Intel vermeldet Erfolg bei Penryn-Generation
Intels 45-nm-Fertigungsprozess erfreut sich bester Gesundheit und stimmt den Halbleiterriesen zuversichtlich. Bereits im zweiten Halbjahr dieses Jahres, mindestens ein Jahr vor der Konkurrenz, soll die Massenproduktion in dieser Strukturbreite mit der zweiten Generation der „Core“-Mikroarchitektur starten.
Die ersten Prozessoren auf Basis der so genannten Penryn-Produktfamilie haben außerdem das Tape-Out, die erstmalige Fertigung, hinter sich gebracht und werden in Form des A0 nun auf Herz und Nieren geprüft. Mit Windows Vista, Mac OS X und Linux konnten die wichtigsten Betriebssysteme bereits gestartet werden, so dass im Weiteren nun Bug-Fixing auf dem Plan steht.
Einmal mehr ist es die Fertigungstechnologie, die Intel einen gehörigen Vorteil verschafft. Nach dem Reinfall mit 90-nm-Strukturen – Stromverbrauch und Wärmeabgabe waren sehr problematisch – konnte der seit Ende 2005 eingesetzte P1264-Herstellungsprozess (65 nm) die Produktionskosten senken und wusste beim Stromverbrauch eine kontinuierliche Verbesserung einzuleiten. Selbst die als verschwenderisch bekannte Netburst-Architektur des Pentium 4 konnte mit dem in 65 nm gefertigten Presler (bzw. Cedar Mill als Single-Core-Vertreter) gezügelt werden. Mit P1266 – so die korrekte Bezeichnung für die 45-nm-Lithographie von Intel – soll der Zauber weiter gehen.
Mit P1266 kann Intel, weiterhin ohne kostspielige Neuausrüstung der Fabs, d. h. unter Einsatz bestehender Tools und der Benutzung von Lichtquellen mit 193 nm Wellenlänge, die Transistordichte verdoppeln oder aber die Chipfläche der Prozessoren reduzieren und somit die Stückzahlen drastisch steigern. Die für einen Schaltvorgang benötigte Energie – bei CMOS als Schaltungstechnik fließt aufgrund der komplementär arbeitenden N- und P-Kanal-Transistoren ausschließlich beim Zustandswechsel (z. B. von 0 auf 1) ein Strom – konnte um 30 Prozent reduziert werden. Die Schaltgeschwindigkeit konnte um 20 Prozent gesteigert werden. Damit klettert auch die mögliche Taktfrequenz der Gesamtschaltung nach oben. Gleichfalls können mit dieser Verbesserung, ohne am Takt zu drehen, unerwünschte parasitäre Ströme von Source nach Drain (den beiden Anschlüssen des „Schalters“) um das fünffache abgesenkt werden. Das Leck unter dem Gate ist um eine Zehnerpotenz geschrumpft (in älteren Veröffentlichungen war noch von Faktor 100 die Rede).
Indes führen die genannten Zahlen jedoch nicht dazu, dass der Stromverbrauch der Prozessoren in 45-nm-Technologie den Bereich des Messbaren verlässt – mehr Transistoren und höhere Taktraten gleiche die positiven Effekte aus, so dass Intels kommende Prozessoren weiterhin unter die bestehenden Verbrauchsgrenzen 35 Watt (Mobile), 65 Watt (Desktop) und 80 (2-Wege-Server) fallen werden. Auch die 130 Watt der Extreme Editions wird bleiben. Intel bestätigt damit bereits ältere Gerüchte.
Die große Innovation des P1266 ist der Einsatz eines neuen Gate-Materials und eines neuen Gate-Isolators. Insbesondere das neue Gate-Oxid auf Hafnium-Basis kann mit einer Dicke von 3,0 nm, gegenüber dem heute nur noch 1,2 nm dicken Siliziumoxid, das Tunneln der Elektronen wesentlich effektiver behindern. Außerdem sorgt es für einen geringeren Widerstand im Kanal von Source nach Drain, da sich mehr Ladungsträger unter der Gate-Kapazität sammeln. Bei Hafnium (bzw. der verwendeten Sauerstoffverbindung) handelt es sich um ein so genanntes High-k-Dielektrikum, auf dessen Vorteile wir in einem älteren Bericht eingegangen sind. Außerdem sei ebenfalls auf den Lexikon-Eintrag verwiesen. Das nun auf Metall basierte Gate war im Zuge der Umstellung auf High-K nötig, da auf Hafniumverbindungen basierende Dielektrika und das bisher eingesetzte Polysilizium nicht miteinander harmonieren. Welche Materialen Intel genau einsetzt, ist noch geheim, da das Unternehmen hier einen besonderen Wettbewerbsvorteil vermutet. Allerdings setzt nVidias Auftragsfertiger TSMC schon länger High-K-Material ein.
