Moderní výrobní procesy: trubkovité tranzistory přichází

Intel dokázal po mnoho let uvádět na trh nové výrobní procesy se železnou pravidelností přibližně 2 let, přičemž mluvil o strategii Tick-Tock, čili prostě ťik-ťak. Ta znamenala, že v jednom roce přišel na řadu nový výrobní proces, jímž byla oprášena starší procesorová generace, pro jejíž architekturu samotnou to představovalo jen minimální změny. V roce 2004 tak přišla 90nm technologie, pak o dva roky později 65nm, poté 45nm, 32nm, 22nm a nakonec v roce 2014 byly na trhu první 14nm procesory.

Intel tak dokázal v zásadě plnit svou strategii, i když s nástupem 14nm procesu už to bylo velice nesnadné. V důsledku tak byly z první generace 14nm procesorů (Broadwell) téměř zcela vypuštěny desktopové čipy. Představeny byly pouze dva, a to Core i7-5775C a Core i5-5675C, což jsou speciály s grafikou Iris Pro 6200, které nemají žádné předchůdce ani následovníky. Intel později prozradil, že toto téměř celkové vypuštění desktopové generace procesorů se mu vymstilo na nižších výdělcích a že něco takového už nikdy neudělá.

Díky 14nm procesu Intel získal před AMD velký náskok, ale bylo jasné, že zlaté časy Tick-Tock jsou pryč a v roce 2016 ještě rozhodně nebude připraven následující výrobní proces, čili 10nm. Přestalo se tak mluvit o strategii Tick-Tock a nastoupila Process-Architecture-Optimization s tříletým cyklem. V rámci ní měl tedy opět nejdříve přijít nový výrobní proces, pak vylepšená architektura a nakonec to celé v optimalizované, nejlepší možné podobě. Jenomže jestli platí i tato nová strategie, o tom můžeme polemizovat.

 

První 14nm procesory tak byly Core 5. generace Broadwell, což odpovídá kroku Process. V rámci kroku Architecture nastoupila generace Skylake a Kaby Lake tak jako 7. generace Core patří do kroku Optimization. Intel by tak měl dle nové strategie příště už představit 10nm procesory, jenomže nic takového se nechystá. Na řadu totiž přicházejí stále 14nm Coffee Lake, jež měly být dle původních plánů představeny ještě letos. Nejnovější zprávy je ale posunují až do února příštího roku, přičemž v tomto roce má Intel dle nezaručených zpráv uvést na trh vylepšené Kaby Lake, čili další Refresh, jenž by ale měl stále patřit do 7. generace. Ať to bude jakkoliv, je zřejmé, že ani Process-Architecture-Optimization už pořádně neplatí a třeba na Wikipedii už jsou Coffee Lake kouzelně označeny jako 2. optimalizace.

Vývoj výrobních procesů se v případě Intelu zpomaluje a i díky tomu AMD mohlo opět dostat příležitost, jak se na něj dotáhnout, čehož nyní využilo. Navíc to vypadá, že AMD i do budoucna bude mít k dispozici srovnatelné, ne-li lepší možnosti pro výrobu svých procesorů.

 

 

Ještě před představením procesorové architektury Zen to s AMD z našeho pohledu vypadalo bledě. Bylo to ke konci roku 2014, kdy se začalo mluvit o tom, že si AMD chystá nějakou architekturu Zen, která už má nahradit jeho procesory FX. V té době mělo AMD na trhu už dva roky procesory Vishera, jež představovaly to nejlepší z výkonných desktopových CPU v nabídce firmy a bylo zřejmé, že žádné přímé nástupce založené na stejné architektuře (čili původní Bulldozer) už AMD nechystá.

 

To znamenalo, že až do letošního jara jsme si z nabídky AMD mohli vybrat leda zastaralé 32nm procesory Vishera z roku 2012, anebo APU vyráběná 28nm procesem, s nimiž jsme si už moc nepomohli. Nejmodernější bulldozerový procesor pro desktop by tak měl být čtyřjádrový Athlon X4 845, jenž mezi hi-end rozhodně nepatří.

