אינטל הציגה השבוע לראווה את עליונתה הטכנולוגית וחשפה פרטים חדשים על מעבדי דור ה-45 ננומטר שלה, ה-Penryn – ליבה המיועדת להחליף את ליבות ה-65 ננומטר הנוכחיות במעבדי ה-Core 2. ב-Penryn תשתמש אינטל בטכנולוגיה חדשה על מנת להאיץ ביצועים ולצמצם את צריכת החשמל, ותכלול נתון מדהים של 820 מיליון טרנזיסטורים.
לפני שנה הכריזה אינטל על ייצור שבב SRAM בתהליך 45 ננומטר – הליך שכיח המשמש כפלטפורמת אב-טיפוס לתהליכי ייצור חדשים. השבוע ייצרה החברה את מעבדי ה-45 ננומטר הראשונים המכונים Penryn, והיא טוענת כי השבב מסוגל כבר לאתחל כל מערכת הפעלה פופולרית, ביניהן Windows XP/Vista ,MacOS ו-Linux.
אינטל מסרה לעיתונאים כי בסופו של דבר Penryn יהיה היורש של ליבת ה-Merom (המיוצרת בתהליך של 65 ננומטר) וישתחל לשוק השרתים, הניידים ולשולחניים, לשוק המוסדי והביתי.
ה-Penryn אינו מבוסס על מיקרו-ארכיטקטורה חדשה, אלא ימשיך להשתמש ביסודות מיקרו-ארכיטקטורת ה-Core, עליה מבוסס ה-Merom. לטענת אינטל, Penryn יציג אמנם שיפורים מסויימים, כמו זכרון מטמון מסוג L2 גדול יותר ופקודות SSE4 (ר"ת Streaming SIMD Extension 4) על מנת להאיץ יישומי מולטימדיה, אך שאר השינויים מיוחסים למהירויות שעון גבוהות יותר ופליטת חום מופחתת.
410 מיליון טרנזיסטורים ו-6MB זכרון מטמון מסוג L2: ליבת ה-Penryn בתהליך ייצור של 45 ננומטר
על פני-השטח, הייצור ב-45 ננומטר איפשר לאינטל לחתוך את גודל הטרנזיסטורים לכחצי. יחד עם זאת, אינטל החליטה לא להכפיל את כמות הטרנזיסטורים בשבב: Penryn כפול-ליבה, כלומר Wolfdale, מאכלס 410 מיליון טרנזיסטורים – עליה ניכרת ממעבדי ה-Merom, ה-Conroe וה-Woodcrest אשר מכילים 293 מיליון בלבד. כתוצאה מהקטנת הטרנזיסטורים, נשאר מספיק מקום על הליבה כדי להוסיף זכרון מטמון L2 נוסף. על אף שנתוני השידרוג לא נחשפו, אתר TG Daily מסר כי Penryn יכיל 6MB של זיכרון L2 במקום ה-4MB המצויים במעבדי ה-Core 2 כיום.
Penryn מרובע-ליבה, היינו Yorkfield, אשר יהיה זמין לשוק השרתים ולשוק הביתי, יאכלס 820 מיליון טרנזיסטורים (כחצי מהכמות הנמצאת במעבדי Itanium 2 עם ליבת ה-Montecito, שהיא הליבה עם המספר הרב ביותר של טרנזיסטורים במעבדי אינטל). המספר הוא פשוט אסטרונומי, בייחוד כשהוא מושווה מול מעבדי ה-Pentium 4 הראשונים שהושקו בשנת 2000, אשר יוצרו בתהליך של 180 ננומטר והכילו 42 מיליון טרנזיסטורים.
אינטל החליטה שלא לאתגר את גישתה של AMD לייצור מעבד מרובע-ליבה "טבעי" (מונוליתי) – שבב יחיד בעל ארבע ליבות על פיסת סיליקון נתונה, אלה להמשיך לייצר את ה-Penryn מרובע הליבה כשתי פיסות סיליקון המודבקות באותו מארז. נציגי אינטל סיפרו לכתבי TG Daily שהחברה אינה רואה סיבה מספקת לעבור לשבב יחיד כרגע, כיוון שגישת השבב-הכפול במעבדי ה-Kentsfield וה-Clovertown מוצלחת, ומפיקה ביצועים מתקבלים על הדעת. בנוסף, ייצור מרובה-שבבים, מאפשר לאינטל להיות גם בררנית יותר בהקשר זה.
מעבדים מרובעי-ליבה המבוססים על שבב יחיד אינם צפויים לצאת עד להשקת ליבת ה-Nehalem, בעלת מיקרו-ארכיטקטורה מבוססת 45 ננומטר חדשה לגמרי האמורה להחליף את Penryn, בחצי השני של 2008.
טכנולוגיית טרנזיסטורים חדשה ל-Penryn
מה שהופך את ה-Penryn למעניינת במיוחד הוא גם תהליך הייצור שלה, שלא רק הוקטן ל-45 ננומטר אלה גם שונה בצורה דרסטית. הקטנת הטרנזיסטורים בתהליך הייצור קירבה את תעשיית המוליכים למחצה לבעיית זליגת הזרם, ובכל זאת, אינטל טוענת
שהיא הגיעה לדרך בה היא יכולה למזער טרנזיסטורים לגודל של 45 ננומטר, להגביר מהירויות שעון ולהפחית את צריכת החשמל באותו התהליך.
