За последние несколько лет рынок компьютеров сильно изменился. Intel собирается изменить его ещё больше: переход на 14-нм техпроцесс позволит избавить устройства от вентиляторов, сделать их тоньше, легче и автономнее. Добиться этого Intel рассчитывает с помощью представленных в ходе IFA 2014 процессоров Intel Core M.
С точки зрения архитектуры отдельного транзистора 14-нм техпроцесс Intel представляет собой эволюционное развитие идей, заложенных в дизайне 22-нм транзисторов. Здесь также используются трёхмерные транзисторы Tri-gate, но уже второго поколения. От первого оно отличается четырьмя основными моментами. Во-первых, уменьшено расстояние между диэлектрическими рёбрами, проходящими перпендикулярно металлическому затвору (fin pitch). Во-вторых, количество этих рёбер сокращено с трёх до двух. В-третьих, высота барьеров стала больше. Ну и в-четвёртых, само собой разумеется, 14-нм транзистор в абсолютном масштабе значительно меньше 22-нм транзистора.
Зачем это всё нужно? Масштабы во многом говорят сами за себя. Расстояние между диэлектрическими рёбрами уменьшилось с 60 до 42 нм, между затворами (gate pitch) — с 90 до 70 нм, между соединениями (interconnect pitch) — с 80 до 52 нм. Соответственно, на кристалл той же площади теперь помещается куда больше транзисторов — их плотность ощутимо выросла. Увеличение высоты барьеров с 34 до 42 нм позволило повысить мощность управляющего тока и производительность транзистора. Ну а уменьшение числа барьеров с трёх до двух дало опять-таки большую плотность размещения и снижение ёмкостного сопротивления.
Для сравнения: если в рамках 22-нм техпроцесса площадь ячейки памяти SRAM составляла примерно 0,108 мкм2, то 14-нм техпроцесс позволил сократить это значение где-то до 0,059 мкм2 — почти в два раза. В качестве второго примера, немного забегая вперёд, приведём соотношение размеров чипов Haswell и Broadwell: 22-нм мобильный процессор Haswell имеет площадь кристалла 131 мм2, в то время как 14-нм Broadwell довольствуется 82 мм2. При этом Haswell насчитывает около 1 миллиарда транзисторов, а Broadwell — порядка 1,3 миллиарда.
Производительность на ватт Intel считает самым важным параметром своих чипов. Последние несколько лет эта величина возрастает примерно в 1,6 раза при переходе на каждый новый техпроцесс, но при переезде на 14 нм она увеличилась сразу в 2 раза. Intel называет это самой лучшей оптимизацией за всю свою историю — неудивительно, что на такой серьёзный прорыв потребовалось больше времени, чем обычно.
Площадь одного логического элемента при переходе между техпроцессами уменьшается примерно в 2 раза. У остальных производителей чипов (для примера на слайдах приводятся IBM и TSMC) дела до недавнего времени в целом обстояли так же, однако они умудрялись удерживать абсолютное значение площади логического элемента на более низком уровне — пускай и с отставанием от Intel на два года. Сейчас в Intel уверены, что держать те же темпы и дальше конкуренты не смогут: тогда как Intel представляет уже второе, оптимизированное (в том числе в плане площади) поколение трёхмерных транзисторов FinFET, остальные только-только начинают на них переходить — и это должно стать сдерживающим фактором в их развитии. По крайней мере, к такому суждению сотрудники Intel пришли на основании публикаций конкурентов.
В то время как производительность каждого транзистора растёт, его удельная стоимость падает. Это логично: площадь транзистора от поколения к поколению уменьшается быстро, стоимость квадратного миллиметра чипа из-за усложнения технологии растёт, но медленнее. Соответственно, средняя цена транзистора снижается. Это позволит сохранить цены на процессоры примерно на прежнем уровне — при росте количества транзисторов в них. И пусть даже в случае 14-нм техпроцесса цена квадратного миллиметра поднялась ощутимо, плотность их размещения выросла ещё больше.
