Chipfertigung

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Die Flächen-normierten Fertigungskosten steigen nach dem 14/16nm-Prozeß um +30% pro Node

Die Keynote von AMDs CEO Lisa Su auf der laufenden "Hot Chips 31" Konferenz beschäftigte sich ankündigungsgemäß mit Server- und Supercomputer-Themen (PDF der AMD-Präsentation) – und wurf dabei allerdings auch die Frage auf, wie weit man hierbei noch kommt, wenn die neuen Fertigungstechnologien keine so gewaltigen Sprünge wie in der Vergangenheit ermöglich, dafür aber die Kosten pro Chipfläche unterhalb des 14/16nm-Nodes deutlich ansteigen. Hierzu gab es auch wiederum neue Präsentations-Grafiken, welche beispielsweise zwischen 14/16nm und 7nm einen Kostenanstieg von +69% für ein 250mm² großes Die angeben, zwischen 7nm und 5nm dann weitere +33%. Kumulativ sind dies dann im übrigen +125% gegenüber dem 14/16nm-Node – womit auch ein Grund offensichtlich wird, wieso selbiger 14/16nm-Node inzwischen allgemein als langjähriger Standard-Node für die Breite aller möglichen Halbleiter-Produkte angesehen wird. Gewisse Kostensteigerungen hat es früher zwar auch schon gegeben, jene lagen allerdings üblicherweise bei 10-20% pro Node, nicht gleich bei 30-70% pro Node.

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Intel bringt mit der "Foveros" Technologie seinen eigenen Chiplet-Ansatz

Auf seinem "2018 Architecture Day" hat Intel zeitgleich zur Offenbarung der neuen CPU-Kerne der Glove-Familie die MultiChip-Technologie "Foveros" vorgestellt. Hiermit wird das bisherige Verfahren des Verbaus mehrerer Chips auf einem Package (deutlich) auf die Spitze getrieben: Zum einen können die einzelnen Chips nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander verbaut werden. Zum anderen will man (wie bei AMDs Chiplet-Ansatz bei Zen 2) Chips unterschiedlicher Fertigungstechnologien verbauen können. Intel hat hiermit sozusagen seinen eigenen Chiplet-Ansatz aus der Taufe gehoben – welcher allerdings bereits seinen Vorläufer im Design von Kaby-Lake-G hat, welches wie bekannt einen Intel-Prozessor mit einem AMD-Grafikchip samt HBM2-Speicher auf dasselbe Package bringt. Intel will jenes System nun aber auch rein für den Prozessoren-Bereich adaptieren, ein einfaches Anwendungs-Beispiel wäre ein Kern-Chiplet in einem modernen Fertigungsverfahren, welches auf einem I/O-Chip in einem älteren Fertiungsverfahren sitzt.

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Der 7nm-Prozeß verdoppelt die Fertigungskosten (auf gleicher Chipfläche)

Beim japanischen PC Watch (maschinelle Übersetzung ins Deutsche) hat man sich mit der Frage beschäftigt, wieso AMD bei Zen 2 auf ein Chiplet-Design setzt. Dabei nennt man als primäre Ursache die steigenden Kosten mit jedem Fertigungsverfahren – wobei der Kostenanstieg vom 14/16nm-Node auf den 7nm-Node besonders drastisch ausfallen soll. So haben sich die Kosten für einen 250mm² großen Chip zwischen 45nm und 14/16nm schon fast verdoppelt, nun aber soll allein der Sprung von 14/16nm auf 7nm eine erneute Kostenverdopplung mit sich bringen. Die hierzu angeführte Folie stammt von AMD selber, dürfte jedoch halbwegs korrekt sein, da AMD die 7nm-Fertigung letztlich auch selber benutzt. Trifft die angeführte Kostensteigerung grob in diesem Rahmen zu, zwingt die 7nm-Fertigung rein von der Kostenseite eigentlich zur Halbierung der Chipfläche (gegenüber vergleichbaren 14/16nm-Chips) – ansonsten würde der herauskommende 7nm-Chip glatt doppelt so teurer herauskommen, was nicht bei jedem damit erstellten Produkt am Markt wirklich darstellbar ist.

