Intelの反撃

10年以上の支配の後、Intelはその主要な競争相手であるAMDに道を譲りました。 Jeremy Lairdは、Intelが間違った道を進んだ場所と、敵にどのように反応するかを理解しようとしました。



では、Intelはどうなったのでしょうか。プロセッサとマイクロ回路の製造におけるかつては議論の余地のなかったリーダーは、現在、ほとんどすべての可能な指標においてライバルより劣っています。 AMD CPUはより洗練されており、TSMC生産技術はより効率的でした。 Intelは完全に道に迷ったようです。



メーカーが何十年にもわたって絶対的なリーダーであったモバイルPC市場でさえ、IntelプロセッサはAMDの新しいRenoirハイブリッドに取って代わられました。



事態は非常に悪いため、Appleはメーカーとの関係を断ち切り、独自のARMベースのチップの生産を開始する計画を発表しました。さらに悪いことに、Intel自体が、最初のカスタムグラフィックカードを含む特定の製品を将来リリースするためにTSMCとのパートナーシップを検討しているという噂があります。本質的に、これは企業にとって完全な屈辱となる可能性があります。



それともこれは単なる推測ですか？すべての困難にもかかわらず、Intelの収益は昨年過去最高の720億ドルに達しました。実際、メーカーの最大の問題は、いわゆるハイパースケールデータセンターからの需要のダイナミクスに追いついていないことです。これらは、Amazon、Microsoft、Google、Facebookなど、Xeonプロセッサが十分に不足している企業です。一方、IntelがチップとCPUマイクロアーキテクチャの生産に関して以前の轍にすぐに戻ると信じる十分な理由があります。



Intelの問題と不幸を簡単に説明するにはどうすればよいですか？「10ナノメートル」と私は言います。そして、それはチップ技術の失敗だけではありません-そのような議論は、何十年にもわたってその栄光に支えられてきたマイクロアーキテクチャ製造会社を支持して行うことができます。しかし、10ナノメートル！これは惨事です。



この「10ナノメートル」という用語は、コンピューターチップの製造に使用されるプロセスまたはアセンブリを指します。10nmは、理論上、チップ内の最小コンポーネントのサイズです。ただし、実際には、プロセス名と、デスクトッププロセッサ内のトランジスタゲートなどのコンポーネントの実際のサイズは、最近関連しなくなりました。そして、おそらく、実際には10nmのサイズのコンポーネントはIntelプロセッサ内にはありません。



コンポーネントのサイズとアセンブリの説明の間に直接的な関係がないことは、競合するメーカーのワークフローを比較する場合にさらに問題になります。しかし、それについては後で詳しく説明します。そして今、私たちはインテルの10nmプロセス技術とその欠点に興味を持っています。当初は2015年にロールバックされる予定でした。現在は2020年後半ですが、10nmチップを搭載した製品の範囲は狭いです。上記の技術的プロセスに基づいて構築されたデスクトップPCまたはサーバーCPUを購入することはできません。ラップトップおよびタブレット用のモバイルプロセッサのみが10nmテクノロジに切り替えられ、次に低消費電力および超低消費電力のモバイルプロセッサのみが切り替えられました。残りは14nmに更新されました。



これらの事実は、インテル自体が採用した基準であるムーアの法則を考慮に入れる必要があります。したがって、チップ設計者が近年直面している物理法則の抵抗を考慮する必要があります。ただし、個々のトランジスタが少数の原子のサイズに達し、トンネリングなどの不思議な量子効果を受けると、半導体製造でさらに大きな困難が生じる可能性があります。しかし、それはまったく別の話です。



おそらく、Intelの問題はすべて、過度の野心、特定の生産技術の陳腐化、おそらく自己満足と投資の欠如に帰着します。



Intelの最高経営責任者であるBobSwanによると、Intelの10nmの問題は、「過去に行ったことの派生物のようなものです。それから私たちは何があっても勝とうとしました。そして、特に困難な時期には、さらに野心的な目標を設定しました。そして、それが私たちがそれらを達成するのにより多くの時間を要した理由です。」

