המעבר ל-65 ננומטר: למה למזער?

בכתבה הקודמת: מעבדים מרובי ליבה - טובים השניים מן האחד

בנובמבר האחרון הציגה אינטל לראשונה בפני עיתונאים בניו-יורק, גירסה מוקדמת של המעבד יונה. יונה, הדור השלישי של פנטיום M (אחרי בניאס ודותן), יהיה הראשון להציג את השילוב הטכנולוגי שישלוט במעבדי אינטל עד סוף 2007: שתי ליבות (Dual Core) עם מטמון משותף, וייצור ב-65 ננומטר.

רוב מעבדי אינטל מיוצרים היום בליתוגרפיה של 90 ננומטר, טכנולוגיית הייצור הפחות מוצלחת של אינטל בשנים האחרונות. עם תחילת השיווק של פרסקוט, גירסת ה-90 ננומטר של פנטיום 4, התברר שהמעבדים האלה מתחממים הרבה יותר מקודמיהם, שיוצרו בתהליך 130 ננומטר. תיאורטית, זה לא היה אמור כלל לקרות, אבל המציאות כפתה על אינטל שינויים בתיאוריה וגם בטכנולוגיית הייצור.

במהלך כל העשור האחרון הכללים שהנחו את התפתחות תהליך הייצור של אינטל היו ברורים: מעגל קטן יותר אומר מעבד קטן יותר שצורך פחות חשמל ומגיע למהירויות גבוהות יותר.

צמצום צריכת החשמל

הקטנת רוחב המעגל מקטינה את ההתנגדות לזרם החשמלי. כתוצאה מכך, מתאפשרת הולכה באמצעות מתח נמוך יותר, וצריכת החשמל של המעבד מצטמצמת, כמו גם החום שהוא פולט. לחילופין, ניתן להזרים יותר חשמל ולהאיץ את מהירות השעון, בלי פריצה של מעטפת הטמפרטורה וההספק המקורית. במילים אחרות: מזעור הליתוגרפיה מאפשר להאיץ את המעבד בלי שיתחמם יותר מדי או יצרוך יותר חשמל.

הקטנת רוחב המעגל גם מקטינה בהכרח את פרוסת הסיליקון עליה המעבד מודפס. במעבר לטכנולוגיית ייצור חדשה, קטנה פרוסת הסיליקון בריבוע היחס בין רוחב המעגל הקודם לרוחב המעגל החדש. למשל, המעבר מתהליך הייצור ב-130 ננומטר לתהליך 90 ננומטר, תהליך קטן ב-31 אחוז, הקטין את שטח פרוסת הסיליקון לפחות מחצי (0.69 בריבוע הם 0.48).

הקטנת פרוסת הסיליקון מאפשרת לייצר בבת אחת מספר גדול יותר של מעבדים, ומקטינה את השיעור הממוצע של מעבדים פגומים, לכן בטווח הארוך היא מוזילה את העלות השולית של הייצור.

בקיצור: מזעור הליתוגרפיה מקטין את המעבד, מוזיל אותו, מאיץ אותו, ועושה אותו חסכוני יותר. כך זה היה לאורך השנים, עד וכולל המעבר ל-130 ננומטר. אבל המעבר ל-90 ננומטר קטע את השרשרת. אינטל התוודעה לכשל שמכונה היום "דליפת זרם" ("Voltage Leakage"), שמחייב הזרמה של יותר חשמל כדי לקבל אותה הולכה.

התוצאה: המעבד מתחמם יותר וחסכוני פחות. למרות השיפורים שהסבה לטכנולוגיית הייצור הזו, אינטל נאלצה בסופו של דבר לזנוח את כוונה להאיץ את פנטיום 4 ל-4GHz ויותר. עלות הפתרון לבעיית ההתחממות הייתה גבוהה מדי.

65 ננומטר: פתרון טוב יותר

אינטל אינה יצרנית השבבים היחידה שמפתחת תהליך 65 ננומטר. ל-Texas Instruments, טושיבה וסמסונג יש תהליכים דומים, וגם AMD שותפה בפרוייקט 65 ננומטר עם IBM.

אבל ככל שניתן לקבוע, אינטל מקדימה בשלב זה את המתחרות, כולל AMD. השלב הראשון בפרוייקט ה-65 ננומטר שלה הסתיים באמצע 2003, ובקיץ 2004 היא הציגה גירסה שנייה של רכיב SRAM ב-65 ננומטר. את יונה, בגירסה מוקדמת, היא הציגה בנובמבר 2004, ובמרץ השנה בביקורו בארץ, אמר הנשיא היוצא של אינטל קרייג בארט "אני מרגיש הרבה יותר בטוח לגבי תהליך ה-65 ננומטר היום, מאשר הרגשתי לגבי תהליך ה-90 ננומטר לפני שנתיים".

רשמית, המעבר ל-65 ננומטר יתחיל לקראת סוף 2005 או בתחילת 2006, עם הצגת הגירסה הראשונה של יונה. פחות או יותר שנתיים אחרי המעבר ל-90 ננומטר וכשנתיים לפני המעבר לתהליך הבא, ב-45 ננומטר.

תהליך הייצור ב-65 ננומטר של IBM ו-AMD הולך בצעדיה של אינטל. לקראת סוף 2004 הודיעו השתיים כי הן יישמו פתרון של "סיליקון מתוח" (Strained Silicon), בדומה לזה שאינטל יישמה במעבדי פנטיום M. השתיים הבטיחו שיפור ביצועים של כ-25 אחוזים כתוצאה מהשימוש בפתרון הזה. אינטל מצדה, הכריזה עוד קודם על שיפור בתהליך ה-65 ננומטר גם בהיבט הזה, והיא טוענת שהוא יאיץ את הביצועים בכ-30 אחוז.

גם AMD הציגה כבר רכיבי SRAM ב-65 ננומטר, וגם היא תזמנה את המעבר לטכנולוגיית הייצור הזו לשנה הבאה. לאחרונה היא אף הכריזה שהמפעל החדש שהיא מקימה בגרמניה (Fab 36) נמצא בשלבי בדיקה אחרונים.אבל המועד המדוייק עוד לא ידוע וההערכות מדברות על אמצע השנה, כמה חודשים אחרי אינטל.

אם AMD תצליח להציג תהליך ייצור עדיף על זה של אינטל, כפי שהיה בדור ה-90 ננומטר, הוא עשוי לעזור לה לשחזר את ההצלחה של 2004 ולהגדיל את נתח השוק שלה באחוזים נוספים. באינטל, מכל מקום, נראים בטוחים שהפעם זה לא יקרה.