Analiza konstrukcji Panther Lake ujawnia szczegółowe informacje na temat układu Intel 18A — firma TSMC nadal przoduje pod względem gęstości upakowania

Firma SemiAnalysis przeprowadziła dogłębną analizę procesora Intel Core Ultra 7 365 (Panther Lake), przedstawiając pierwszą niezależną ocenę budowy tych układów oraz najbardziej zaawansowanej jak dotąd technologii produkcji półprzewodników stosowanej przez firmę Intel. Analiza koncentruje się na procesie technologicznym 18A firmy Intel, w tym na nowej konstrukcji tranzystorów oraz systemie zasilania od tylnej strony — dwóch technologiach, które firma uznaje za kluczowe dla swojego powrotu na rynek produkcji.

Kluczowym wnioskiem jest to, że firmie Intel udało się z powodzeniem wdrożyć obie technologie w rzeczywistym układzie przeznaczonym dla konsumentów. Jednak analiza konstrukcyjna sugeruje również, że proces 18A jest mniej więcej na równi z procesem N3E firmy TSMC pod względem gęstości logicznej. Nazw „18A” i „N3E” nie należy jednak interpretować jako dosłownych wymiarów fizycznych wynoszących odpowiednio 1,8 i 3 nm: są to oznaczenia węzłów technologicznych, a nie bezpośrednio porównywalne pomiary.

Panther Lake to pierwszy procesor firmy Intel przeznaczony dla konsumentów, w którym zastosowano tranzystory RibbonFET – opracowaną przez tę firmę wersję technologii gate-all-around (GAA). Zamiast przepuszczać prąd przez wąskie pionowe „żebra” stosowane w starszych konstrukcjach FinFET, technologia RibbonFET wykorzystuje cztery ułożone w stos poziome warstwy krzemu. Bramka tranzystora otacza każdą z tych warstw, zapewniając firmie Intel ściślejszą kontrolę nad prądem elektrycznym przepływającym przez tranzystor oraz przyczyniając się do ograniczenia upływu prądu.

Kolejną istotną zmianą jest PowerVia, czyli wdrożona przez firmę Intel technologia zasilania od tylnej strony układu. W konwencjonalnym procesorze sygnały zasilania i danych przepływają przez metalowe warstwy przewodzące znajdujące się nad tranzystorami. Technologia PowerVia przenosi znaczną część sieci zasilającej na drugą stronę układu, pod warstwę tranzystorów. Uwalnia to przednią stronę układu dla przewodów sygnałowych i umożliwia tworzenie krótszych, szerszych ścieżek zasilających, co potencjalnie zmniejsza opór elektryczny i poprawia stabilność napięcia w najbardziej wymagających blokach układu.

Jednym z najciekawszych wniosków płynących z analizy konstrukcyjnej jest gęstość tranzystorów, co pozwala spojrzeć z większym dystansem na pozycję konkurencyjną procesu 18A. Firma SemiAnalysis dokonała pomiarów logiki obliczeniowej Panther Lake w procesie 18A i stwierdziła, że charakteryzuje się ona mniej więcej taką samą gęstością jak logika procesora graficznego (GPU) wytwarzana w procesie N3E firmy TSMC. Jest to znaczący wynik dla firmy Intel, która w ostatnich latach pozostawała w tyle za największymi producentami chipów na zlecenie pod względem zaawansowanych procesów produkcyjnych. Jednak firma SemiAnalysis twierdzi, że proces 18A nie przewyższa pod względem maksymalnej gęstości nowszych węzłów TSMC – N3P i N2 – ani węzła SF2 firmy Samsung.

Ma to znaczenie, ponieważ gęstość tranzystorów pozostaje jednym z najwyraźniejszych wskaźników potencjalnych korzyści w zakresie kosztów i skalowalności danego węzła produkcyjnego. Podejście firmy Intel może nadal przynosić korzyści w zakresie zasilania, elastyczności trasowania i wydajności, ale nie przekłada się to automatycznie na uzyskanie możliwie najmniejszej powierzchni układu logicznego.

Analiza pokazuje również, w jaki sposób firma Intel wykorzystuje chiplety i zaawansowane rozwiązania w zakresie pakowania, aby połączyć różne technologie procesowe w jednym produkcie. Procesor łączy oddzielne moduły obliczeniowe, GPU oraz moduły wejścia/wyjścia na pasywnej podstawie krzemowej przy użyciu technologii pakowania Foveros-S. Moduł obliczeniowy jest wykonany w procesie Intel 18A, natomiast moduł GPU występuje w dwóch wersjach: czterordzeniowym module Xe3 produkowanym w procesie Intel 3 oraz większej, 12-rdzeniowej wersji wytwarzanej przez firmę TSMC w procesie N3E. Moduły wejścia/wyjścia są również produkowane przez firmę TSMC przy użyciu jej starszego procesu N6.

Firma SemiAnalysis wykryła również znaczące zmiany wewnątrz modułu obliczeniowego. Analiza konstrukcyjna wskazuje, że architektura procesora Panther Lake stanowi raczej ewolucję niż całkowicie nową konstrukcję. Jego rdzeń wydajnościowy Cougar Cove ma powierzchnię zbliżoną do rdzenia Lion Cove stosowanego w procesorach poprzedniej generacji Lunar Lake, mimo że pojemność pamięci podręcznej L2 wzrosła z 2,5 MB do 3 MB na rdzeń. SemiAnalysis szacuje, że w rdzeniu Cougar Cove o podobnej powierzchni zmieściło się o 20% więcej pamięci podręcznej L2. Tymczasem czterordzeniowy klaster rdzeni E typu Darkmont LP jest o około 5% mniejszy od swojego poprzednika.

Analiza konstrukcyjna wskazuje również na przeprojektowanie akceleratora sztucznej inteligencji firmy Intel pod kątem wydajności. Mówi się, że NPU 5 w Panther Lake zajmuje o 36,9% mniej powierzchni niż NPU 4 w Lunar Lake, zachowując jednocześnie tę samą ogólną liczbę operacji MAC w formacie INT8. Firma Intel skonsolidowała przetwarzanie w mniejszej liczbie większych silników obliczeniowych sieci neuronowych oraz zmniejszyła liczbę pamięci tymczasowych i procesorów DSP SHAVE z 12 do sześciu. NPU 5 oferuje również natywną obsługę formatu FP8 – formatu danych o niższej precyzji, coraz częściej wykorzystywanego w wnioskowaniu opartym na sztucznej inteligencji.

Kolejnym interesującym porównaniem jest procesor graficzny (GPU). Rdzeń Xe3 w bloku GT1 opartym na procesie Intel 3 jest o około 55% większy niż rdzeń w 12-rdzeniowym bloku GT2 opartym na procesie N3E. Mówiąc prościej, Intel może wyprodukować ten procesor graficzny przy użyciu własnego procesu technologicznego, ale proces N3E firmy TSMC pozwala Intelowi zmieścić znacznie więcej układów graficznych na tej samej powierzchni krzemu.

Raport SemiAnalysis nie przedstawia Panther Lake jako dowodu na to, że Intel odzyskał już zdecydowaną przewagę w zakresie procesu technologicznego. Pokazuje natomiast firmę, która osiągnęła coś ważnego z technicznego punktu widzenia: wprowadziła nowe metody produkcji tranzystorów i zasilania do komercyjnego układu komputerowego. Jednak proces 18A musi jeszcze udowodnić, że może zapewnić firmie Intel trwałą przewagę nad TSMC pod względem wydajności, efektywności i kosztów produkcji.