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Prozessoren: Intels 3D-Chip Foveros stapelt Dies mit 10 und 22 Nanometern

Auch bei Intel setzen sich die Multichip-Module durch. Die Dies werden aber mit erweiterter EMIB-Technik gestapelt - vom Notebook bis zum Server und mit speziellen Chiplets für x86-Kerne, Grafik und I/O.

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Intels Architekturchef Raja Koduri zeigt das x86-Chiplet Sunny Cove.
Intels Architekturchef Raja Koduri zeigt das x86-Chiplet Sunny Cove. (Bild: Nico Ernst)

Auf seinem Architecture Day hat Intel die Foveros genannte neue Bauform für PC-Prozessoren vorgestellt und erste Prototypen der Hardware gezeigt. Der Begriff kommt aus dem Griechischen und bedeutet in etwa "einzigartig". So ganz trifft das nicht zu: AMD kam Intel mit der Idee, mehrere Dies mit verschiedenen Strukturbreiten in Mainstream-Produkten einzusetzen, um sechs Wochen zuvor.

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Während AMD seine Chiplets genannten verschiedenen Dies aber flach auf einem passiven Träger anordnet, sitzen bei Intels Foveros die Siliziumbausteine übereinander. Foveros ist also ein 3D-Design, das sich von der schon seit Jahrzehnten üblichen Schichtbauweise mit vielen Layern in einem Herstellungsprozess unterscheidet. Kern ist die Bauform EMIB, die Intel schon Anfang 2017 ankündigte. Ende 2019 soll es dann die ersten PC-Produkte mit Foveros geben.

  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Sunny-Cove-Protoyp mit Foveros (Foto: Nico Ernst)
  • Raja Koduri zeigt das x86-Chiplet Sunny Cove. (Foto: Nico Ernst)
Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)

Wie Intels Architekturchef Raja Koduri im kalifornischen Los Altos sagte, sind die beiden größten Probleme mit EMIB für schnelle CPUs gelöst: Die Stromversorgung der x86-Chiplets, die oben auf dem Stapel sitzen, funktioniert, und die Abfuhr der Abwärme des gesamten Pakets auch. Wie die Designer das geschafft haben, wollte Koduri auf Nachfragen von Golem.de aber nicht preisgeben. Für besonders sparsame Geräte, etwa ein Windows-Tablet, ist es aber sogar möglich, den RAM noch oben auf die Cores zu packen. Das ergibt dann ein System-in-Package mit 12 x 12 x 1 mm. Oder, noch erweitert: Ein Notebook-EMIB verträgt weitere Module wie ein LTE-Modem auf demselben Interposer.

  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Sunny-Cove-Protoyp mit Foveros (Foto: Nico Ernst)
  • Raja Koduri zeigt das x86-Chiplet Sunny Cove. (Foto: Nico Ernst)
Sunny-Cove-Protoyp mit Foveros (Foto: Nico Ernst)

Eine Besonderheit von EMIB ist schon immer, dass der Träger nicht nur die Verbindung herstellt. Was Intel Active Interposer nennt, könnte beispielsweise die I/O-Funktionen enthalten - auch das wollte Intel aber nicht bestätigen. Von diesem Interposer zu den Funktionsblöcken werden die Dies mit Direktverbindungen aus Metall (TSV) verschaltet. Der Boden des Packages bleibt bei herkömmlichen Bump-Lötstellen, lässt sich also wie gewohnt bei der Mainboardherstellung verbauen.

Insbesondere für Server ist interessant, dass auch FPGA-Beschleuniger in einem Foveros-Package eingebaut werden können. Oder diskrete GPUs, wie Intel das mit AMD-Chips schon in kleinen Stückzahlen getan hat. Auch verschiedene x86-Chiplets sind möglich, etwa mit zusätzlichen Funktionen für Verschlüsselung und künstliche Intelligenz. Inwiefern sich diese dann auch im Design von den Sunny-Cove-Kernen unterscheiden, ist noch nicht klar. Möglich ist, dass Intel diese x86-Einheiten mit demselben Die herstellt, durch elektrisch durch Fuses abgeschaltete Teile aber je nach Einsatzbereich differenziert werden. Solche Lösungen lassen sich dann, weil die Fuses durchgebrannt werden, nicht per Software umbauen, wie das zeitweise bei GPUs mit abgeschalteten Blöcken der Fall war.

  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)
  • Sunny-Cove-Protoyp mit Foveros (Foto: Nico Ernst)
  • Raja Koduri zeigt das x86-Chiplet Sunny Cove. (Foto: Nico Ernst)
Intel stellt 3D-Package Foveros vor. (Folien: Intel)

Als einzelnes Chiplet hat Intel bisher nur die x86-Teile von Sunny Cove gezeigt, sie sind etwa so groß wie ein Daumennagel. Auch das gesamte Package gab es noch nicht einzeln zu sehen - AMD war da etwas mutiger. Was Intel aber vorführte, waren Prototypen auf sogenannten Bring-Up-Boards mit vielen Testanschlüssen für das Debugging, auf denen übliche Anwendungen wie VLC und 7-Zip liefen. Wie viele Kerne sich auf einem Sunny-Chiplet befinden, kann man dadurch nicht erraten, denn die lassen sich ja schon bei einem Serienprodukt samt Hyperthreading im Bios abschalten. Sinnvoll wäre aber ein 4-Core-Die mit integrierter Grafik, das dann vom Notebook bis zum High-End-Desktop mit 16 Kernen auf vier Chiplets recht einfach skalierbar wäre. Es wird, so viel steht fest, mit 10-Nanometer-Technik hergestellt, der aktive Interposer mit I/O-Funktionen mit 22 Nanometern.

Intels Vorstellung kann zudem nicht als direkte Reaktion auf die Zen2-Enthüllung gewertet werden, auch der Termin für den Architecture Day samt den Einladungen für die Journalisten stand schon vor AMDs Veranstaltung fest - und EMIB ist seit über anderthalb Jahren bekannt. Warum die Multichip-Module für beide Unternehmen technisch und wirtschaftlich sinnvoll sind, erklärt unsere Analyse Das Nanometer-Rennen ist vorerst vorbei.



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