マイクロサーキットからの高い期待

10nmテクノロジーノードの場合、この野心的な目標は、トランジスタ密度の2.7倍の増加につながります。言い換えると、10nmノードには、14nmノードの2.7倍の単位ダイ面積あたりのトランジスタが含まれています。より具体的には、14nmプロセッサには1平方ミリメートルあたり3,750万個のトランジスタが含まれ、10nm結晶の1平方ミリメートルには1億個のトランジスタが含まれます。トランジスタ密度の劇的な増加により、10nmテクノロジーは他のプロセステクノロジーよりもはるかに野心的なものになっています。



密度の2.5倍の増加と22nmから14nmテクノロジーへの移行は印象的でしたが、32nmから22nmへの移行は密度の2.1倍の増加を表し、45nmから32nmへの移行は2倍の増加を表しました。 3回。これらの変更を理解すると、Intelと競合ノードの違いを説明するのに役立ちます。たとえば、Intelの10nmテクノロジは、1平方ミリメートルあたり1億80万個のトランジスタの密度を意味します。この数値は、TSMCの9,650万個のトランジスタよりもわずかに高くなっています（後のTSMCは、7nmプロセス技術の改善のために1平方ミリメートルあたり1億1,390万個のトランジスタを発表しました）。 Samsungの3つの7nmノードもすべて1億マークを下回っています。



これは、Intelの10nmテクノロジーが非常に野心的だったためです。そのため、2017年に、同社は密度の増加に注目を集めるために「HyperScaling」ラベルを追加しました。後から考えると、期待が高すぎたと言えます。これは、Intelが現在の遠UV（DUV）リソグラフィに基づいてエンドノードを作成したためです。一言で言えば、マイクロサーキットのコンポーネントのサイズは、リソグラフィプロセスで使用される光の波長によって決定されます。これらのプロセスはシリコン基板の表面にコンポーネントを刻印し、PCプロセッサはシリコンウェーハから切り出されます。



これは直接的な関係ではありません。コンポーネントのサイズを実際の光の波長よりも小さくする乗数として実際に使用されるマスクなど、さまざまな手法や補助オプションも影響を与える可能性があります。



DUVチップ製造装置は、193nmの波長のUV光を使用します。ただし、特定の波長でのトランジスタの密度には制限があります。 Intelはこの制限を超えました。



その結果、製品のリリースが5年遅れて恥ずべきことになります。これは、Intelのボリュームダイナミクスとムーアの法則の観点からは永遠です。今でも、10nmプロセスが本来あるべき姿ではないという兆候があります。そのため、新しい第10世代のモバイルプロセッサであるIce Lakeは、以前の14nmよりも低速で加速します。最速の10nmIceLakeプロセッサであるCorei7-1065G7は、3.9GHzで最高速度に達しますが、第8世代Corei7-8665Uはなんと900MHz高速です。それは大変なことです。つまり、製造プロセスで問題が発生しているということです。



10nmプロセスがIntelの期待を下回ったことの別の証拠は、低電力の第10世代プロセッサの双子化です。現在のIceLake CPUに加えて、新しいComet Lakeファミリーがリリースされており、どちらも第10世代に分類されています。



Ice Lakeと同様に、CometLakeモバイルプロセッサには低電力および超低電力の形式があります。



ただし、Ice Lakeとは異なり、Comet Lakeは10nmではなく14nmを使用し、最大クロック速度4.9GHzで6コアモデルに拡張されます。



その結果、Intel第10世代のロゴが付いたプロセッサを搭載したラップトップをすでに購入できますが、箱の中身は宣言されているものと異なる場合があります。プロセッサが2コアまたは4コアの場合、低電力または超低電力にすることができます。また、10ナノメートルまたは14ナノメートル。これは、2015年のスカイレイクマイクロアーキテクチャまたは完全に新しいサニーコーブに基づいている可能性があり、アイスレイクと見なすこともできます。

