В Intel не дотерпели до IDF, обнародовав новые подробности о проекте Penryn несколькими неделями ранее
Запланированный на вторую половину этого года дебют процессоров Penryn, выполненных по технологии 45 нм, не стал откровением пекинского форума IDF, но все же не мог не оказаться в центре внимания в ходе форума. Сделав достоянием гласности новые подробности о Penryn за несколько недель до форума, в Пекине представители Intel еще раз повторили сказанное ранее об особенностях микроархитектуры и технологического процесса изготовления новых процессоров. Микроархитектуру Penryn в Санта-Кларе уже давно окрестили производной от нынешней Intel Core, дебютировавшей в прошлом году, а потому гораздо больший интерес с этой точки зрения вызывает не Penryn, а проект по разработке процессоров следующего за Penryn поколения, известный под кодовым именем Nehalem. Тем не менее и в случае с Penryn разработчики ухитрились удивить даже видавших виды специалистов, например, тем, что в этих процессорах появится новый блок деления, способный обрабатывать четыре бита за такт вместо прежних двух.
Реализуемый в Penryn очередной, уже четвертый по счету, набор расширений Streaming SIMD Extension (SSE) будет включать 47 новых инструкций, а механизм под названием Super Shuffle Engine, выполняющий за один цикл 128-разрядную операцию, обеспечит ускоренное прохождение подготовительных работ, требующихся SSE-операциям форматирования данных. Объем кэш-памяти второго уровня у Penryn будет доходить до 12 Мбайт (для четырехъядерных процессоров), а технология Enhanced Dynamic Acceleration Technology (EADT) позволит отключать одно из ядер двухъядерного мобильного процессора при работе с однопоточными приложениями, одновременно поднимая тактовую частоту второго ядра и тем самым увеличивая производтельность. (Аналогичный механизм имеется также у процессоров на ядре Merom для платформы Santa Rosa, и пока не ясно, перекочует ли он со временем и в процессоры для настольных систем.)
Еще одним новшеством, реализованным в мобильных процессорах Penryn, станет технология Deep Power Down, предусматривающая возможность перевода простаивающего процессора в такой режим энергосбережения (C6), при котором отключается питание кэш-памяти обоих уровней и, как следствие, энергопотребление становится еще ниже (при этом, естественно, увеличивается и время «пробуждения» процессора).
Во второй половине 2008 года у Intel будет уже четыре завода по обработке 300-миллиметровых подложек, выпускающих продукты по 45-нанометровой технологии с применением металлических затворов (двух разных видов, для транзисторов NMOS и PMOS) и материала с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) на основе гафния в качестве диэлектрика затвора вместо привычного диоксида кремния. Новые материалы, как утверждают в Intel, позволяют увеличить рабочий ток транзистора на 20% (что позволяет уменьшить время переключения) либо снизить утечки в канале в пять с лишним раз. Кроме того, за счет применения материала на основе гафния удается уменьшить утечки через диэлектрик затвора более чем в десять раз.
До конца нынешнего года новый технологический процесс планируется внедрить на заводе в Хиллсборо и на новом предприятии в Чандлере, в первой половине следующего года — на еще одном новом заводе в Кирьят-Гате на юге Израиля, во второй — на фабрике в Рио-Ранчо, которая была первым предприятием корпорации, освоившим массовый выпуск микросхем с использованием 300-миллиметровых подложек.
Неукоснительно следуя закону Мура, в Intel продолжают осваивать новые технологические нормы изготовления процессоров каждые два года. Примечательно, что о металлических затворах и материале high-k применительно к 2007 году и технологии 45 нм в корпорации говорили еще в 2003 году, предваряя выпуск 90-нанометровых процессоров Prescott. Применение гафния тогда оставалось в секрете. В индустрии же упорно циркулировали слухи о том, что в Intel собираются начать использовать цирконий, относящийся к той же группе переходных металлов, что и гафний, и располагающийся над ним в таблице Менделеева; в Intel от комментариев отказывались.
В ходе пекинского форума Марк Бор, занимающий должность директора по организации и интеграции производственных процессов в подразделении Intel Technology and Manufacturing Group, вновь подтвердил заинтересованность корпорации в переходе на использование 450-миллиметровых подложек в 2011-2012 годах. Однако, вопреки распространенному мнению, в Санта-Кларе вовсе не собираются форсировать этот переход, не считаясь ни с кем другим в полупроводниковой индустрии. Напротив, по словам Бора, в Intel вполне отдают себе отчет в том, что переход на подложки большего диаметра должен осуществляться в масштабах всей индустрии, и намерены налаживать диалог не только с поставщиками производственного оборудования и подложек, но и с отраслевыми консорциумами и ассоциациями в поиске партнеров, готовых поддержать планы корпорации.
