Intel skal nå ångstrøm-æraen med helt ny transistordesign

Intel har tro på at selskapet skal i løpet av de nærmeste årene vil kunne riste av seg vanskelighetene med å ta i bruk nye prosessteknologier, og samtidig akselerere utviklingen av prosessteknologier med enda mindre nodestørrelser. Faktisk snakker selskapet nå om prosessteknologier hvor nodestørrelsen ikke lenger er oppgitt i nanometer, men i ångstrøm.

Én ångstrøm er det samme som 0,1 nanometer eller 100 picometer.

Sentralt for å nå disse målene er et par nye oppfinnelser som selskapet presenterte mandag denne uken.

Helt ny transistorarkitektur

Det ene er RibbonFET, den første nye transistorarkitekturen som selskapet tar i bruk siden FinFET i 2011. RibbonFET-transistorene har båndformede kanaler som er helt omgitt av «gate»-terminalen, noe som ifølge Intel skal gi bedre kontroll og høyere strømstyrke ved alle spenninger. Dette skal igjen åpne for at transistoren raskere kan skru av og på signaler.

En kanal bestående av en stabel med bånd i nanostørrelse skal kunne levere samme strømstyrke som flere av finnene til FinFET-transistorene, men samtidig ta mindre plass. I tillegg kan båndene designes mer fleksibelt.

Med strømmen på baksiden

Den andre nye oppfinnelsen har Intel kalt for PowerVia. Intel beskriver dette som en metode for bakside-levering av effekt på en måte som bransjen ikke har sett maken til tidligere. Dette skal kunne løse det Intel beskriver som ett av største problemene som databehandling støter på i dag, nemlig flaskehalser i forbindelsene mellom komponentene i brikkene.

I tradisjonell brikkedesign ligger dette ledningsnettet, som både står for strømforsyning og signaloverføring, på toppen av transistorlaget. Med PowerVia plasseres ledningene for strømforsyningen under transistorene, rett og slett på baksiden av siliumskiven. Det gjør at strømmen kan leveres direkte fra innpakningen. Dette skal gjøre ved hjelp av en form for «Through Silicon Via»-teknologi (TSV) som ifølge Intel er 1/500 del av størrelsen til TSV som brukes i dagens mest avanserte pakketeknologi.

Ved å flytte ledningene for strømforsyning til undersiden av brikken, gjøres mer ressurser tilgjengelig på toppen av transistorene til signalruting. Resultatet av det hele skal være en mulighet for betydelig frekvensøkning og redusert strømlekkasje.

Utdaterte prosessnavn

Både nodestørrelser i ångstrøm-skalaen, RibbonFET og PowerVia er egenskaper som Intel vil ta i bruk i nodeteknologien selskapet nå kaller for Intel 20A. Selskapet regner med å kunne starte produksjon med Intel 20A i 2024.

Selskapet har samtidig døpt om node- eller prosessteknologier som er nærmere i tid. Disse navnene kan være litt forvirrende dersom man bare tenker på nodestørrelser.

Intel skriver i et dokument at man prosess-node-navnene i flere tiår har korrespondert med den faktiske lengden til visse fysiske transistorkomponenter, men at bransjen egentlig har forlatt denne praksisen for mange år siden.

– Intel har fortsatt å bruke dette historiske mønsteret for tildeling av nodenavn ved å bruke synkende numre som fremkaller dimensjonsenheter, slik som nanometer. I dag referer ikke de varierende navn- og nummerordningene på tvers av bransjen til noe spesifikt mål, og det forteller ikke hele historien om hvordan man oppnår den beste balansen mellom energieffektivitet og ytelse, skriver Intel.

Dermed er det litt selvmotsigende at Intel samtidig opplyser at Intel 20A-prosessteknologien er begynnelsen på ångstrøm-æraen. For selskapet opplyser ikke hvilke spesifikke komponentmål som vil være mindre enn 1 nanometer i brikker produsert med den kommende prosessteknologien.

De nye navnene

Intel 7 er det nye navnet på selskapets kommende 10 nm Enhanced Superfin-teknologi, som skal gi 10 til 15 prosent mer ytelse per watt enn 10 nm SuperFin-teknologien som brukes i dag. De første produktene basert på denne nye prosessteknologien kalles for Alder Lake og er ventet i år.

Intel 7 nm-teknologien kalles nå for Intel 4. Denne skal bidra med ytterligere ytelse-per-watt-forbedringer, rundt 20 prosent. Dette skal være den første av Intels FinFET-nodeteknologier hvor det tas i bruk EUV-litografi (Extreme Ultraviolet), som skal gjøre det mulig å skape enda mindre komponenter i silisiumet ved at bølgelengden reduseres fra 193 til 13,5 nanometer. De første produktene basert på denne teknologien kalles for Meteor Lake og Granite Rapids. De kan ventes i 2023.

Intel 3 er neste trinn, som skal by på ytterligere 18 prosent forbedre ytelse-per-watt-forhold ved hjelp av blant annet økt strømstyrke, redusert motstand og enda mer bruk av EUV-litografi enn i Intel 4. De første produktene basert på Intel 3 skal produseres i andre halvdel av 2023.

Intel har også startet på utviklingen av det som skal være etterfølgeren til Intel 20A, nemlig Intel 18A. Det er ventet at denne nodeteknologien vil være klar i begynnelsen av 2025, med mål om et betydelig sprang i forbedret transistorytelse. Dette skal oppnås med forbedringer av RibbonFET-transistorene og en enda mer avansert litografiteknologi kalt High NA EUV.

Ikke bare for Intel-produkter

Intel kunngjorde i våres at selskapet ikke lenger bare skal produsere sine egne brikker, men også produsere brikker for andre gjennom forretningsområdet Intel Foundry Services (IFS). Selv om selskapet etter alt å dømme har inngått avtaler om produksjon for noen mindre selskaper allerede, var det første i går at selskapet kunne avsløre de to første store kundene, nemlig Qualcomm og Amazon Web Services (AWS).

Qualcomm, som er mest kjent for Snapdragon-systembrikkene selskapet leverer til smartmobiler, skal få produsert brikker basert på den kommende Intel 20A-prosessteknologien. AWS skal på sin side være den første kunden til IFS som bruker selskapets pakkeløsninger, trolig for silisiumbrikker produsert av noen andre.