Prozessoren

Viel Neues um zukünftige Intel-CPUs, GPUs und Fertigungsverfahren

Ashraf Eassa, ein Analyst bei The Motley Fool, hat wieder einmal tief gegraben, zahlreiche Quellen zusammengefasst und daraus ein kleines Feuerwerk zusammengestellt, welches viel über die Zukunftspläne bei Intel verraten soll. Eassa ist bekannt dafür, hinsichtlich der Codenamen zukünftiger Projekte bei Intel gut informiert zu sein und zusammen mit weiteren Informationen lässt sich daraus meist ein sehr gutes Gesamtbild erstellen – so auch einmal mehr jetzt.

Zunächst einmal soll auf Seiten der Prozessoren derzeit alles so laufen, wie geplant. Nachdem Intel hier sichtbar ins Straucheln geraten ist, sollen die Pläne wieder in etwa so eingehalten werden können, wie man dies auch vorgesehen hat. So ist Ice Lake-SP derzeit weiterhin wie geplant für das Frühjahr 2019 angedacht. Ice Lake soll als Architektur Coffee Lake und Cannon Lake ersetzen und wird (wie Cannon Lake) in der zweiten Generation der 10-nm-Fertigung (10nm+) produziert werden. Nach Cascade Lake wird Ice Lake auch die erste in 10 nm gefertigte Architektur sein, die eine In-Silicon-Mitigation für die Sicherheitslücken Meltdown und Spectre wird vorweisen können. Intel hat bisher erst Cascade Lake und die 8th Generation Core Prozessoren mit Hardware-Fixes für Meltdown and Spectre angekündigt.

Weiterhin ist Sapphire Rapids für 2020 geplant, der den Zyklus der 10-nm-Fertigung vollenden soll. Diese ist in drei Ausbaustufen vorgesehen, wobei die erste Generation keinerlei Rolle in konkreten Produkten spielt, während 10 nm+ für Cannon Lake, Ice Lake und nächste Atom-Generation namens Tremont zum Einsatz kommt. Sapphire Rapids ist für 2020 in 10 nm++ geplant. Die ersten Prozessoren in 7 nm werden in Form von Granite Rapids dann 2021 erwartet. Allerdings zeigte sich bereits mit dem Schritt auf 10 nm, dass solche Prognosen eher als grobe Orientierungshilfe angesehen werden sollten. Sollten bei 7 nm ähnliche Probleme auftreten, wie in der ersten 10-nm-Generation, dürften wir noch einige Änderungen sehen.

Zwischen Ice Lake und Sapphire Rapids wird ein Optimierungsschritt namens Tiger Lake eingeschoben. Tiger Lake scheint sich als mobiler Ableger vor allem auf den Stromverbrauch zu konzentrieren, denn hier soll erstmals Intels Lakefield getauftes Power Management zum Einsatz kommen. Ashraf Eassa spricht von einem Standby-Verbrauch von gerade einmal 9 mW, was selbst für mobile ARM-SoCs extrem wenig wäre.

EMIB bekommt ein 3D-Packaging

Informationen gibt es auch rund um das Packaging der zukünftigen Produkte bzw. der dort verwendeten Technik. Dort, wo unterschiedlich gefertigte Chips in einem Package untergebracht werden sollen, verwendet Intel derzeit ein Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) getauftes Verfahren. EMIB ermöglicht den Aufbau verschiedener Dies auf einem Trägersubstrat. Dieses sogenannte 2,5D-Design kann die verschiedensten Dies untereinander verbinden und stellt über eine Brücke einen schnellen Interconnect her. Bei einem Interposer kommen Through Silicon Vias (TSVs) zum Einsatz, die aber recht schwer zu fertigen sind. Nebenbei erhöht EMIB die Packdichte für die einzelnen Komponenten, was den Platzbedarf auf dem PCB verringert und hier für mehr Flexibilität sorgt. Auf den Core-Prozessoren mit Radeon RX Vega M Grafik kommt EMIB derzeit ebenso zum Einsatz wie auf den Stratix-10-FPGAs mit HBM2.

Die 3D-Variante soll unter dem Codenamen Fevoros entwickelt und nach der Sapphire-Rapids-Generation (also mit Granite Rapids in 7 nm) erstmals eingesetzt werden. Ein Verfahren, welches zwei oder mehrere Chips übereinander Stapelt, gibt es grundsätzlich schon. 3D-NAND wird in gewisser Weise so gefertigt, 3D XPoint ebenso und auch beim High Bandwidth Memory werden mehrere Lagen an NAND auf dem Logic-Die gestapelt. Eine Herausforderung ist dabei immer die Kühlung, denn von oben nach unten gesehen kann ein Kühler die Abwärme immer weniger gut abführen. Samsung und SK Hynix haben ihre HBM2-Speicher dahingehend für eine zweite Generation optimiert, um keine Kompromisse aus Speicherbandbreite und Speicherkapazität mehr eingehen zu müssen.

