0,09 мкм техпроцесс от Intel / Процессоры и память

В настоящее время у людей не утихает интерес по поводу грядущего процессора AMD Hammer, однако не стоит оставлять вниманием и его конкурента - Prescott от Intel.

Ядро Prescott представляет собой значительное обновление платформы Pentium 4, поскольку чипы будут работать не только на более высокой тактовой частоте, но у них также будет увеличен кэш L2 до 1 Мб, использоваться технология Hyper Threading, и будут добавлены новые инструкции.

Как упоминается в последнем квартальном отчете Intel, более 50% поставок CPU составляют процессоры Pentium 4 (ядро Northwood) 0,13 мкм (130 нм). Ядро Intel Prescott выйдет на рынок во второй половине следующего года, и оно будет производиться с использованием 0,09 мкм (90 нм) техпроцесса. Как мы уже упоминали, новые процессоры представляют собой нечто большее, чем просто уменьшение размеров кристалла. Причем некоторые улучшения нас удивили - мы не предполагали, что Intel введет их столь рано.

На днях Intel поделилась большей информацией о своем 0,09 мкм техпроцессе. Компания уже начала производство первых чипов по новому техпроцессу, а если быть более конкретным - чипов SRAM, которые обычно используются в кэше. Конечно, производство памяти SRAM не столь изощренно, как производство процессоров, однако техпроцесс проходит обкатку и Intel явно достигает каких-то своих, внутренних целей.

Согласитесь, это достаточно радостная новость на фоне сложностей с переходом к меньшему техпроцессу у других компаний. Переход AMD на 0,13 мкм техпроцесс произошел позднее запланированного, а за последний квартал TSMC выпустила только лишь 1% своих микросхем по 0,13 мкм техпроцессу.

К концу этого кода Intel уже будет иметь готовые образцы 0,09 мкм Prescott для передачи своим партнерам, а уже во второй половине 2003 года начнется массовое производство 90 нм процессоров. И хотя мы еще долго не получим первых 90 нм чипов, мы все же можем раскрыть некоторые интересные детали будущего процессора.

Новый техпроцесс хорошо подходит кэшу

Одно из главных достижений Intel с новым техпроцессом заключается в очень высокой плотности кэша. В своем мартовском анонсе, Intel объявила о самых емких чипах SRAM (6,5 Мбайт) благодаря использованию 90 нм техпроцесса.

52-Мбитный чип SRAM,
произведенный по 90 нм техпроцессу

90 нм подложка

Все кристаллы 90 нм техпроцесса будут изготавливаться с использованием 300 мм подложек. На такую подложку вмещается 330 миллиардов транзисторов.

Как мы уже упоминали выше, Prescott будет оснащен 1 Мб L2 кэша, что очень неплохо для рядового процессора. Еще не так давно 1 Мб кэша могли похвастаться лишь серверные процессоры, однако 90 нм техпроцесс смог обеспечить одним мегабайтом кэша и обычные компьютеры. Подобная добавка придется Intel как нельзя кстати, ведь процессорам компании придется конкурировать с AMD Hammer. Поскольку Hammer содержит контроллер памяти непосредственно на самом процессоре, то обращения к памяти там могут происходить быстрее, то есть чем чаще Prescott будет обращаться к памяти, тем больше очков производительности будет набирать Hammer. Увеличенный размер L2 кэша уменьшает частоту обращения к основной памяти у Prescott.

Если рядовые процессоры Intel получат в свое распоряжение 1 Мб L2 кэша, то что можно сказать насчет серверов? Уже достаточно давно известно, что процессор Intel Madison (третье поколение Itanium) будет оснащен 6 Мб встроенным L3 кэшем на 0,13 мкм техпроцессе, однако переход ядра Montecito (четвертое поколение Itanium) на 90 нм техпроцесс позволит оснастить процессор 12 Мб встроенного L3 кэша. А это ни много, ни мало - 800 миллионов транзисторов.

Растягивая кремний

Наиболее интересная часть 90 нм техпроцесса - технология растягивания кремния. Чтобы понять ее суть, вам сначала нужно разобраться в некоторых фундаментальных понятиях о работе транзисторов.