マイクロアーキテクチャの問題

Sunny Coveについて言及すると、当然、Intelのもう1つの大きな失敗であるマイクロアーキテクチャが発生します。昨年末にウルトラポータブルラップトップ用の10nmIce Lakeチップがリリースされるまで、デスクトップ、ラップトップ、サーバー用の膨大な数のプロセッサは、2014年にデビューした14nmプロセス技術と、2015年に登場したSkylakeアーキテクチャに基づいていました。どちらも何千回も支配されてきましたが、アップデートに大きな変更はありません。



さらに、2008年にNehalemマイクロアーキテクチャが導入されて以来、Intelは一般的なPCモデルに対して4つのプロセッサコアしか提供できませんでした。これは、Skylakeの進化版であるCoffee Lakeマイクロアーキテクチャの2017年のリリースまで続き、その後6コアに増加しました。ほぼ10年間、Intelは主流の製品モデルのコア数を増やしていません。



Intelは、14nmCPUファミリに属する​​Skylakeの再構築であるCometLakeのリリースにより、2年半弱で、人気のあるデスクトッププロセッサの水準を10コアに引き上げました。 10年間シフトはなく、その後短期間で2.5倍の増加が見られました。長い停滞の後、核の数がこのように急激に増加したのはなぜでしょうか。この理由は、AMDおよびRyzenプロセッサからのZenアーキテクチャの出現であり、その第1世代は2017年にリリースされました。簡単に言えば、Intelは競合他社を獲得するまで怠惰でした。

もちろん、10コアであっても、IntelはAMDに大きく遅れをとっています。AMDは現在、第3世代Ryzenプロセッサを搭載した人気のあるPCで16コアを提供しています。それらの利点は、TSMCの7nmプロセス技術に基づいているという事実にもあります。



モバイルセグメントでは、Intelはこれ以上優れていません。AMDの7nmRenoir APUの新しいラインには、15ワットのZen2コアが8つあります。Intelは、競合他社として6コアのComet Lake Core-i710810Uしか製造できませんでした。クロック速度がわずか1.1GHzのプロセッサです。15ワットのRyzen7 4800Uには、8つのコアが搭載されており、1.8GHzでクロックが供給されます。お世辞の比較ではありません。

未来への展望

これが検察のバージョンです。過去数年間は、Intelにとって技術的に有益ではありませんでした。同社のCFOであるGeorgeDavis氏は、10nmフロップについて次のように述べています。 14nmプロセス技術よりも効率が低く、22nmプロセス技術よりも効率が低くなります。」しかし、インテルの現在の困難の結果は本当に悲惨なものですか？



財政的な観点から、この質問は明確に答えることができます-いいえ。実際、現状はそれほど悪くないだけでなく、全く問題ありません。 Intelの収益は2019年に過去最高を記録しました。 2018年半ば以降、技術の停滞による売上高の落ち込みはなく、メーカー自体が14nmプロセッサーの需要に対応するのに苦労しています。



さらに深く掘り下げると、問題の少なくとも一部はプロセスにあるという結論に達することができます。 Intelサーバープロセッサのコア数は、14nm時代の到来とともに急増しました。 Intelは現在、単一のプロセッサダイで最大28個のコアを提供しています。これは、同じプロセスでコアが多いほど、1つの半導体ウェーハから抽出できるプロセッサが少なくなることを意味します。これにより、供給が制限される可能性があります。



しかし、何と言っても、Intelは経済的な問題を経験しておらず、この状況が、製造業者が製品と技術に関して競合他社にまともな答えを与えることができる主な理由です。



そして、この効果はすでに目に見えています。 Ice Lakeプロセッサには、SunnyCoveと呼ばれる新しいマイクロアーキテクチャがあります。 Skylakeマイクロアーキテクチャの改良版であるCoffeeLakeに比べて、クロックあたりのパフォーマンスが18％向上します。



そして、これはほんの始まりに過ぎません。 Intelのマイクロアーキテクチャの復活の決定的な要因は、マイクロプロセッサ開発チームを率いたジムケラーがチームに加わったことでした。

