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3D-Stapel mischt 22 nm und 10 nm

Das Lakefield-Design ist das erste verfügbare von Intel, bei dem der Hersteller auf 3D-Stacking und Chiplets setzt: Die technische Basis sind insgesamt vier Dies, die dreidimensional übereinander gestapelt werden. Bisher üblich waren hingegen zweidimensionale monolithische Designs, bei denen sich jegliche Funktionseinheiten in einem einzelnen Chip befinden.

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Ein solches Vorgehen hat den Vorteil, dass alle Chipbestandteile mit geringer Latenz kommunizieren können. Nachteilig ist, dass das Layout sehr stark optimiert werden muss, was im schlimmsten Fall zu Einschränkungen bei etwa der Taktbarkeit der Transistoren führt, wenn sich CPU-Kerne und USB- oder Thunderbolt-Controller auf demselben Die befinden. Mit Chiplets lässt sich dieses Dilemma lösen, indem die Funktionseinheiten entsprechend ihrer Charakteristiken aufgeteilt werden.

So sind die einzelnen Dies kleiner und können in unterschiedlichen Fertigungsverfahren produziert werden. Das spart Platz - ein wichtiges Kriterium für kompakte Geräte - und reduziert die Kosten, da große Chips fehleranfälliger sind und mehr Fläche auf den Wafern belegen. Die Herausforderung bei Chiplets wiederum ist deren Verbindung untereinander, damit die Geschwindigkeit möglichst hoch und die Wärmeableitung möglichst effektiv ausfällt. Die Intel-Version von 3D-Stacking heißt Foveros.

  • Ultrabook-Platine mit Lakefield (Bild: Intel)
  • Wafer mit Lakefield-Compute-Chips (Bild: Intel)
  • I/O-Die von Lakefield (Bild: Intel)
  • Compute-Die von Lakefield (Bild: Intel)
  • Lakefield besteht aus einem Compute- und einem I/O-Die plus LPDDR4X-Speicher (Bild: Intel)
  • Überblick zu den Funktionsblöcken der beiden Dies (Bild: Intel)
  • Lakefield nutzt schnelle Sunny-Cove- und sparsame Tremont-Kerne. (Bild: Intel)
  • Das Package misst 12 x 12 x 1 mm. (Bild: Intel)
  • Der einzelne Sunny Cove ist schneller bei Singlethread-Last, dafür sind die vier Tremont bei Multithreading effizienter. (Bild: Intel)
  • SNC wird für interaktive Workloads genutzt, die Tremonts für Dauerlast oder Hintergrundanwendungen. (Bild: Intel)
  • Der PCMark 10 zeigt, dass der Windows-10-Scheduler die Last sinnvoll auf den SNC- und die TNT-Kerne verteilt. (Screenshot: Golem.de)
  • Beim Starten von Apps wird primär der Sunny Cove verwendet. (Screenshot: Golem.de)
  • Ausblick auf künftige Chiplet- und 3D-Stacking-Fertigung. (Bild: Intel)
Lakefield besteht aus einem Compute- und einem I/O-Die plus LPDDR4X-Speicher (Bild: Intel)

Unten befindet sich ein im günstigen 22FFL-Verfahren (P1222) produziertes I/O-Die als aktiver Interposer, welches Funktionen wie PCIe Gen3 und UFS 3.0 sowie USB 3.2 Gen1 aufweist. Der Chip misst 92 mm² bei gerade einmal 650 Millionen Transistoren. Darüber befindet sich das eigentliche Compute-Die, das im 10-nm-Prozess (P1274) gefertigt wird und 4,05 Milliarden Transistoren auf 82 mm² unterbringt. Es umfasst fünf CPU-Kerne (1+4) sowie die Gen11-Grafikeinheit samt zwei Displayport-1.4-Controllern und den 64-Bit-Speichercontroller.

Auf den beiden Intel-Chips sitzen oben noch zwei Schichten an LPDDR4X-4266-Speicher, welche wie im Smartphone-Segment üblich als PoP (Package on Package) per Wire-Bonding verkabelt sind. Zwischen dem Compute-Die und dem PoP-Speicher befindet sich ein Wärmeleitkleber statt Luft. Das komplette Lakefield-Package misst 12 x 12 x 1 mm.

Während das I/O-Die per Micro-Bumps (winzige Lotkügelchen) mit dem Package verbunden ist und von dort mit Strom versorgt wird, musste Intel für das Compute-Die eine andere Lösung finden. Es befindet sich oberhalb des I/O-Dies, weil es sehr viel mehr Hitze entwickelt und ergo bewusst näher am Kühler platziert wurde. Der LPDDR4X-Speicher ist ohnehin sehr viel weniger empfindlich für hohe Temperaturen.

  • Ultrabook-Platine mit Lakefield (Bild: Intel)
  • Wafer mit Lakefield-Compute-Chips (Bild: Intel)
  • I/O-Die von Lakefield (Bild: Intel)
  • Compute-Die von Lakefield (Bild: Intel)
  • Lakefield besteht aus einem Compute- und einem I/O-Die plus LPDDR4X-Speicher (Bild: Intel)
  • Überblick zu den Funktionsblöcken der beiden Dies (Bild: Intel)
  • Lakefield nutzt schnelle Sunny-Cove- und sparsame Tremont-Kerne. (Bild: Intel)
  • Das Package misst 12 x 12 x 1 mm. (Bild: Intel)
  • Der einzelne Sunny Cove ist schneller bei Singlethread-Last, dafür sind die vier Tremont bei Multithreading effizienter. (Bild: Intel)
  • SNC wird für interaktive Workloads genutzt, die Tremonts für Dauerlast oder Hintergrundanwendungen. (Bild: Intel)
  • Der PCMark 10 zeigt, dass der Windows-10-Scheduler die Last sinnvoll auf den SNC- und die TNT-Kerne verteilt. (Screenshot: Golem.de)
  • Beim Starten von Apps wird primär der Sunny Cove verwendet. (Screenshot: Golem.de)
  • Ausblick auf künftige Chiplet- und 3D-Stacking-Fertigung. (Bild: Intel)
Überblick zu den Funktionsblöcken der beiden Dies (Bild: Intel)

Um dem Compute-Die seine Energie zuzuführen, verbaut Intel TSVs: Das steht für Through Silicon Vertical Interconnect Access und beschreibt haudünne Metallstäbe, welche Signale und Strom leiten. Das I/O-Die ist daher mit Löchern versehen, damit das Compute-Die zum Package hin durchkontaktiert werden kann.

Weiter geht es mit der Technik des Compute-Dies, den beiden Lakefield-Modellen und wie Windows 10 mit diesen umgeht.

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 Core i5-L16G7 (Lakefield) im Test: Intels x86-Hybrid-CPU analysiertFünf heterogene Kerne sollt ihr sein 
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gadthrawn 19. Jul 2020

Teufelszeug... Hatte mein 386 sx und alle Rechner die ich davor hatte nicht...

ms (Golem.de) 18. Jul 2020

Beim Programmstart werden mehr als ein Kern genutzt, allerdings physische statt...

thrust26 18. Jul 2020

Schließe mich an.

mibbio 17. Jul 2020

Nicht der Pentium 4 direkt, aber eben der darauf basierende Pentium D. "Der in 90 nm...

wurstdings 17. Jul 2020

Also von der Leistung und TDP her, würde ich sagen, dass die Tablettregion damit...


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