Architektura AMD K10 - kam směřuje AMD?
11.9.2007, Lukáš Petříček, článek
Včera, 10. září uvedlo AMD na trh novou architekturu K10, dříve také označovanou jako K8L. V dnešním článku se podíváme na novinky, které AMD s K10 připravilo, a kam bude směřovat další vývoj v oblasti procesorů v příštích letech.
Kapitoly článku:
Další a stále více podstatnou otázkou, vzhledem k vývoji a výrobě nových čipů, je technologie, se kterou jsou čipy vyráběny. AMD v tomto odvětví udělalo obrovský kus práce, a jen pokud se podaří udržet vývoj a konkurenceschopnost i v tomto odvětví, bude možné, aby zatím nekončící boj AMD a Intelu mohl pokračovat. Zatím se AMD pomalu ale jistě daří rozšiřovat svůj podíl na trhu.
Řada dalších informací AMD tradičně uveřejnilo na AMD Analyst Day 2007, který uskutečnil v Sunnyvale v Kalifornii koncem srpna. AMD bude využívat kromě FAB 30 a FAB 36 pro SOI výrobní technologii čím dál výrazněji i kapacit Chartered Semi nebo TSCM a UMC pro výrobu založenou na standardní "Bulk" výrobní technologii.
S vývojem platforem a procesorů se samozřejmě bude vyvíjet i spolupráce s řadou partnerů AMD. Směrem k větší integraci a projektu AMD Fusion budou mít výrobci čipsetů nebo GPU k AMD stále blíž - integrace celého "jádra" počítače, od čipsetu, přes grafickou jednotku až po operační paměť se přibližuje nezadržitelným tempem. Projektem jako Fusion to samozřejmě nekončí. Běžný počítač o velikosti třeba mechaniky DVDROM není tak daleko.
Samotný vývojový tým AMD se také za posledních 5 let pěkně rozrostl, až na současných 70. Vývoj bude i nadále probíhat ve spolupráci s IBM, a to zejména na 45 a 32 nm výrobní technologii, imerzní litografii, použití Low-k a High-k materiálů, kovových hradlech nebo řadě dalších technologií. Vývoj samozřejmě neprobíhá jen u AMD nebo IBM, ale i v centrech jako Amkor, ASE nebo SPIL.
V současné době probíhá příprava a testování použití imerzní (ponořené) litografie pro 45 nm výrobní technologii. Pro zajímavost, Intel zatím i pro 45 nm zůstane u "suché" fotolitografie s nasazením technik dvojitého ozařování a řady dalších. Použití ponořené lifografie přináší řadu úskalí a jsem skutečně zvědavý, jak si AMD s nasazením této nové technologie poradí.
Velkým spojencem AMD je nepochybně APM (Automated Precision Manufacturing). Jedná se o patentovaný systém řídící výrobu - pro co nejvyšší efektivitu a výtěžnost. Zřejmě i proto bylo nasazení 65 nm výrobní technologie tak rychlé. APM se používá i v Chartered Semi FAB 7.
Dobře si AMD vede i v případě výtěžnosti ve FAB 36, kde bylo dobré výtěžnosti dosaženo prakticky okamžitě s nasazením 90 a následně i 65 nm výrobní technologie.
AMD Fab 36 již jede na plné obrátky a 300 mm wafery vyrobené 65 nm výrobní technologií jsou pro AMD, po letech s FAB 30 a 200 mm wafery, velkým krokem kupředu. Dle slov AMD je navíc již výtěžnost srovnatelná jako v případě dříve vyráběných dvoujader. Po problémech s výtěžností u dřívějších revizích B0 a B1, a problémy s dosažitelnou frekvencí, je to dobrá zpráva. Otázkou samozřejmě je, nakolik je tato zpráva přesná (a jaké takty a kdy K10 skutečně přinese).
Konkrétní čísla z hlediska výtěžnosti nejsou z pochopitelných důvodu zveřejňována, nicméně pokud je výtěžnost skutečně na obdobné úrovni, jako dříve v případě dvoujader, je to jistě velice pozitivní zpráva.
Pro zvýšení kapacit se 200 mm Fab 30 přestavuje na 300 mm Fab 38 (bude plně v provozu až v roce 2009). V úvahu připadá také Fab 4X, který AMD zvažuje postavit v New Yorku, kde má přislíbené dotace až 1,2 miliardy dolarů. Jestli se tato Fab 4X stane skutečností záleží na finační situaci AMD. Čas na rozmyšlenou má AMD až do červnence 2009. Do provozu by se FAB 4X případně dostal na přelomu roku 2011 až 2012.
To samozřejmě přináší flexibilitu pro AMD a v produkci se tak mohou soustředit pouze na procesory, pro uspokojení poptávky v případě větších změn a požadavků trhu. V budoucnosti myslím můžeme očekávat větší podíl outsourcované výroby směrem například Chartered Semi.
