Независимое исследование процессора Intel Panther Lake позволило впервые детально рассмотреть серийную реализацию техпроцесса Intel 18A. Анализ подтвердил главное: Intel действительно удалось внедрить в потребительский процессор сразу две принципиально новые технологии — транзисторы RibbonFET с полностью охватывающим затвором и систему подачи питания с обратной стороны кристалла PowerVia. Для компании это важный рубеж после нескольких лет отставания в производственных технологиях.

Однако возвращение Intel к технологическому лидерству пока не состоялось. По оценкам специалистов SemiAnalysis, плотность логики Intel 18A находится приблизительно на уровне TSMC N3E. Это серьёзный прогресс относительно предыдущих техпроцессов самой Intel, но более современные решения TSMC N3P и N2, а также Samsung SF2 способны обеспечивать более высокую максимальную плотность. При этом одной плотностью возможности техпроцесса не определяются — не менее важны энергопотребление, частоты, выход годных кристаллов и себестоимость производства.

Intel 18A впервые удалось подробно изучить в готовом процессоре

Объектом исследования стал Panther Lake — одно из ключевых поколений мобильных процессоров Intel.

Особый интерес представляет его вычислительный кристалл, поскольку именно он выпускается с использованием Intel 18A. Это позволило исследователям оценить новую технологию не по заявлениям производителя и тестовым структурам, а непосредственно в серийном коммерческом продукте.

Результаты подтвердили, что две главные особенности 18A действительно добрались до массового производства.

Речь идёт о RibbonFET и PowerVia.

Важно учитывать и условность современных обозначений техпроцессов. Названия Intel 18A, TSMC N3E или N2 давно не означают буквальный физический размер транзистора в 1,8, 3 или 2 нанометра. Это названия поколений производственных технологий, поэтому сравнивать их исключительно по цифрам в названии некорректно.

RibbonFET меняет конструкцию самого транзистора

Panther Lake стал первым потребительским процессором Intel, использующим RibbonFET.

Это собственная реализация Intel технологии Gate-All-Around, или GAA, которая постепенно приходит на смену FinFET.

В классическом FinFET канал транзистора выполнен в форме вертикального кремниевого «ребра», которое затвор охватывает с нескольких сторон.

В RibbonFET конструкция другая. Intel использует четыре горизонтальных кремниевых нанолиста, расположенных друг над другом. Каждый из них окружён затвором со всех сторон.

Такая геометрия обеспечивает более точный контроль электрического тока, помогает уменьшить утечки и потенциально позволяет улучшить соотношение производительности и энергопотребления.

Любопытно, что количество нанолистов само по себе ничего не говорит о превосходстве технологии. Например, в Samsung SF2 применяется три слоя, но сами нанолисты имеют другую ширину.

Поэтому итоговая плотность и характеристики транзисторов определяются всей их геометрией, а не простым количеством слоёв.

PowerVia переносит питание на обратную сторону процессора

Вторым важнейшим изменением Intel 18A стала технология PowerVia.

В традиционных процессорах и сигнальные линии, и линии питания располагаются над транзисторами. По мере увеличения сложности микросхем это создаёт всё больше проблем: огромному количеству соединений приходится конкурировать за ограниченное пространство.

Intel решила физически разделить эти задачи.

PowerVia переносит значительную часть сети питания на обратную сторону кремниевой пластины. Верхние металлические слои при этом можно эффективнее использовать для передачи сигналов.

Дополнительное преимущество заключается в возможности сделать пути подачи питания короче и шире. Это способно уменьшить электрическое сопротивление и улучшить стабильность напряжения на наиболее требовательных участках процессора.

Но технология имеет свою цену.

Производство становится сложнее, а новая конструкция может увеличивать паразитную ёмкость и тепловое сопротивление. Поэтому PowerVia нельзя оценивать только по потенциальным преимуществам — имеет значение эффективность всей производственной системы.

По плотности Intel догнала TSMC N3E

Одним из наиболее интересных результатов исследования стало сравнение плотности логических элементов.

По репрезентативной модели логической ячейки Intel 18A оказался приблизительно на 18,6% плотнее Intel 3.

Это серьёзный шаг вперёд для собственного производства Intel.

Более того, по исследованным структурам новая технология находится примерно на одном уровне с TSMC N3E — техпроцессом, который используется для производства множества современных высокопроизводительных чипов.

Однако здесь есть важная оговорка.

Исследователи сравнивали определённые логические структуры, а не итоговую плотность всего процессора. Реальный кристалл состоит из множества разных компонентов: вычислительных ядер, кэш-памяти, контроллеров, аналоговых блоков, интерфейсов и других элементов.

Поэтому полученный результат нельзя трактовать как утверждение, что любые процессоры на Intel 18A будут иметь ту же плотность, что и любые чипы на TSMC N3E.

Новейшие технологии TSMC всё ещё впереди по максимальной плотности

Intel удалось существенно сократить технологический разрыв, однако 18A пока не выглядит безусловным лидером.

По оценкам SemiAnalysis, максимальная плотность более современных технологических процессов TSMC N3P и N2 превышает показатели Intel 18A. Выше она оценивается и у Samsung SF2.

Но сравнение исключительно по плотности не позволяет определить лучший техпроцесс.

Производителю необходимо найти баланс между плотностью, максимальными частотами, энергопотреблением, стоимостью пластин, сложностью проектирования и процентом годных кристаллов.

Именно совокупность этих характеристик в конечном итоге определяет экономическую и техническую конкурентоспособность производства.

