Nutzung von High-NA EUV betrifft – noch zurückhaltend. 

Intel 3 und Intel 18A sollen ab 2025 um zusätzliche Funktionen, bzw. Optimierungen ergänzt werden. Als Intel 3-P und Intel 18A-P sollen hier Optimierungen in der Leistung einfließen. Wie diese genau aussehen, erläutert Intel zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht. Ein Chipdesign kann anhand der Auslegung der Transistoren auf eine höhere Leistung optimiert werden. Die unzähligen Optimierungsschritte für Intel 7 und die Fertigung in 10 nm zeigen, wie weit man hier gehen kann oder auch muss.

Als Intel 3-E und Intel 16-E sollen den bestehenden Prozessoren neue Funktionen hinzugefügt werden. Als Beispiel sei hier eine höhere Spannung genannt, mit der der Chip laufen muss. Auf das Packaging bezogen bezeichnet ein "T" die Fähigkeit, die hier gefertigten Chips mittels TSVs zu stapeln. Die Beispiele sind Intel 3-T. Es sind aber auch Kombinationen aus einer optimierten Fertigung und der Möglichkeit des Stackings möglich.

Intel 14A wird, genau wie viele bisherige Fertigungsschritte, in Hillsboro, im US-Bundesstaat Oregon entwickelt und hier werden auch die ersten Chips in Intel 14A vom Band laufen. Was Intel 14A auszeichnen wird, dazu macht Intel noch keine Angaben. Weitere Funktionen für die RibbonFETs sowie für PowerVia sollen hier einfließen.

Intel 16, Intel 3 und Intel 18A sind die Nodes, die für externe Kunden die wichtigsten sein werden. Einige der Kunden kennen wir bereits. Zur IFS Direct Connect wird davon ausgegangen, dass Intel weitere nennt. Dies gilt auch für das Packaging, denn IFS-Kunden können das komplette Paket buchen, theoretisch ist es möglich, seine Chips bei TSMC fertigen zu lassen, das Packaging aber bei Intel durchführen zu lassen. Vor allem die knappen Kapazitäten für das Packaging könnten dies interessant machen. Angeblich soll NVIDIA bereits Kapazitäten gebucht haben.

Viel Zuversicht

Pat Gelsinger und sein Team strahlen ein großes Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten aus. Die Zeitpläne in der Fertigung scheint man nach aktuellem Stand einhalten zu können. Aus technologischer Sicht muss man jedoch erst einmal einen Rückstand aufholen und daher sind die Ergebnisse noch nicht wirklich zählbar. Für seine IFS muss Intel zudem zunächst ein gewisses Vertrauenslevel zurückgewinnen – auf Basis des 10-nm-Desasters würde man sicherlich keinen Kunden gewinnen können. Mit den eigenen Prozessoren in Intel 20A und 18A wird offenbart werden, ob das, was Intel verkündet hat, auch dem entspricht, was man in der Praxis wiederfinden wird. Externe Kunden und auch wir werden den direkten Vergleich zu TSMC und den weiteren Auftragsfertigern haben. Letztendlich wird die Anzahl der Kunden offenbaren, wie gut Intel mit seinen eigenen Technologien aufgestellt ist.

Wir nehmen in direkter Form an der IFS Direct Connect 2024 teil und erwarten uns noch einige weitere Details, die dann in den Artikel nachträglich einfließen werden.