彼はこのポストを6か月で辞める予定ですが、会社の発展に貢献できることを過小評価することはできません。ケラーは、最も尊敬されているとは言わないまでも、最も尊敬されているマイクロプロセッサアーキテクトの1人です。



これは、コード名がAthlon 64であるK8プロセッサのマイクロアーキテクチャの開発で有名になり、AMDがIntelと競合する最初のチップとなりました。その後、ケラーはAppleで働き、独自に製造した一連のARMベースのプロセッサを設計しました。これは、後にスマートフォンおよびタブレット市場で主導的な地位を占めました。 2012年、ケラーはAMDに戻り、Zenマイクロアーキテクチャの開発を主導し、再びAMDにIntelと戦うためのツールを提供しました。テスラの電気自動車開発チームの責任者としての短い任期の後、ケラーは2018年4月にインテルの上級副社長に就任しました。

プロセッサのマイクロアーキテクチャの設計とコンセプトから製品販売の開始までの時間の経過を考えると、IceLakeプロセッサ内の新しいSunnyCoveコアがKellerの作業である可能性はほとんどありません。サニーコーブに続くウィローコーブアーキテクチャについても同じことが言えます。これは、14 nmのバックポートされたプロセッサのファミリ、つまり、新しいマイクロアーキテクチャの「古い」技術プロセスであるロケットレイクプロセッサへの「逆転送」を使用して、今年の終わりにリリースされる予定です。



ゴールデンコーブのマイクロアーキテクチャはさらに大きな一歩を踏み出し、来年後半に計画されているアルダーレイクプロセッサーの基礎を築くでしょう。しかし、ゴールデンコーブでさえ、ケラーの完全な創造物とは見なされません。これを行うには、2022年または2023年にオーシャンコーブが出るまで待つ必要がありますが、ケラーの差し迫った出発は、プロジェクトへの彼の影響がいくらか制限される可能性があることを意味します。



オーシャンコーブに関する公式情報はまだありません。最近、このマイクロアーキテクチャのパフォーマンスがスカイレイクより80％高くなるという噂があります。これらは単なる噂ですが、ケラーには卓越した実績があり、インテルには何年も前の計画をはるかに超える野心的な戦略計画があることは確かです。ケラーが言ったように、「トランジスタの数を50倍に増やし、各スタックを最大限に活用するためにあらゆることを行う予定です。」



同時に、問題のある10nmプロセッサに続く7nm CPUは、前のプロセッサと同じ制約に直面することはありません。 7 nmプロセッサの製造には、最大13.5 nmの波長の極限紫外線範囲（EUV）のリソグラフィーが使用されます。言い換えれば、7nmプロセス技術は劇的に変化しました。時間はわかりますが、今では、Intelの予測は楽観的すぎると断言できます。

Intelは、7nmから5nm以降への移行を加速することを計画しています。これは、たとえ研究開発への投資が必要な場合でも、メーカーが現在の高価な技術ではなく、積極的に新しい技術を開発することを意味します。さらに、EUVリソグラフィーの関与により、Intelは、2021年末の7 nmプロセス技術から始まり、2029年の1.4 nm技術のリリースに至るまで、2年に1回、以前の生産速度に戻ることを期待しています。 「EUVは、ムーアの法則トランジスタが増加しているペースに戻るのに役立つと思います」とデービス氏は述べています。



これらすべてを総合すると、Intelが最先端のアーキテクチャと最速のプロセッサを作成するための標準を返しているという印象を与えます。これが起こるかどうかは別の問題です。AMDは、Intelが大幅に多くの労力を費やしているにもかかわらず、間違いなくIntelよりも優れた立場にあります。Zen3とZen4を含むAMDのマイクロアーキテクチャの戦略的ロードマップは、TSMCのテクノロジーソリューションと相まって、2つのメーカー間の競争を促進します。ただし、Intelの敗北は予測しません。

結局のところ、NetBurstとPentium 4が最後に道を譲り、Intelが行き詰まったとき、その答えは、コア王朝と10年間のプロセッサ市場におけるリーダーシップでした。