Halbleiterfertigung: Intel 4 verdoppelt Transistordichte bei mehr Performance

EUV plus geänderte Materialien: Intel 4 für Meteor Lake soll dichter sowie einfacher zu produzieren sein und gleich 20 Prozent höher takten.

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Package von Meteor Lake mit Compute-Tile via Intel 4
Package von Meteor Lake mit Compute-Tile via Intel 4 (Bild: Intel)

Intel hat auf dem VLSI Symposium 2022 ausführlich die kommende Halbleiterfertigung namens Intel 4 beschrieben. Das Verfahren ist das erste des Herstellers mit extrem ultravioletter Belichtung (EUV), die gemeinsam mit anderen Verbesserungen zu drastischen Vorteilen im Vergleich zum noch aktuellen Intel 7 führen soll.

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So wirbt Intel mit einer Verdopplung der Transistordichte, allerdings gilt diese Aussage einzig für Logik und auch nur für die High-Performance-Bibliothek. Konkret berechnet sich der Wert aus der verringerten Zellenhöhe und dem gesunkenen Gate-Pitch, wohingegen SRAM für etwa Caches mit Faktor 0,77x deutlich weniger stark skaliert.

Mit Intel 7 eingeführte Implementierungen wie Contact Over Active Gate (COAG) und ein einzelnes statt zwei Dummy Gates bleiben erhalten, bei den Materialien aber gibt es Neuerungen: Die fünf obersten Interconnect-Schichten (M0 bis M4) nutzen eine Mischung (eCu) aus Kobalt und Kupfer statt nur eines davon, die Anzahl der Metall-Layer steigt von 16 auf 18.

Weniger Masken, mehr Takt

Dank EUV statt DUV sind für Intel 4 rund 20 Prozent weniger Masken notwendig, insgesamt verringern sich die Fertigungsschritte im Vergleich zu Intel 7 um etwa 5 Prozent. Als Resultat dürfte sich damit die Chipausbeute (Yield) verbessern, was den Fertigungsprozess wirtschaftlicher macht.

  • Intel 4 soll höher takten und sparsamer sein. (Bild: Intel)
  • Die Logikdichte steigt mit Intel 4 kräftig an. (Bild: Intel)
  • Kobalt und Kupfer in den Metal-Layern gemischt ... (Bild: Intel)
  • ... soll das beste aus beiden Welten verbinden. (Bild: Intel)
  • EUV reduziert die Anzahl der Masken und der Gesamtschritte. (Bild: Intel)
  • Die CPU-Tile von Meteor Lake entsteht via Intel 4. (Bild: Intel)
Intel 4 soll höher takten und sparsamer sein. (Bild: Intel)
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Intel gibt für einen nicht näher genannten Lizenz-Prozessorkern an, dass Intel 4 bei identischer Leistungsaufnahme knapp 22 Prozent mehr Takt ermöglicht - hier von rund 2,15 auf 2,6 GHz bei 0,65 Volt. Bei gleicher Frequenz sinkt der Energiebedarf sogar um 40 Prozent, zumindest bei diesem Design. Nach oben hin - bei 1,3 Volt - skaliert Intel 4 weniger gut, durch ein 8VT-Design kann Intel auf Kosten der Leistungsaufnahme dennoch weitere fünf Prozent Takt herausquetschen.

Als erstes Produkt mit Intel 4 erscheint Meteor Lake, genauer dessen Compute-Tile. In der Präsentation zeigte Intel erstmals das 6P+8E Die, zuvor wurde einzig die Variante 2P+8E publik gemacht. Weitere Tiles umfassen I/O, GPU und SoC.

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