Intels moeizame stap naar 10nm: van voorsprong naar achterstand

110 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Halfbakken CPU
  3. 3. Gevolgen
  4. 4. Reacties

Inleiding

Deze week kwam in het nieuws dat in China een Lenovo laptop te koop zou zijn (geweest) met daarin een zogenaamde Intel Core i3 8121U processor, de eerste chip geproduceerd middels Intels nieuwe 10nm procedé. Mag de vlag uit en kan het 14nm procedé eindelijk met pensioen? Helaas, Intel lijkt haar voorsprong op het vlak van chipproductietechnieken zelfs compleet te verliezen.

Wie herinnert zich de tijd van Intels tick-tock strategie nog? Tot een paar jaar terug ging Intel er prat op dat het ieder jaar om en om ofwel een nieuwe architectuur, ofwel een nieuwe productieprocedé met kleinere transistors introduceerde. Met een cadans waar je de klok op gelijk kon zetten gingen we in periodes van telkens twee jaar van 65nm (2006), naar 45nm (2008), naar 32nm (2010), naar 22nm (2012) en 14nm (2014).

Nog 18 maanden tot massaproductie 10nm

10nm presteert in eerste instantie niet beter dan 14nm.

Rond die tijd ging de tick-tock strategie haperen en niet veel later nam Intel er officieel afscheid van. Waar volgens oude roadmaps Intel van plan was om al in 2016 over te stappen naar het 10nm productieprocedé, is dit de laatste jaren keer op keer uitgesteld. Eind vorige maand, bij de presentatie van de kwartaalcijfers, gaf Intel zelfs officieel aan dat men massaproductie op 10nm pas “ergens in 2019” verwacht en analisten zijn het eens dat deze woorden mogen worden opgevat als “eind 2019”.  Dat betekent dat het in het slechtste geval nog 18 maanden kan duren eer we 10nm in grote aantallen mogen verwachten. Tijdens een andere presentatie gaf Intel ook al aan dat het 10nm procedé in eerste instantie niet beter zou presteren dan het inmiddels zwaar geoptimaliseerde 14nm productieprocedé.


Intel geeft schoorvoetend toe dat de zelfgestelde doelstellingen qua chipverkleining bij 10nm iets te hoog gegrepen waren.

Is Intel haar voorsprong op het vlak van productietechnieken aan het verliezen? Dat mogen we inmiddels wel concluderen. Concurrenten als Samsung en TSMC zijn inmiddels al druk in de weer met hun 7nm procedé’s, waarbij TSMC recent aangaf 7nm inmiddels in volumeproductie te hebben. Voor de duidelijkheid: zoals we in een recent artikel al eens uit de doeken deden is de naamgeving van de productieprocedés vooral een verzinsel van de betreffende marketingafdelingen en komen de 7nm procedés van TSMC en Samsung qua transistorgrootte ruwweg overeen met Intels 10nm. Maar desalniettemin, waar Intel er altijd prat op kon gaan dat het qua procedés één of twee generaties voor lag op de concurrentie, is dat inmiddels veranderd tot een achterstand. Het feit dat TSMC naar eigen zeggen flink op weg is met de volgende generatie en begin 2020 een 5nm procedé in gebruik wil nemen, geeft te denken dat Intel haar voorsprong voor lange tijd en misschien wel voor goed kwijt is.


10nm stond oorspronkelijk op de planning voor 2015 à 2016. Het wordt nu (eind) 2019...

Halfbakken CPU

Hoe zit het dan met die Core i3 8121U codenaam Cannon Lake die op de markt is gekomen? Deze processor is eerder bewijs dat Intel inderdaad moeite heeft met 10nm dan van het tegenovergestelde. Wanneer we kijken naar de ARK-pagina van de CPU vallen een paar zaken op. Allereerst, de chip heeft geen GPU, terwijl het Cannon Lake chipontwerp die zonder enige twijfel aan boord heeft. Uit diverse bronnen horen we dat de GPU simpelweg niet werkt en daarom noodgedwongen is uitgeschakeld. Waar Cannon Lake volgens onofficiële roadmaps AVX512 zou moeten ondersteunen, schittert ook deze functionaliteit door afwezigheid. Misschien simpelweg uitgeschakeld omdat deze instructiesetuitbreiding vooralsnog geen toegevoegde waarde heeft in laptops, maar volgens dezelfde bronnen ook omdat het simpelweg niet werkt.


De ARK-pagina van de Core i3 8121U toont netjes dat de chip middels 10nm geproduceerd is, maar ook dat er geen GPU is.

Wat echter nog het meest een teken aan de wand is dat zaken niet helemaal gaan zoals gepland, is dat de dual-core Cannon Lake ineens als U-processor is geïntroduceerd, terwijl de chip als zuinigere Y-processor op de roadmap stond. Vermoedelijk is de efficiëntie van het 10nm procedé op dit moment zo belabberd dat het doel van een TDP van rond de 5W niet werd behaald en de chip nu als 15W model op de markt is gekomen.

10nm: in feite niet meer dan sampling

Waarom is de Core i3 8121U überhaupt geïntroduceerd? En waarom spreekt Intel over “low volume 10nm production” terwijl “sampling” de betere term is gezien het zeer beperkte aantal chips dat van de band rolt? Boze tongen beweren dat de bonus van een aantal topmanagers van Intel afhankelijk was van het in 2017 in productie nemen van 10nm CPU’s. Waar of niet waar, dat 10nm CPU’s in groten getale in het ergste geval nog 18 maanden op zich laten wachten is inmiddels een feit. De Core i3 8121U is daarmee primair een processor waarmee Intel kan zeggen dat het 10nm in productie heeft, maar geen chip die de komende tijd in zinnige aantallen op de markt zal komen.