На заявления Бора незамедлительно отреагировали на Тайване: по словам представителей компании TSMC, лидер мирового рынка контрактного производства микросхем уже сформировал команду специалистов, которой поручено оценить осуществимость проекта по сооружению завода для обработки 450-миллиметровых подложек. Вместе с тем, как отметили в TSMC, говорить о каких-либо результатах работы этой команды и даже ориентировочных сроках начала строительства такого завода пока преждевременно.
При внедрении технологических процессов 45 нм и — начиная с 2009 года — 32 нм в Intel, как было заявлено в Пекине, будут по-прежнему использовать литографическое оборудование с длиной волны 193 нм. При этом, по словам Бора, при выпуске микросхем с нормой проектирования 32 нм для улучшения разрешающей способности будет применяться техника иммерсионной литографии — с заполнением водой пространства между оконечной линзой и поверхностью подложки. Здесь уместно вспомнить, что компания AMD, главный и, по сути, единственный конкурент Intel на рынке процессоров, в декабре объявила о своем намерении начать использовать иммерсионную литографию уже при выпуске процессоров по технологии 45 нм в 2008 году.
Как отметил Бор, в Intel продолжают изучать возможности применения литографического оборудования с длиной волны 193 нм и после выхода на рубеж 32 нм, одновременно «готовя почву» для внедрения в производственный процесс оборудования для фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV) с длиной волны 13 нм. Ранее, кстати, предполагалось, что переход на EUV-фотолитографию будет необходим уже для техпроцесса 45 нм.
Технологию «кремний на изоляторе» (Silicon Оn Insulator, SOI), которую в AMD применяют уже несколько лет (с тех пор, как компания заключила соглашение о стратегическом партнерстве с IBM), в Intel по-прежнему считают экономически неэффективным методом борьбы с утечками. Судя по всему, в Санта-Кларе пока не очень обеспокоены тем, что в сочетании с технологией Z-RAM (Zero-Capacitor DRAM) компании Innovative Silicon (многие прочат этому типу памяти заменить DRAM и SRAM в традиционных для них сферах применения, включая кэш-память) SOI-подложки могут стать значительно привлекательнее для производителей микросхем, в том числе с экономической точки зрения. Ячейка памяти Z-RAM может быть построена с использованием лишь одного транзистора, тогда как в случае со SRAM их обычно требуется шесть. Лицензия на Z-RAM, кстати, у AMD уже имеется.
Впрочем, полностью технологию SOI в Intel, по словам Бора, не отвергают. В корпорации не исключают возможности ее применения в будущем — вместе с технологией трехзатворных (tri-gate) транзисторов, в которых затворы «обернуты» вокруг трех сторон канала.
Знакомьтесь: гафний
Гафний (от позднелатинского Hafnia — Копенгаген, где он был открыт в 1923 году венгром Дьердем Хевеши и голландцем Дирком Костером), который в Intel теперь будут использовать в качестве основы для материала диэлектрика затвора, относится к группе переходных металлов и является аналогом циркония. Собственных минералов у гафния нет, его обычно получают путем переработки циркониевых руд, в которых двуокись гафния содержится в виде примеси (как правило, не более 1-2%). Основными промышленными источниками циркония и гафния являются минералы циркон и бадделеит.
В земной коре гафния значительно меньше, чем циркония, но больше, чем, например, золота, олова и серебра. Согласно данным Американского геологоразведочного агентства, мировые запасы гафния составляют около 1,1 млн. тонн (в пересчете на диоксид гафния), из которых свыше половины приходится на Австралию, немногим более четверти на Южную Африку и по 8-9% на Бразилию и США.
Между тем, согласно энциклопедии «Кругосвет», в СССР было сосредоточено около 13% разведанных общемировых запасов гафния. Из месторождений циркона на территории бывших союзных республик наиболее известны украинские, особенно Малышевское в Днепропетровской области. В ряде источников упоминаются также месторождения в Западной Сибири, Приморье, на Урале и в Казахстане. Единственной страной в мире, добывающей бадделеит (в количествах, намного меньших по сравнению с мировым производством циркона), по состоянию на прошлый год оставалась Россия, разрабатывающая Ковдорское месторождение на Кольском полуострове.
Гафний выпускают в виде порошка, губки, прутков, слитков, проволоки, листа, трубок, фольги и т. д. Ежегодный общемировой объем выработки оценивается экспертами в 100-120 тонн. Из отраслей промышленности главным потребителем гафния (по некоторым оценкам — до 90%) является ядерная энергетика (регулирующие стержни реакторов, экраны для защиты от нейтронного излучения и т. д.). Более половины общемирового объема потребления гафния сосредоточено в США. Килограмм необработанного гафния в США в конце прошлого года стоил 187 долл. — цена впервые упала после нескольких лет роста. Примечательно, что цены на циркон на американском рынке, как внутреннего производства, так и импортируемый, напротив, достигли рекордных отметок — соответственно 710 и 802 долл. за тонну.