Nástup nových procesorů AMD tak závisel především na tom, odkdy bude k dispozici 14nm technologie FinFET, a to konkrétně 14LPP, kterou si GlobalFoundries licencovaly od Samsungu. Bylo přitom jasné, že využití 14nm procesu FinFET bude oproti 28nm HPC nebo dokonce 32nm SOI procesu představovat velice výrazný pokrok a pak tu byla i zbrusu nová architektura od zkušeného Jima Kellera, který se dříve podílel na designu procesorů Athlon 64 a Opteron (K8). Ten sestavil tým vedený Susanne Plummerovou, jenž nakonec přišel s architekturou, která dokázala dohnat a ohrozit léta vyvíjené procesory Core a pochvaloval si přitom, že v průběhu vývoje nové architektury měl nebývalou volnost. 

Mluvilo se především o tom, že jeho Zen už ustoupí od modulární architektury Bulldozeru, jíž bylo vyčítáno především sdílení matematického koprocesoru dvěma jádry. Z tohoto pohledu tak ani nelze mluvit o tom, že by oficiálně 8jádrový Bulldozer měl opravdu 8 samostatných jader. Spíše šlo o takové lepší SMT, čili schopnost jednoho procesorového jádra zpracovávat dvě vlákna najednou. Objevila se dokonce i žaloba v případě pře Dickey vs. Advanced Micro Devices, která řešila, zda se AMD tímto nedopustilo podvodu, když inzerovalo Bulldozery jako 8jádrové, ale ta neměla moc šancí na úspěch.

 

 

V každém případě tento případ ilustruje, že architektura Bulldozer byla slepá cesta a AMD se ani nepokoušelo ji v případě výkonných desktopových procesorů od dob Vishery oživovat a my jsme tak mohli jen vytrvale čekat na Zen.

Globalfoundries udávají, že jejich licencovaná technologie 14LPP dokáže oproti 28nm technologii docílit zmenšení stejně složitých čipů o 55 % a snížit jejich spotřebu o 60 %. Ve srovnání s 32nm technologií to bude ještě lepší, a tak není divu, že Ryzen s 8 jádry a 20 MB L2+L3 cache zabírá plochu jen 192 mm2, zatímco 8jádrová Vishera s 16 MB L2+L3 cache zabírá 315 mm2.

Bylo by ale nesprávné tvrdit, že AMD čekalo pouze na dostupný výrobní proces, však ten byl k dispozici už podstatně dříve, než se na trh dostaly jeho první 14nm procesory. Zapotřebí bylo vyrobit celou novou desktopovou platformu, kterou AMD neobnovilo od roku 2012 a počáteční problémy s deskami pro procesory Ryzen dokazují, že i tak mělo AMD se svými partnery z průmyslu dost starostí s tím, aby se nový hardware mohl dostat na trh alespoň letos na jaře, když už ne na konci roku 2016, jak bylo dříve slíbeno.

 

Hlavní dva rivalové na trhu s GPU, čili AMD a NVIDIA, to měli daleko jednodušší, neboť oba se musejí spoléhat na firmy nabízející zakázkovou výrobu čipů, a tak mají víceméně stejné možnosti. Ještě na začátku minulého roku byla stále aktuální 28nm technologie, ze které inženýři AMD a NVIDIA ždímali, co se dalo. AMD pak využilo 14LPP firmy GlobalFoundries pro výrobu Radeonů RX 400, čili ten samý proces jako později pro Ryzen a Radeon RX 500. NVIDIA vsadila na svého obvyklého partnera TSMC a vypustila velice úspěšnou řadu GeForce GTX 1000 generace Pascal.

To vše je dobře známá minulost, ale jaká bude budoucnost výrobních technologií?