Po odkoupení ATI navíc AMD přibyla další řada partnerů pro výrobu GPU nebo čipsetů. V současnosti AMD spolupracuje při výrobě CPU a SOI výrobní technologie v této oblasti s Chartered Semiconductor. Obdobná situace bude u dalších partnerů AMD jako TSMC nebo UMC v případě "Bulk" (bez použití například SOI) výrobní technologie pro čipsety, GPU nebo SoC řešení. "Flex" produkci 90 nm MPU a postupný přechod k 65 nm přijde s TSMC postupně do konce roku 2007.
Předpokládaný možný výstup jader (procesorů, GPU a čipsetů) v milionech - pěkně je zde vidět podíl Chartered Semi v případě procesorů.
AMD v současnosti sdílí řadu patentů v oblasti vývoje a výzkumu například s IBM. Nutné inovace ve výrobních technologiích, jako je například imerzní litografie, nové materiály jako ultra Low-k a High-k / Metal Gate pro procesory nebo výzkum pro 45 a 32 nm výrobní technologii jsou čím dál nákladnější a AMD se jistě hodí tak silný partner.
Metal Gates, neboli technologii kovových hradel, pro tranzistory AMD plánuje použít u druhé generace 45 nm výrobná technologie (což by zřejmě odpovídalo nasazení v připravované K11) nebo u první generace 32 nm technologie. Miniaturizace a zvýšení výkonu tranzistorů přinese potřebné inovace pro další generace procesorů.
Pro 32 nm výrobní technologii má být u AMD použito High-k materiálů a tranzistory mají již používat kovová hradla. I na 32 nm výrobní technologii AMD použije imerzní litografii. Použití této technologie nepochybně zvažuje i Intel, protože použití suché fotolitografie je u 32 nm již prakticky vyloučené. Imerzní litografie je samozřejmě technologicky i finančně náročnější, nicméně EUV na tom bude ještě podstatně hůře. S imerzní litografií se experimentuje již podstatně delší dobu a od ASML jsou již dostupné kity řady TWINSCAN XT a řada dalších. 32 nm výrobní technologie zatím slibuje 10 procent nárůstu výkonu tranzistorů a snížení spotřeby o 10 procent. SRAM buňka se má zmenšit o 40 procent. S komerčním nasazením se počítá v roce 2010.
Zatím se zdá, že až na lehké pozdržení Barcelony jde, alespoň z technologického hlediska, vše podle plánu. Zajímavé bude sledovat vývoj 45 nm výrobní technologie u AMD, kde již bude použita právě imerzní litografie. Výzkum, vývoj a předpokládaný časový horizont pro nasazení nových výrobních technologií ukazuje následující roadmapa:
Řada dalších informací AMD tradičně uveřejnilo na AMD Analyst Day 2007, který uskutečnil v Sunnyvale v Kalifornii koncem srpna. AMD bude využívat kromě FAB 30 a FAB 36 pro SOI výrobní technologii čím dál výrazněji i kapacit Chartered Semi nebo TSCM a UMC pro výrobu založenou na standardní "Bulk" výrobní technologii.
S vývojem platforem a procesorů se samozřejmě bude vyvíjet i spolupráce s řadou partnerů AMD. Směrem k větší integraci a projektu AMD Fusion budou mít výrobci čipsetů nebo GPU k AMD stále blíž - integrace celého "jádra" počítače, od čipsetu, přes grafickou jednotku až po operační paměť se přibližuje nezadržitelným tempem. Projektem jako Fusion to samozřejmě nekončí. Běžný počítač o velikosti třeba mechaniky DVDROM není tak daleko.
Samotný vývojový tým AMD se také za posledních 5 let pěkně rozrostl, až na současných 70. Vývoj bude i nadále probíhat ve spolupráci s IBM, a to zejména na 45 a 32 nm výrobní technologii, imerzní litografii, použití Low-k a High-k materiálů, kovových hradlech nebo řadě dalších technologií. Vývoj samozřejmě neprobíhá jen u AMD nebo IBM, ale i v centrech jako Amkor, ASE nebo SPIL.
V současné době probíhá příprava a testování použití imerzní (ponořené) litografie pro 45 nm výrobní technologii. Pro zajímavost, Intel zatím i pro 45 nm zůstane u "suché" fotolitografie s nasazením technik dvojitého ozařování a řady dalších. Použití ponořené lifografie přináší řadu úskalí a jsem skutečně zvědavý, jak si AMD s nasazením této nové technologie poradí.