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Umfrage-Auswertung: Wann werden die ersten 7nm-basierten Gamer-Grafikkarten erwartet?

Mittels einer Umfrage von Anfang September (und damit noch vor dem Turing-Launch) wurde die Frage gestellt, wann die ersten 7nm-basierten Gamer-Grafikkarten erwartet werden. Hierbei ging und geht es logischerweise nicht um Faktenwissen, sondern eine reine Erwartungshaltung – schließlich liegen die 7nm-Grafikkarten noch in einiger Entfernung, von nicht Gaming-bezogenen Pipecleanern wie Vega 20 prinzipgebunden abgesehen. Auch jetzt zwei Monate nach dem Zeitpunkt der Umfrage gibt es noch keine wirklich besseren Informationen zum Zeitpunkt der ersten 7nm-Beschleuniger – das ganze bleibt auch weiterhin rein im Bereich von Erwartungen. Und jene Erwartungshaltung sieht das Jahr 2019 in der Vorhand – für den Zeitraum Frühjahr bis Winter 2019 votierten mit 63,3% fast zwei Drittel der Umfrageteilnehmer. Dabei sieht die Tendenz eher nach Vorsicht als überschäumender Vorfreude aus – denn spätere Termine im Jahr 2019 bekamen leicht höhere Wertungen als frühere Termine im Jahr 2019.

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GlobalFoundries stoppt die 7nm-Fertigung

Der Halbleiterfertiger GlobalFoundries hat Montag Abend eine mehr oder weniger schockierende Pressemitteilung herausgegeben, wonach man alle weiteren Aktivitäten am eigentlich für das nächste Jahr geplanten 7nm-Fertigungsverfahren umgehend stoppt, womit dieses Fertigungsverfahren also auch keine Marktreife mehr erreichen wird. Das ganze geht mit einer grundsätzlich neuen Unternehmensstrategie einher: Zukünftig will sich GlobalFoundries auf bekannte Fertigungsverfahren konzentrieren, hierzu werden die 14nm- und die 12nm-Fertigung genannt. Nur jene schon laufenden Fertigungsverfahren sollen noch weiterentwickelt werden – während die Entwicklung noch kleinerer Fertigungsverfahren wie 5nm und 3nm laut einer weiterführenden Meldung seitens AnandTech komplett eingestellt wird. Und damit passiert etwas wirklich entscheidendes in der Gesamtbetrachtung: GlobalFoundries meldet sich hiermit als technologisch führender Halbleiterfertiger ab.

Chipfläche Taktrate Stromverbrauch
GlobalFoundries 12LP (zu 14LPP) -15% +10% -0%
GlobalFoundries 7LP (zu 14LPP)  (eingestellt!) -65% > +40% > -60%
GlobalFoundries 7LP+ (zu 7LP)  (eingestellt!) -10% ? ?
Quellen: GlobalFoundries, WikiChip & GlobalFoundries
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TSMCs 5nm-Fertigung bringt nur unterdurchschnittliche Fortschritte

AnandTech berichten über die 5nm-Fertigung von Auftragsfertiger TSMC, bei welchem bekannterweise AMD, nVidia, Sony und Microsoft (letztere beide für ihre Konsolen-SoCs) fertigen lassen. Dabei hat man sich auch sehr exakte Aussagen zu den Vorteilen der 5nm-Fertigung von TSMC geben lassen: Gegenüber der vorhergehenden 7nm-Fertigung von TSMC in deren Standard-Ausführung "7FF" (noch ohne EUV-Einsatz im Gegensatz zu der leicht verbesserten Variante "7FF+") soll TSMCs 5FF eine Flächenreduktion um -45% sowie um +15% höhere Taktraten oder einen um -20% niedrigeren Stromverbrauch ermöglichen. Dies entspricht grob einem üblichen Fullnode – perfekt erfüllt wird dieser Gedanke allerdings nicht, denn dafür bräuchte man eine Flächenreduktion von -50% sowie einen (mindestens) um -40% niedrigeren Stromverbrauch.