Panther Lake собирается из кристаллов сразу нескольких поколений

Intel продолжает активно развивать чиплетный подход. Вместо производства огромного монолитного процессора компания объединяет несколько специализированных кристаллов.

В Panther Lake они соединяются при помощи технологии упаковки Foveros-S и размещаются на пассивной кремниевой основе.

Самый технологически продвинутый вычислительный кристалл выпускается по Intel 18A.

С графикой ситуация интереснее. Компактный вариант с четырьмя ядрами Xe3 производится самой Intel по технологии Intel 3. Более мощный графический кристалл с 12 ядрами Xe3 выпускает TSMC с использованием N3E.

Кристалл ввода-вывода также производится TSMC, но уже по значительно более зрелой технологии N6.

Получается весьма показательная конструкция: внутри одного процессора Intel одновременно используются собственные производственные мощности и несколько технологий TSMC.

Intel перенесла больше компонентов на вычислительный кристалл

Компоновка Panther Lake заметно отличается от Meteor Lake и Arrow Lake.

В новый вычислительный кристалл Intel интегрировала не только процессорные ядра. Здесь также находятся NPU, энергоэффективные LP E-cores, контроллер памяти, мультимедийные и дисплейные блоки и часть другой логики.

Такое решение уменьшает количество обменов данными между отдельными кристаллами.

Есть и обратная сторона: некоторые блоки приходится производить на сравнительно дорогом Intel 18A, хотя сами по себе они могли бы обойтись менее передовой технологией.

Поэтому внешние интерфейсы вроде PCIe и Thunderbolt Intel оставила на отдельном I/O-кристалле, который выпускается по зрелому TSMC N6. Использовать дорогостоящий 18A для подобных компонентов было бы не слишком рационально.

Cougar Cove получил больше кэша без заметного увеличения ядра

На уровне процессорной архитектуры Panther Lake выглядит скорее глубокой эволюцией предыдущих разработок Intel, чем полностью новым началом.

Производительное ядро Cougar Cove по площади близко к Lion Cove из Lunar Lake, но объём кэш-памяти второго уровня увеличен с 2,5 до 3 Мбайт на ядро.

По оценке исследователей, при сопоставимой площади Cougar Cove удалось получить приблизительно на 20% больше L2-кэша.

Одновременно общий объём кэша третьего уровня, приходящегося на производительные ядра, уменьшился примерно на 14,8%.

Изменения затронули и энергоэффективные ядра. Четырёхъядерный кластер Darkmont LP приблизительно на 5% компактнее своего предшественника.

NPU стал почти на 37% компактнее

Особенно заметную оптимизацию Intel провела в блоке искусственного интеллекта.

NPU 5 в Panther Lake занимает примерно на 36,9% меньше площади, чем NPU 4 в Lunar Lake, при сохранении сопоставимой вычислительной производительности в INT8.

Для этого Intel изменила внутреннюю организацию ускорителя. Вместо большего количества относительно небольших элементов используются более крупные нейронные ядра, а число блоков локальной Scratchpad-памяти и DSP SHAVE уменьшено с 12 до шести.

Кроме того, NPU 5 получил аппаратную поддержку FP8.

Форматы с пониженной точностью приобретают всё большее значение для выполнения ИИ-моделей, поскольку позволяют уменьшать объём обрабатываемых данных и повышать вычислительную эффективность там, где высокая числовая точность не требуется.

Сравнение графики особенно хорошо показывает преимущество TSMC

Ещё более любопытные результаты дала графическая часть Panther Lake.

Одно ядро Xe3 в компактном графическом кристалле GT1, изготовленном самой Intel по Intel 3, примерно на 55% крупнее ядра Xe3 в более мощном GT2, выпускаемом TSMC по N3E.

Если сравнивать с графическим ядром предыдущего Lunar Lake, вариант Xe3 на Intel 3 оказывается примерно на 69% крупнее.

Это наглядно демонстрирует разницу между Intel 3 и более современным производством TSMC.

Intel технически способна самостоятельно выпускать графическую часть Panther Lake, однако N3E позволяет разместить существенно больше вычислительных блоков на сопоставимой площади кремния. Поэтому для наиболее мощной конфигурации GPU обращение к TSMC остаётся оправданным.

Intel вернулась в технологическую гонку, но победителя определит не микроскоп

Исследование Panther Lake важно прежде всего тем, что подтверждает работоспособность Intel 18A в реальном серийном продукте.

RibbonFET и PowerVia перестали быть технологиями из презентаций и экспериментальных образцов. Intel смогла одновременно внедрить новую структуру транзисторов и принципиально другую систему подачи питания в потребительский процессор.

По плотности логики 18A приблизился к TSMC N3E, что для Intel является существенным достижением после нескольких поколений, в которых компания испытывала серьёзные сложности с переходом на новые производственные нормы.

Но говорить о возвращении безусловного лидерства пока рано. Более современные технологии конкурентов способны обеспечивать более высокую максимальную плотность, а сам этот показатель является только одной частью общей картины.

Настоящая проверка Intel 18A начнётся при массовом производстве. Именно тогда станет понятно, насколько хорошо технология сочетает производительность, энергопотребление, выход годных кристаллов и стоимость.

Panther Lake уже доказал главное: Intel снова располагает собственным передовым техпроцессом, способным конкурировать с современными технологиями крупнейших контрактных производителей. Теперь компании предстоит доказать, что этот успех можно превратить не только в техническое, но и в производственное преимущество.