בדרך כלל, חברות נוהגות לסחוט כל יתרון מתהליך המזעור, כיוון שמזעור משמעו יותר ליבות על אותו שטח, ורווח גדול יותר. אך למרות זאת הסתבר שטכנולוגיה וכלכלה לא מסתדרות כשמדובר בתהליך ייצור של 45 ננומטר, ולכן אינטל החליטה שהגיע הזמן לעזוב את עיצוב הטרנזיסטורים הכללי, אשר נמצא בשימוש כבר כ-40 שנים, ולהתחיל להשתמש בטכנולוגיה חדשה.
בהשוואה לטרנזיסטורים מסורתיים, הבנויים משכבת התנגדות נמוכה, אלקטרודת שער מבוססת Polysilicon, מבודד מתחמוצת סיליקון ומצע מסיליקון, טכנולוגיית הטרנזיסטורים החדשה מחליפה את שער אלקטרודת ה-Polysilicon בשער מתכתי, ומבודד תחמוצת הסיליקון מוחלף במבודד High-k. המושג "High" (גבוה) מתייחס אל יכולות הבידוד הגבוהות של החומר בהשוואה למבודד מתחמוצת סיליקון.
אינטל חשאית מאד בקשר לחומרים בהם היא משתמשת בטרנזיסטור ה-High-k החדש. החברה מסרה לעיתונאים ששער ה-High-k החדש מבוסס על היסוד הפניום (Hafnium), אך סירבה לציין פרטים באשר למתכות בהן היא משתמשת לבניית השער. "ישנן מאות קומבינציות אפשריות," אמר מארק בור, בכיר באינטל, "וזהו הישג למצוא שילוב זה". אינטל תשתמש בטרנזיסטור החדש כיתרון תחרותי, וטענה כי היא מאמינה שחברות מתחרות יוכלו ליישם טכנולוגיה זו רק בדור ה-32 ננומטר או "לאחר-מכן".
מבנה הטרנזיסטור החדש של אינטל
הבחירה בחומרים חדשים מוצדקת, ומתברר שהטכנולוגיה החדשה מאפשרת לאינטל שליטה טובה יותר בזרימת החשמל והפחתה בזליגת הזרם. מבודד תחמוצת הסיליקון התדרדר לדקיק במיוחד במהלך הכיווצים האחרונית (90 ו-65 ננומטר) והפך לדאגה העיקרית של צריכת חשמל בלתי נשלטת ולא רצויה. שער ה-High-k, לטענת אינטל, מגביר את זרימת החשמל כשהטרנזיסטור במצב "On", ומפחית את הזליגה במצב "Off" – עד לפי 10.
בנוסף, אינטל מצהירה על כך ששילוב השער המתכתי יחד עם מבודד ה-High-k, מאפשר לחברה להפחית את האנרגיה הדרושה להנעת הטרנזיסטור ב-30%. יעילות שכזו כמובן, משמעותה שהחברה תוכל לשחק עם מהירויות השעון כדי להפיק צריכת חשמל מתונה יותר, או ביצועים גבוהים יותר.
לכתבי TG Daily נאמר כי השימוש בחומרים החדשים יכול להניב טרנזיסטורים מהירים ב-20% (מבחינת מהירות שעון), או זליגות זרם נמוכות פי 5 בהשוואה לטרנזיטורים בתהליך ייצור של 65 ננומטר – הרצים באותה מהירות שעון.
אינטל צועדת לקראת שמירת נתוני צריכת החשמל הנוכחיים (35W ומטה למחשבים ניידים), כך שניתן לצפות מ-Penryn למהירויות שעון גבוהות בהרבה בהשוואה למעבדים כיום. בכמה? אינטל סירבה להגיב, אך מהנדסים להם מוכר הנושא, מצביעים על כך שהמידע שסופק ע"י אינטל משמעו יותר מ-3.3GHz למערכות שולחניות לשוק-הגבוה, ו-2.5GHz ומעלה לניידים. יש לקחת בחשבון שמקורבי אינטל טענו בשנה שעברה שה-Conroe, הגירסה השלוחנית של ה-Merom, רץ הרבה מתחת לפוטנציאל המוערך שלו. 2.93GHz, המהירות הגבוהה ביותר בה מסופק ה-Conroe כיום, היא עדיין, במידת מה, מהירות שמרנית שכן כפי שכבר ראינו גם אצלנו בפורומים, מעבדי ה-Conroe מסוגלים להגיע גם למהירות של 4GHz ויותר.
שאלה נוספת היא תהליך הייצור עצמו. טכנולוגיות חדשות דורשות שיטות ייצור חדשות – אשר תמיד יהוו סיכון – במיוחד למוצר המיועד לכסות את שוק הניידים, השלוחניים והשרתים. אינטל ציינה ששערי המתכת ומבודדי ה-High-k מוסיפים "מעט אחוזים" לעלות הליך הייצור הסופי, אך יוכלו להשתלב בתהליכי ייצור קיימים ללא הצורך בשינויים דרסטיים. למרות זאת, החברה הזכירה שמבודד ה-High-k צורך "טכניקת הנחת שיכבה אטומית" (ALD) – מה שאומר ששכבת ה-High-k ניבנית עם הנחת שיכבה אטומית אחת כל פעם.
ייצור המוני של מעבדי ה-Penryn נקבע לחצי השני של 2007 במפעל D1D של אינטל הנמצא ב-הילסבורו, אורגון, כאשר בתוך שבועות יצטרף אליו Fab 32 בצ'נדךר, אריזונה ואחריו Fab 28 הנבנה בימים אלו בקרית גת שבנגב.