Een Lenovo laptop met Core i3 8121U was heel even te koop.

Wat is het probleem met het 10nm procedé? Exact krijgen we het niet te weten, maar het heeft er alle schijn van dat Intel simpelweg tegen de limieten van conventiële chipproductmogelijkheden aanloopt. Om met de bestaande methode van lithografie met ultraviolet licht met een golflengte van 193 nm structuren te maken die een factor 10 kleiner zijn, moeten allerhande trucs worden uitgehaald, zoals het meerdere keren overdoen van het proces (multi patterning). Dat blijkt in de praktijk toch niet zo eenvoudig. Tijdens de presentatie van de kwartaalcijfers gaf de Intel CEO aan dat in sommige gevallen de 10nm CPU zelfs een vijf- of zesvoudige behandeling zou  moeten krijgen. Bij elke stap wordt de kans op uitval groter en nemen de kosten toe.

EUV pas na 10nm

Eén van de oplossingsrichtingen voor de toekomst is de door het Nederlandse ASML ontwikkelde EUV-technologie, waar Intel ook mee experimenteert, maar waarvan het heeft besloten te wachten met daadwerkelijk implementatie tot de generatie ná 10nm, aangezien ook deze EUV-technieken nog in de kinderschoenen staan.

Gevolgen

Wat zijn voor de gevolgen van de problemen bij Intel? Jaren lang had het per definitie een voorsprong qua efficiëntie op de concurrentie, simpelweg omdat het één of twee producieprocedés voor liep. Die tijden zijn voorbij. In de wereld voor PC-chips zit AMD nu op het 14/12nm procedé van Global Foundries, dat qua efficiëntie nog niet in de buurt komt van het inmiddels extreem geoptimaliseerde 14nm procedé van Intel.

Level playing field voor AMD

Het het heeft er echter inmiddels alle schijn van dat AMD’s volgende generatie Ryzen-processors (Zen 2), geproduceerd op Global Foundries 7nm procedé, aanzienlijk eerder op de markt komen dan Intels 10nm chips. AMD heeft aangegeven nog voor het eind van dit jaar samples van de 7nm Zen 2 chips naar partners te sturen, dus een introductie begin 2019 (twee jaar na de introductie van Ryzen) ligt voor de hand. Tel daarbij op dat AMD qua IPC met de Zen-architectuur al akelig dicht in de buurt komt van Intels architectuur, en we zouden volgend jaar zomaar eens voor het eerst een écht level playing field hebben. Dan heeft Intel nog geluk dat Global Foundries nou niet bepaald een geweldige track record heeft qua snel en succesvol introduceren van nieuwe productieprocedés, wat een van de redenen is dat naast de AMD chips er weinig tot geen high-performance SoC’s bij GF gemaakt worden.

ARM concurrentie

ARM verbeterde de afgelopen jaren elk jaar zijn IPC met double digits.

Intel mag zich echter misschien nog wel meer zorgen gaan maken voor concurrentie uit andere hoek: op dit moment zijn het het Taiwanese TSMC en het Koreaanse Samsung waar de ontwikkelingen rond productieprocedés het meest voorspoedig gaan. Dit zijn de huisleveranciers van de vele ARM-gebaseerde SoC’s die nu nog primair hun weg vinden richting smartphones. Als je bedenkt dat het ARM de afgelopen jaren lukt om jaar in jaar uit zijn IPC met double digits te verbeteren, dat de meest moderne ARM-implementaties zoals gemaakt door ARM zélf en bijvoorbeeld Apple qua IPC al akelig dicht in de buurt komen van Intel én dat Microsoft samen met Qualcomm druk in de weer is om Windows op ARM-gebaseerde laptops te laten draaien, en Apple volgens aanhoudende geruchten bezig is om Macbooks op zelfontwikkelde ARM-chips te draaien, dan mogen we toch wel concluderen dat de hegemonie van Intel in de PC-wereld  in gevaar is.

Nóg een 14nm generatie

Voor nu kan Intel niet anders dan haar uitstekende 14nm procedé nog verder te optimaliseren en langer te gebruiken. Waar de huidige Coffee Lake generatie na Broadwell, Skylake, Kaby Lake al de vierde generatie 14nm Core-CPU’s is (en oorspronkelijk nooit op de roadmap stond), is inmiddels al officieel bekend gemaakt dat de volgende generatie (Whiskey Lake) ook gebruik gaat maken van het 14nm procedé en het gerucht gaat dat er zelfs nóg een 14nm generatie gaat worden ingevoegd voordat de 10nm Cannon Lake en Ice Lake processors daadwerkelijk gemeengoed  worden.

De vanzelfsprekende voorsprong van Intel op de concurrentie is verleden tijd.

Intel gaf tijdens de presentatie van de kwartaalcijfers aan dat de problemen en vertragingen bij het 10nm procedé verder geen gevolgen hebben voor de planning voor het volgende procedé waar Intel aan werkt. Bij de 7nm node wil Intel wél gebruik gaan maken van de EUV-technologie. Wanneer de eerste Intel 7nm CPU’s in volume op de markt zullen komen blijft echter giswerk en gezien de huidige uitdagingen lijkt de kans klein dat dat eerder gaat zijn dan wanneer TSMC en consorten hun toekomstige 5nm generatie in gebruik kunnen nemen.

Eén ding is zeker; de vanzelfsprekendheid dat Intel op het vlak van chipproductietechnieken een voorsprong op alle concurrentie heeft, is verleden tijd. En dit zou op langere termijn zo maar eens veel meer effect op het marktaandeel van Intel in de PC-wereld kunnen hebben dan we nu kunnen bevroeden.

0
*