Chipfläche Taktrate Stromverbrauch
TSMC 12FFC (zu 16FF+) -20% +10% -25%
TSMC 10FF (zu 16FF+) > -50% +20% -40%
TSMC 7FF (zu 10FF) -40% +8% -33%
TSMC 7FF+ (zu 7FF) -17% +0% -10%
TSMC 5FF (zu 7FF) -45% +15% -20%
Quellen: AnandTech & SemiWiki
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Intel bestätigt Whiskey Lake und Cascade Lake für 2018, 10nm-Produkte kommen erst im Jahr 2019

Im Rahmen der Bekanntgabe seiner neuen Quartalszahlen hat sich Intel (wie üblich) den Fragen der Börsenanalysten gestellt – und dabei dann auch hochoffizielle Aussagen zur kurz- und mittelfristigen Roadmap im Prozessorengeschäft getroffen. So hat man augenscheinlich weiterhin erhebliche Probleme mit der 10nm-Fertigung, in deren Folge die 10nm-Massenfertigung nochmals auf das Jahr 2019 verschoben wurde. Da hiermit der Beginn der Massenfertigung und kein Auslieferungstermin gemeint ist, dürften erste 10nm-Produkte aus der Massenfertigung (bei Kleinserien kann dies anders liegen) also kaum vor dem zweiten Quartal 2019 erscheinen. Aufgrund der damit einhergehenden Roadmap-Änderungen hat sich Intel nun aber auch deutlich mehr Zeit erkauft, insofern könnte dieser derzeit arg ungenaue Termin "2019" letztlich auch auf ein konkretes Datum erst tief im Jahr 2019 hinauslaufen. Wie bekannt, entspricht Intels 10nm-Fertigung technologisch eher der 7nm-Fertigung von GlobalFoundries, Samsung & TSMC – Intel liegt also nicht wirklich zurück, kann allerdings den früheren Vorsprung nicht mehr aufrecht erhalten.

We continue to make progress on our 10-nanometer process. We are shipping in low volume and yields are improving, though the rate of improvement is slower than we anticipated. As a result, volume production is moving from the second half of 2018 into 2019. We understand the yield issues and have defined improvements for them, but they will take time to implement and qualify. We have leadership products on the roadmap that continue to take advantage of 14-nanometer, with Whiskey Lake for clients and Cascade Lake for the data center coming later this year.
Quelle:  Brian M. Krzanich von Intel  (Transkript auf Seeking Alpha)

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Umfrage-Auswertung: In welcher Fertigungstechnologie wird nVidias Ampere erwartet?

Mit einer Umfrage von Mitte Februar wurde die Erwartungshaltung zu der für nVidias Ampere-Generation angesetzten Fertigungstechnologie abgefragt. Zur Auswahl standen hierbei auf Basis einer entsprechenden Meldung alles von 16nm bis 7nm – wobei die beiden Extreme jeweils nur vergleichsweise wenige Stimmen auf sich ziehen konnten. Der hauptsächlich Wettstreit findet dagegen laut der großen Mehrheit der Umfrageteilnehmer zwischen der 12nm- und der 10nm-Fertigung statt. Dabei kam die neue und daher noch nicht erprobte 10nm-Fertigung mit 35,0% Stimmanteil nur auf einem (klaren) zweiten Platz durchs Ziel, die schon bekannte (und bei nVidias GV100-Chip bereits eingesetzte) 12nm-Fertigung konnte dagegen mit gleich 55,5% aller Stimmen sogar eine absolute Mehrheit für sich erzielen. Richtig oder falsch konnte es bei dieser Umfrage natürlich nicht geben, schließlich ging es nicht um Fakten oder auch Meinungen – sondern allein um eine subjektive Erwartungshaltung zu einer technischen Frage, die sich später dann noch eindeutig klären lassen wird.