Нам нужно, чтобы транзистор смог пропускать как можно больший ток при включении транзистора, и чтобы транзистор не пропускал ток вообще при его выключении. К сожалению, наш мир далеко не идеален и транзисторы не всегда ведут себя как положено. Технологии типа "кремний на диэлектрике" (SOI) помогают остановить ток, когда транзистор выключен (ток утечки), а технологии типа "растянутого кремний" (Strained Silicon) помогают увеличить ток при включении транзистора.

Мы уже рассказывали о принципе работы технологии "кремний на диэлектрике", причем данную технологию собираются использовать и Intel и AMD. AMD внедрит SOI в процессоре Hammer, а Intel - на 65 нм техпроцессе в 2005 году.

Технология "растягивания кремния", как видно по ее названию, действительно растягивает кремний на канальной области транзистора. Но не надо думать, что инженеры на фабриках Intel сидят и растягивают кристаллы как ткань на пяльцах. Кремний помещается на специальную подложку, у которой расстояние между атомами больше, чем у кремния. В результате атомы кремния растягиваются для соответствия атомам подложки.

Кремний "растягивается" благодаря подложке,
где расстояние между атомами больше

Поскольку расстояние между атомами возрастает, то электроны могут проходить сквозь канал с меньшим сопротивлением. В результате мы получаем 10-20% повышение тока.

Как сообщает Intel, их технология "растянутого кремния" свободна от недостатков (в отличие от технологий конкурентов), кроме как 2% повышения стоимости изготовления. Впервые технология начнет применяться именно на 90 нм техпроцессе.

Готовимся к Prescott - седьмой слой

Все 0,13 мкм кристаллы Intel построены на шести металлических слоях с использованием медных соединений для оптимизации плотности монтажа и стоимости производства. В 90 нм техпроцессе Intel решила добавить седьмой металлический слой, чтобы в ядрах Prescott и Montecito можно было максимально эффективно использовать более 100 миллионов транзисторов.

Семь металлических слоев - посчитать проще простого

Среди остальных особенностей 90 нм техпроцесса Intel следует отметить:

толщина оксидной пленки затвора 1,2 нм (самая тонкая пленка в индустрии)
изначальная длина затвора 50 нм, в ближайшие два года будет еще уменьшена (сравните с 70 нм длиной затвора на первых 0,13 мкм чипах, и 60 нм длина - на нынешних)
использование нового low-k кремний-примесного оксидного диэлектрика для уменьшения емкостного сопротивления провод-провод (так достигается уменьшение мощности)

В результате всех этих улучшений Intel сможет производить кристаллы с более высокими тактовыми частотами и более низким рабочим напряжением. Первые 90 нм транзисторы будут работать на 1,2 В и рано или поздно перейдут и на более низкое напряжение. То есть уже сейчас вы можете представить рабочее напряжение ядра Prescott (в зависимости от тактовой частоты, конечно же).

90 нм производство - что оно нам дает?

Говорить о технологических улучшениях можно бесконечно, но когда мы увидим первые 90 нм процессоры?

Первые образцы 90 нм процессоров должны быть получены к концу этого года. Однако правила игры Intel изменились - вместо преимущественного выпуска новых процессоров на мобильный рынок, первыми 90 нм процессоры получат сектора обычных компьютеров и серверов. Причина проста - Intel желает убрать Pentium 4 с мобильного рынка, где будет властвовать Banias. Banias должен выйти в начале следующего года на 0,13 мкм техпроцессе. И пройдет еще некоторое время, пока он не будет переведен на 0,09 мкм техпроцесс.

Так что мы увидим 90 нм процессоры Xeon с низким тепловыделением в качестве серверных решений, равно как и 90 нм производную ядра Northwood.

Затем последуют и другие 90 нм решения - новое ядро Prescott и Montecito. Оба ядра будут использовать 90 нм техпроцесс в полную силу. Массовое производство Prescott с 1 Мб L2 кэша и 100 миллионами транзисторов на частоте порядка 4 ГГц ожидается уже в ближайшем будущем (примерно через год).