Mit dem 45-nm-Prozess steht gleichermaßen auch eine Technologie-Bibliothek bereit, die sämtliche Standard- (Inverter, NAND, NOR mit 2 oder wesentlich mehr Dateneingängen) und auch Komplexgatter (z. B. Multiplexer) beinhaltet, von dem jeder Transistor per Hand gezeichnet und für optimale Leistungen getunt wurde (und das mit Programmen, die überaus unhandlich in der Bedienung sind). Hierin besteht – neben dem Beherrschen einer jeden Lithographie-Stufe – die eigentliche Kunst. So führt beispielsweise AMDs 65-nm-Prozess im Vergleich zu Intels P1264 zu einem Cache mit größerem Platzbedarf. Ein neuer Trick der 45-nm-Lithographie ist übrigens die Doppelbelichtung (Double Exposure). Bis zur ersten Hälfte des kommenden Jahres möchte Intel die Fabs D1D, 32 (Arizona) und 28 (Israel) für die Volumenproduktion am Netz haben.
Die Weiterentwicklung des Core 2 (Core Mikroarchitektur) kommt als Erste in den Genuss der neuen Fertigungstechnologie. Der weltweit erste in 45 nm hergestellte Mikroprozessor hört auf den Codenamen Penryn. Hierbei handelt es sich um den Mobilprozessor der nächsten Generation, der den derzeitigen Merom (Core 2 Duo für Notebooks) ersetzt. Vom Penryn hat Intel nun erstmalig einen Die-Shot veröffentlicht, der beim Bildvergleich mit Merom/Conroe/Woodcrest einen größeren Cache vermuten lässt. Ansonsten sind viele Ähnlichkeiten zum Vorgänger zu erkennen.
Doch im Penryn schlummern Geheimnisse. Schließlich ist die Anzahl der Transistoren des Dual-Core-Prozessors Penryn im Vergleich zum Vorgänger von 297. Mio auf 410 Mio. beachtlich angestiegen. Offiziell spricht Intel von „verbesserter Performance“ und „neuen Fähigkeiten“ durch Optimierung der Mikroarchitektur. Mit SSE4 hält darüber hinaus der im letzten Jahr angekündigte Befehlssatz mit 50 neuen Instruktionen Einzug. Außerdem soll die Taktfrequenz erhöht, die Caches vergrößert und die Stromsparmodi/Power-Management verbessert worden sein.
Insgesamt hat Intel derzeit 15 Produkte auf Basis von der 45 nm in der Entwicklung, die sich über die Produktbereiche Mobile, Desktop, Workstation und Enterprise (Server) erstrecken. Offiziell bestätigt wurden (ohne Codenamen zu nennen) Dual-Core Mobile, Dual-/Quad-Core für Desktop und Workstation. Der Cache der größten Modelle wird mit 12 MB angegeben. Die Ende 2007 erwarteten 45-nm-CPUs werden Quad-Core-Chips sein; mit kleineren Modellen sollte dementsprechend Anfang 2008 gerechnet werden.
Nun zum inoffiziellen Teil: Neben Penryn (Dual-Core-Mobile) werden die Desktop-Prozessoren auf die Codenamen Wolfdale (Dual-Core) und Yorkfield (Quad-Core) hören. Der Quad-Core-Workstation-Prozessor der Xeon 5000-Familie (erscheint möglicherweise als 5400) trägt den Codenamen Harpertown. Die Liste übriger Codenamen für die Penryn-Familie kann nicht eindeutig zugeordnet werden. Penryn/Wolfdale bringen 6 MB L2-Cache auf die Waagschale, der 820 Mio. Transistoren schwere Yorkfield kann mit 2x6 MB aufwarten; es handelt sich um keinen „echten“ Quad-Core, da Intel zwei in der Fertigung günstigere Wolfdale-Kerne in ein Gehäuse (Multi-Chip-Module, MCM) verpackt. Diese Angabe wurde auf Nachfrage von unserem Kollegen Nico Ernst von Golem.de durch Intel offiziell bestätigt. Die Quad-Core-CPUs für den Desktop haben vermutlich FSB1066, während die Dual-Core-Modelle mit FSB1333 durchstarten sollen. Die neuen Desktop-Prozessoren werden weiterhin im Sockel 775 und die Workstation-Modelle für 2-Wege-Systeme ohne Änderung im Sockel 771 eingesetzt. Für Mobilprozessoren wird es einen Wechsel auf Sockel P geben.
Das beste Gerücht zum Schluss: Entgegen bisheriger Erwartungen wird Intel nicht bis zum Bloomfield (Nehalem-Generation) warten, um ein Comeback für Hyperthreading (SMT) einzuleiten, denn: Penryn unterstützt HyperThreading! Bleibt nur die Frage, bei welchen Modellen es aktiviert wird. Nur bei den Quad-Core-Extreme-Editions, die dann mindestens 8 Threads parallel bearbeiten könnten, oder aber beim kompletten 45-nm-Produktportfolio? AMD dürfte diese Überraschung weniger begeistern.