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AMD wird zukünftig (auch) die neue 12nm-Fertigung von GlobalFoundries nutzen

Halbleiterfertiger GlobalFoundries hat auf der GTC 2017 seinen neue 12nm-Fertigung offiziell vorgestellt. Hierbei handelt es sich um denselben Zwischenschritt gegenüber der regulären 14nm-Fertigung, wie es jenen auch schon bei TSMC (12nm) und Samsung (11nm) gibt. Sehr ähnlich zu diesen, verspricht GlobalFoundries für die eigene 12nm-Fertigung Verbesserungen von +15% bei der Packdichte sowie +10% bei den Taktraten (was üblicherweise alternativ eine entsprechende Ersparnis beim Stromverbrauch bedeutet). So gesehen handelt es sich hierbei also um eine gut optimierte 14nm-Fertigung mit durchaus eigenem Wert, aber natürlich keineswegs dem, was man unter einem "Vollnode" versteht – welcher im Idealfall eine +100% bessere Packdichte samt um die +35% höheren Taktraten bzw. alternativ -50% geringerem Stromverbrauch mit sich bringt. Dies wäre im Normalfall kein größeres Aufsehen wert – wenn GlobalFoundries zu ihrer Ankündigungsshow nicht Mark Papermaster von AMD eingeladen hätten, welcher laut IT-Analyst Patrick Moorhead den "AMD-Support" der neuen Fertigungstechnologie zugesichert hat.

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Intels Coffee Lake kommt mit drei verschiedenen Prozessoren-Dies: 4C+GT2, 4C+GT3 und 6C+GT2

Aus unserem Forum kommt der dankenswerte Hinweis auf einige seitens BenchLife schon letztes Jahr geleakte Intel-Unterlagen zu Coffee Lake, welche interessanterweise schon genauere Angaben zu den einzelnen Dies von Coffee Lake samt sogar deren Chipfläche mit sich bringen. Zusammen mit neueren Informationen über Grafiklösung und Cache-Größen von Coffee Lake kann man daraus schon ein ziemlich genaues Bild zu dem aufzeigen, wie sich Coffee Lake auf Seiten der reinen Chip-Grundlage darstellen wird – allein die Transistorenmengen zu den einzelnen Dies fehlen derzeit noch. Dabei wird Coffee Lake mit drei verschiedenen Dies antreten: 4C+GT2, 4C+GT3 und 6C+GT2. Kleinere Prozessoren der Zweikern-Kategorie dürften dann entweder aus dem Kaby-Lake-Refresh oder von Cannon Lake entstammen.

Intel Anfang 2017 Intel Ende 2017 AMD Ende 2017
HEDT Broadwell-E 10C
246mm², 3,4 Mrd. Tr., keine integr. Grafik, 25 MB L3
Skylake X 18C
484mm², ? Mrd. Tr., keine integr. Grafik, 18 MB L2 + 24,75 MB L3
Threadripper 16C
378mm², 9,6 Mrd. Tr, keine integr. Grafik, 8 MB L2 + 32 MB L3
- Skylake X 10C
322mm², ? Mrd. Tr., keine integr. Grafik, 10 MB L2 + 13,75 MB L3
-
Performance Kaby Lake 4C+GT2
123mm², gesch. 1,9 Mrd. Tr., GT2-Grafik (24 EU), 8 MB L3
Coffee Lake 6C+GT2
149mm², ? Mrd. Tr., GT2-Grafik (24 EU), 12 MB L3
Ryzen 8C
189mm², 4,8 Mrd. Tr., keine integr. Grafik, 4 MB L2 + 16 MB L3
- Coffee Lake 4C+GT3
185mm², ? Mrd. Tr., GT3-Grafik (48 EU), ? MB L3, opt. ? MB eDRAM
-
Mainstream Kaby Lake 2C+GT2
gesch. ~90mm², gesch. ~1,4 Mrd. Tr., GT2-Grafik (24 EU), 4 MB L3
Coffee Lake 4C+GT2
126mm², ? Mrd. Tr., GT2-Grafik (24 EU), 8 MB L3
Raven Ridge 4C
~212mm², ? Mrd. Tr., Vega-Grafik (768 SE), 2 MB L2 + 4 MB L3
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