EMIB wird ein für Intel wichtiger Baustein bei der Fertigung zukünftiger Produkte sein und vermehrt zum Einsatz kommen. Ungeklärt ist noch die Frage nach der Kühlung. Schaut man sich das Package eines Core-Prozessors mit Radeon RX Vega M Grafik an, ist die Größe dessen schon beachtlich. Vorstellbar wäre das Stapeln des HBM2 auf der GPU, oder eine GPU, die auf der CPU sitzt. Wie die Komponenten dann aber gekühlt werden sollen, ist sicherlich die größte Herausforderung.

Bereits offiziell von Intel bestätigt wurde der Einsatz einer verbesserten Variante von EMIB für den FPGA namens Falcon Mesa. Diesen dürften wir in der nächsten Stratix-Generation zusammen mit HBM2/3 und neuen Transmittern sowie Tranceivern sehen, die allesamt per EMIB angebunden werden. Die verbesserte EMIB-Variante soll über einen Shrink des Bumb Pitch, also des Abstandes der Verbindungen unterhalb des Chips, von 55 µm auf 35 µm, die Bandbreite um den Faktor 2,5 steigern können. Derzeit wird von theoretischen 4 TB/s für EMIB in der ersten Generation ausgegangen. Im Labor will Intel den Bumb Pitch bereits auf 10 µm gebracht haben – aber dies wird erst Thema für die für EMIB-Entwicklung nach Fevoros sein.

Intel will NVIDIA ab 2021 Konkurrenz am Grafikkartenmarkt machen

Zu den Plänen für integrierte und diskrete GPUs gab es bereits erste Meldungen. Raja Korduri steht als neuer Chefarchitekt der Gruppe namens Core and Visual Computing vor uns soll die Entwicklung der zukünftigen Projekte leiten. Die derzeit verwendete GPU wird als Gen9,5 bezeichnet. Für das erste Halbjahr 2020 plant Intel demnach die zwölft Generation der diskreten GPU mit Namen Arctic Sound. Hier soll sich der Einfluss von Koduri erstmals zeigen und Arctic Sound soll auch die erste neue diskrete GPU von Intel sein. Laut Ashraf Eassa will Intel den Markt mit einem Knall betreten – "enter the market with a bang".

Der Nachfolger wird unter Jupiter Sound entwickelt und soll hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Leistung und Verbrauch bis zur Klasse von 60 W schon mit NVIDIA aufgeschlossen haben.

Bei beiden Entwicklungen soll es sich um dedizierte GPUs handeln, die per EMIB an die CPU angebunden werden. Außerdem soll die GPU selbst aus einem Multi Chip Package (MCP) bestehen. Je nach Konfiguration sollen zwei oder vier Dies zum Einsatz kommen. Damit vollzieht Intel in dieser Hinsicht einen Strategiewechsel – zumindest bei den GPUs. Während AMD mit der Zen-Architektur und den dazugehörigen Chips auf ein MCP setzt, bleibt Intel dem monolithischen Design derzeit noch treu. Mit den Fortschritten der EMIB-Technik scheint sich für Intel aber eine Möglichkeit zu eröffnen, dies zukünftig anders zu gestalten. GPUs sind in dieser Hinsicht aber auch anders zu betrachten als CPUs, doch auch hier wird über kurz oder lang ein Multi-Chip-Design unabdingbar sein.

Mit Intel und dem Erscheinen einer dedizierten GPU dürfte der Markt bei den Grafikkarten wieder deutlich interessanter werden. Arctic Sound soll im 1. Halbjahr 2020 den Status Production Release Qualification (PRQ) erhalten und demnach auch in diesem Jahr auf den Markt kommen. Aber erst mit Jupiter Sound dürfte es dann so richtig interessant werden.

Langfristige Pläne und viele Fragezeichen

Auch wenn das Bild bei den Prozessoren, der Fertigung und der GPU-Entwicklung recht vollständig wirkt, so gibt es viele Fragezeichen und Hürden, die Intel noch wird nehmen müssen, bis sich die Pläne in der präsentierten Form erfüllen. Gerade bei den GPUs klingt ein Angriff auf NVIDIA sehr ambitioniert, zumal man schon einmal damit gescheitert ist und NVIDIA derzeit auf einer Welle des Erfolges im Datacenter-Bereich reitet. Dies bedeutet auch, dass man hier Milliardensummen in die Entwicklung stecken wird und dies derzeit auch schon tut.