Velkým spojencem AMD je nepochybně APM (Automated Precision Manufacturing). Jedná se o patentovaný systém řídící výrobu - pro co nejvyšší efektivitu a výtěžnost. Zřejmě i proto bylo nasazení 65 nm výrobní technologie tak rychlé. APM se používá i v Chartered Semi FAB 7.
Dobře si AMD vede i v případě výtěžnosti ve FAB 36, kde bylo dobré výtěžnosti dosaženo prakticky okamžitě s nasazením 90 a následně i 65 nm výrobní technologie.
AMD Fab 36 již jede na plné obrátky a 300 mm wafery vyrobené 65 nm výrobní technologií jsou pro AMD, po letech s FAB 30 a 200 mm wafery, velkým krokem kupředu. Dle slov AMD je navíc již výtěžnost srovnatelná jako v případě dříve vyráběných dvoujader. Po problémech s výtěžností u dřívějších revizích B0 a B1, a problémy s dosažitelnou frekvencí, je to dobrá zpráva. Otázkou samozřejmě je, nakolik je tato zpráva přesná (a jaké takty a kdy K10 skutečně přinese).
Konkrétní čísla z hlediska výtěžnosti nejsou z pochopitelných důvodu zveřejňována, nicméně pokud je výtěžnost skutečně na obdobné úrovni, jako dříve v případě dvoujader, je to jistě velice pozitivní zpráva.
Pro zvýšení kapacit se 200 mm Fab 30 přestavuje na 300 mm Fab 38 (bude plně v provozu až v roce 2009). V úvahu připadá také Fab 4X, který AMD zvažuje postavit v New Yorku, kde má přislíbené dotace až 1,2 miliardy dolarů. Jestli se tato Fab 4X stane skutečností záleží na finační situaci AMD. Čas na rozmyšlenou má AMD až do červnence 2009. Do provozu by se FAB 4X případně dostal na přelomu roku 2011 až 2012.
To samozřejmě přináší flexibilitu pro AMD a v produkci se tak mohou soustředit pouze na procesory, pro uspokojení poptávky v případě větších změn a požadavků trhu. V budoucnosti myslím můžeme očekávat větší podíl outsourcované výroby směrem například Chartered Semi.
Po odkoupení ATI navíc AMD přibyla další řada partnerů pro výrobu GPU nebo čipsetů. V současnosti AMD spolupracuje při výrobě CPU a SOI výrobní technologie v této oblasti s Chartered Semiconductor. Obdobná situace bude u dalších partnerů AMD jako TSMC nebo UMC v případě "Bulk" (bez použití například SOI) výrobní technologie pro čipsety, GPU nebo SoC řešení. "Flex" produkci 90 nm MPU a postupný přechod k 65 nm přijde s TSMC postupně do konce roku 2007.
Předpokládaný možný výstup jader (procesorů, GPU a čipsetů) v milionech - pěkně je zde vidět podíl Chartered Semi v případě procesorů.
AMD v současnosti sdílí řadu patentů v oblasti vývoje a výzkumu například s IBM. Nutné inovace ve výrobních technologiích, jako je například imerzní litografie, nové materiály jako ultra Low-k a High-k / Metal Gate pro procesory nebo výzkum pro 45 a 32 nm výrobní technologii jsou čím dál nákladnější a AMD se jistě hodí tak silný partner.
Metal Gates, neboli technologii kovových hradel, pro tranzistory AMD plánuje použít u druhé generace 45 nm výrobná technologie (což by zřejmě odpovídalo nasazení v připravované K11) nebo u první generace 32 nm technologie. Miniaturizace a zvýšení výkonu tranzistorů přinese potřebné inovace pro další generace procesorů.
Pro 32 nm výrobní technologii má být u AMD použito High-k materiálů a tranzistory mají již používat kovová hradla. I na 32 nm výrobní technologii AMD použije imerzní litografii. Použití této technologie nepochybně zvažuje i Intel, protože použití suché fotolitografie je u 32 nm již prakticky vyloučené. Imerzní litografie je samozřejmě technologicky i finančně náročnější, nicméně EUV na tom bude ještě podstatně hůře. S imerzní litografií se experimentuje již podstatně delší dobu a od ASML jsou již dostupné kity řady TWINSCAN XT a řada dalších. 32 nm výrobní technologie zatím slibuje 10 procent nárůstu výkonu tranzistorů a snížení spotřeby o 10 procent. SRAM buňka se má zmenšit o 40 procent. S komerčním nasazením se počítá v roce 2010.
Zatím se zdá, že až na lehké pozdržení Barcelony jde, alespoň z technologického hlediska, vše podle plánu. Zajímavé bude sledovat vývoj 45 nm výrobní technologie u AMD, kde již bude použita právě imerzní litografie. Výzkum, vývoj a předpokládaný časový horizont pro nasazení nových výrobních technologií ukazuje následující roadmapa:
