Ice Lake plus Xe-GPGPU: Intel erläutert 10-nm- und 7-nm-Zukunft

Offene Worte nach mehrjähriger Verschiebung: Intel hat Fehler bei der 10-nm-Entwicklung benannt und Ice Lake für Ultrabooks für Juni 2019 angekündigt. Bereits 2021 soll ein Xe-Grafikchip für Datacenter mit 7-nm-Technik und extrem ultravioletter Belichtung (EUV) folgen.

Ein Bericht von Marc Sauter veröffentlicht am 9. Mai 2019, 7:20 Uhr

Ice Lake U soll ab Juni 2019 an Partner ausgeliefert werden. (Bild: Intel)

Intel hat auf dem alljährlichen Investor Meeting klare Worte für die eigene Fertigungstechnik gefunden: "Es ist kein Geheimnis, dass wir mit 10 nm gestolpert sind", sagte Murthy Renduchintala, Chief Engineering Officer bei Intel, im kalifornischen Santa Clara. Nun aber sollen die Probleme endgültig gelöst und die Serienproduktion der Chips mit der nunmehr zweiten Generation des Herstellungsverfahrens gestartet sein. Ab Juni 2019 will Intel die Ice Lake U für Ultrabooks an Partner liefern, Geräte sollen zum Weihnachtsgeschäft verfügbar sein. Es folgt ein dritter 10-nm-Node, dann wird auf 7 nm mit extrem ultravioletter Strahlung (EUV) gewechselt, 2021 sollen erste Grafikchips für Server und Supercomputer erscheinen.

Ursprünglich hatte Intel das 10-nm-Verfahren (P1274) schon 2013 angekündigt und für 2016 in Aussicht gestellt. Der Plan war ambitioniert, denn neben extrem aufwendiger Herstellung mit Quad-Patterning und Techniken wie Contact over Active Gate (COAG) oder Single Dummy Gates für die Transistoren wollte Intel auch diverse Schichten (Metal Layer) mit Kobalt statt Wolfram oder Kupfer versehen. Das klappte nicht, die auf 10 nm basierenden Chips - die Cannon Lake U - erschienen zumindest auf dem Papier erst Ende 2017. Das einzige Modell, der Core i3-8121U, wird nur mit deaktivierter - weil defekter - Grafikeinheit verkauft und steckt in nur wenigen Geräten wie dem NUC8 Crimson Lake (Test), einem Mini-PC von Intel.

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Die 2013 gesetzten Pläne für 10 nm waren nicht haltbar ... (Bild: Intel)

Also musste Intel den 14-nm-Prozess (P1272) als 14+ nm und 14++ nm ständig weiter optimieren, um neue Designs veröffentlichen zu können: Im Ultrabook-Segment gibt es mit Broadwell, Skylake, Kaby Lake, Kaby Lake Refresh und Whiskey Lake mittlerweile fünf Varianten. Intel machte aus der Not eine Tugend und konnte so pro Kern durch Architektur und Takt über 20 Prozent als Leistungsplus bei weiterhin 15 Watt erreichen, wenngleich auf Kosten der Chipfläche. So weist 14++ anders als 14 und 14+ einen Transistor Gate Pitch von 84 nm statt 70 nm auf, um höhere Taktraten von bis zu 5 GHz erzielen zu können. An dieser Stelle sei auf das Nanometer-Marketing verwiesen, denn 14 nm sind praktisch keine Strukturen bei dem, was Intel als 14 nm bezeichnet - gleiches gilt auch für 14/16 nm oder kompaktere Nodes von Globalfoundries, Samsung und TSMC.

Für die zweite Version von 10 nm, sie wird als 10+ nm bezeichnet, nahm Intel angeblich einige Änderungen vor. Details nannte der Hersteller auf dem Investor Meeting zwar nicht, unbestätigte Berichte gehen aber davon aus, dass einige Pitches entspannter ausfielen und COAG gestrichen worden sei. Intel zufolge ist die Serienfertigung von Ice Lake U gestartet, ab Juni 2019 sollen Partner beliefert werden, um ihre Ultrabooks vorzubereiten. ICL-U nutzt vier CPU-Kerne mit der neuen Sunny-Cove-Mikroarchitektur samt LPDDR4-Unterstützung und die ebenfalls neue Gen11-Technik für die integrierte Grafikeinheit. Das intern als P1276 bezeichnete 10-nm-Generation soll als 10 nm, als 10+ nm und als 10++ nm bis 2021 eingesetzt werden. Auf Ice Lake U wird Tiger Lake U mit Xe-Grafik und Willow-Cove-Kernen in 10+ nm folgen, zudem sollen im ersten Halbjahr 2020 die Server-CPUs (Ice Lake SP) und 2021 dann Sapphire Rapids in 10++ nm und mit neuer CPU-Architektur erscheinen.

Ebenfalls 2021 will Intel erste Produkte mit dem 7-nm-Verfahren (P1278) veröffentlichen. Dabei wird extrem ultraviolette Strahlung (EUV) im Vakuum statt der bisherigen Immersionslithografie verwendet: Intel zufolge fließt dazu die Erfahrung von 14 nm und 10 nm ein, zudem wurden die Designregeln stark vereinfacht, um es den internen Teams einfacher zu machen, ihre Chips für 7 nm zu entwickeln. Auf 7 nm soll 7+ nm und 7++ nm folgen - der Zeitplan für diesen Node reicht bis 2023.

Das erste Produkt wird eine GPGPU mit Xe-Architektur. Das steht für General Purpose Graphics Processing Unit und beschreibt ein für Datacenter, also Server, und Supercomputer wie den Aurora gedachten Chip mit Fokus auf künstlicher Intelligenz (AI) und sehr hoher Rechenleistung (High Performance Computing, kurz HPC). Als Xe führt Intel die auf die Gen11 folgende Technik, konkrete Informationen gibt es dazu keine. Für die GPGPU wird Intel auch Foveros einsetzen, ein 3D-Stacking-Verfahren, um mehrere Chips zu schichten. Ein solches Design wurde bereits angekündigt, es heißt Lakefield und kombiniert ein 10-nm-CPU/iGPU- mit einem 22-nm-I/O-Die und LPDDR4X-Speicher bei bis zu 27 Watt.

Noch vor der GPGPU in 7 nm will Intel eine weitere GPU mit Xe-Architektur veröffentlichen. Das intern Arctic Sound genannte Design wird bisherigen Aussagen des Hersteller zufolge auf 10-nm-Basis entwickelt und soll auch für Endkunden verfügbar sein, unter anderem als Grafikkarte für Gaming-PCs.

Nachtrag vom 9. Mai 2019, 7:22 Uhr

Intel hat Zahlen zur Performance von Ice Lake und Tiger Lake genannt: ICL-U soll bei 15 Watt im 3DMark 11 die doppelte Grafikleistung eines Whiskey Lake (WHL-U) erreichen, TGL-U gar die vierfache Geschwindigkeit. Bei Ice Lake kam ein 4+2-Design, also vier Kerne samt GT2-Grafikeinheit, samt sehr schnellem LPDDR4-3733-Speicher zum Einsatz. Bei Tiger Lake mit ebenfalls 4+2-Design hat Intel verraten, dass die integrierte GPU mit Xe-Architektur gleich 96 Ausführungsblöcke nutzt - bei Whiskey Lake sind es nur 24 EUs mit Gen9.5 und bei Ice Lake somit womöglich 48 EUs mit Gen11. Allerdings nennt eine Folie statt 15 Watt für Tiger Lake auch 25 Watt, was eher zur vierfachen Geschwindigkeit passen würde. Alleine 96 EUs mit Xe-Technik sind jedoch ein gewaltiger Unterschied.

	Beispiel-Chip	Fertigung	CPU-Kerne + Grafik	iGPU-µArch	Launch
Arrandale	Core i5-520UM	32 nm	2 + GT2	Gen5.75	2010
Sandy Bridge	Core i5-2537M	32 nm	2 + GT2	Gen6	2011
Ivy Bridge	Core i5-3427U	22 nm	2 + GT2	Gen7	2012
Haswell ULT	Core i5-4300U	22 nm	2 + GT2, 2 + GT3	Gen7.5	2013
Broadwell U	Core i5-5300U	14 nm	2 + GT2, 2 + GT3	Gen8	2014
Skylake U	Core i5-6300U	14 nm	2 + GT2, 2 + GT3e	Gen9	2015
Kaby Lake U	Core i5-7300U	14+ nm	2 + GT2, 2 + GT3e	Gen9.5	2016
Kaby Lake Refresh	Core i5-8350U	14++ nm	4 + GT2, 4 + GT3e	Gen9.5	2017
Cannon Lake U	Core i3-8121U	10 nm	2 + GT2 (deaktiviert)	Gen10	2018
Whiskey Lake U	Core i5-8265U	14++ nm	4 + GT2	Gen9.5	2018
Ice Lake U	Core i5-1035 G7	10+ nm	2 + GT2, 4 + GT2	Gen11	2019
Comet Lake U	Core i5-10210U	14++ nm	2 + GT2, 4 + GT2, 6 + GT2	Gen9.5	2019
Rocket Lake U	Core i5-11xx Gx (?)	14++ nm, 10+ nm	4 + ?, 6 + ?	Gen12 (Xe)	2020
Tiger Lake U	Core i5-12xx Gx (?)	10+ nm	4 + GT2	Gen12 (Xe)	2020

Core-Generationen (Client Mobile) von Intel im Überblick

	Beispiel-Chip	Fertigung	CPU-Kerne	Sockel	RAM-Kanäle	PCIe	Launch
Nehalem EP	Xeon W5590	45 nm	4	LGA 1366	3x DDR3	Gen2	2009
Westmere EP	Xeon X5690	32 nm	6	LGA 1366	3x DDR3	Gen2	2010
Sandy Bridge EP	Xeon E5-2690	32 nm	8	LGA 2011	4x DDR3	Gen2	2012
IvyBridge EP	Xeon E5-2690 v2	22 nm	10	LGA 2011	4x DDR3	Gen3	2013
Haswell EP	Xeon E5-2699 v3	22 nm	18	LGA 2011-3	4x DDR4	Gen3	2014
Broadwell EP	Xeon E5-2699 v4	14 nm	22	LGA 2011-3	4x DDR4	Gen3	2016
Skylake SP	Xeon Platinum 8180M	14+ nm	28	LGA 3647	6x DDR4	Gen3	2017
Cascade Lake SP	Xeon Platinum 8280M	14++ nm	28	LGA 3647	6x DDR4, Optane	Gen3	2019
Cooper Lake SP	(?)	14++ nm	48	LGA 4189	8x DDR4, Optane v2	Gen3	2020
Ice Lake SP	(?)	10+ nm	36	LGA 4189	8x DDR4, Optane v2	Gen4	2020
Sapphire Rapids SP	(?)	10++ nm	(?)	LGA 4677	8x DDR5, Optane v3	Gen5	2021
Granite Rapids SP	(?)	7 nm (?)	(?)	LGA 4677	8x DDR5, Optane v4	Gen5	2022
Diamond Rapids	(?)	7+ nm (?)	(?)	(?)	(?)	(?)	2023

Xeon-Generationen (Dual Sockel) von Intel im Überblick