【PR】Architecture Day本、Intelの底力変貌【製造技術編】 – 生産技術とパッケージング技術の組み合わせで高性能化 – PC Watch

Intelが推進する「6フィラー」(6柱)戦略(出典:Intel Architecture Day 2020、Intelなど)

Intelは8月13日(現地時間)、「Architecture Day 2020」という開発政策説明会を開催して近く投入予定の製品や技術に関するさまざまな発表をした。

Intelにとっての主力製品の一つ、PC向けCPU。 また、生産技術・設備も会社が持っている強みである。 しかし、近年は、製品開発のスピードが鈍化して競争に遅れ面があるのも事実。

今回Architecture Dayは2018年に行われた同名のイベントに続くもので、長い会社の動向を取材してきた筆者としては、今回のIntelがどのように反撃を図っていくのか、大きな関心を持っているしている。

今回の発表内容の主立ったのは、

  • 10nm SuperFinは製造技術
  • Xe-HPGはゲーム用GPU
  • Tiger Lake、Alder Lakeなどのモバイル用CPU

となる。

もし読者の中には、今回の発表をやや地味とされた人もいるかもしれない。 しかし、筆者が感じたのは、Intelの底力と大きな変貌ある。

すでに掲載した記事では、発表内容をまとめているが、本記事では、今回のArchitecture Dayで発表奥深く垣間見ることができるIntelの目的を説明する予定だ。

生産技術/ IAの両足打法で6本の足打法に切り替え

Architecture Dayで講演するIntel副社長兼Intelアーキテクチャ/グラフィック/ソフトウェアアーキテクト責任者/事業部長ラジャ鼻のまわり氏

今までのIntelの開発政策は、生産技術とIA二つの強みを武器に競争力をするというものだった。 同社の共同創設者名誉会長ゴードン・ムーア博士が提唱した「ムーアの法則」は、「18〜24ヶ月で、トランジスタ数は2倍になる」は、経済原則(これらのことを実現するために投資が合理的だと予想)が、そのムーアの法則に基づいて他社に先駆けて高度な製造技術を開発し、パフォーマンスで競合他社と差別化をつけた製品を発売することが基本的なIntelの「勝ちパターン」であった。

製造プロセスルールの進化、22nm、14nmに来て、現在Intelは10nm世代(出典:10 nm technology leadership、Kaizad Mistry、Intelなど)

半導体事業の製造技術は、半導体事業の製造技術は、14nm、10nm、7nmなどの製造工程のルールというの半導体の中で最も⼩構成単位であるトランジスタのゲート⻑さ(ゲート⻑)とトランジスタメタルピッチなど、複数の基準に基づいて、世代が定義されている。 基本的にこの数字が小さくなるほど、半導体は、パフォーマンスを向上させ、消費電力を削減していく。

したがって、自社工場で生産をしているIntelのような半導体メーカーや企業の受託生産を行う半導体ファウンドリは競合して、新しい製造プロセスルールを導入してきた。 これまでIntelは新しい製造工程ルールの実装に常に他社に先駆けてきた。

しかし、様々な技術的な制約や困難を介して新しいプロセスルールの導入に時間がかかるようになっている。

たとえば、Intelの最新の10nmプロセスルールは本来なら2017年〜2018年頃に本格的に立ち上がって計画だった。 しかし、野心的なFinFET(3D形状トランジスタ)を導入したことなどが理由がなかなか収量(良品率)が予定のレベルに上がってこないし、結果的に予定より1年以上遅れた2019年5月末に公式発表した10世代Coreプロセッサ(開発コード名:Ice Lake)で、最終的に本格導入した。

最初の10nmプロセスルールで会社の第3世代の意欲的なFinFETを投入(出典:Intel Architecture Day 2020、Intelなど)

Intelが足踏みをしている間に、受託生産をするファウンドリで7nm世代など、新しいプロセスルールの導入を行った。 ただし、ここで注意が必要なのは、ゲート長だけ比較すると、一世代遅れているようだが、FinFETの最小金属ピッチは他の指標で比較するとIntelの製造工程のルールは、他社の一つ先の世代(-1世代)と同等であることある。

次のスライドは、Intelが2017年に実施した「Technology and Manufacturing Day」というイベントで公開した資料であるが、常に最小の金属ピッチは、Intelのプロセスルールは、サードパーティの-1世代のプロセスルールと同じかどうかが示されている。 Intelの22nm世代は、他社の14nm世代と同等で、Intelの14nm世代は、他社の10nm世代と同じものとなっている。 これは、現在も続いており、Intelの10nmは、他社の7nmと等しいことができる。

最小金属ピッチで見ると、Intelの14nmは、他社の22nmに匹敵し、Intelの10nmは、他社の14nmに匹敵する。 このように、Intelの世代=他社-1世代というのが業界の認識(出典:10 nm technology leadership、Kaizad Mistry、Intelなど)

ただし、いくらIntelプロセスルールの性能が他社-1世代と同等であると主張するが、それは企業を先行しているわけではない。

だからIntelが2018年Architecture Dayで発表したのが、製造技術およびIAは両足打法で、同社が「6つの柱」と呼ぶ “6足打法」への転換である。その6つの柱と

  • 製造技術(プロセスルールとパッケージ)
  • XPUアーキテクチャ(CPUとGPU、NPU、FPGAなどの複数のプロセッサを異機種利用)
  • メモリ(メモリや3D NANDの中間にOptaneなどのSCM = Storage Class Memoryを含むメモリ階層構造を改良)
  • インターコネクト(CPUと他のプロセッサを接続するインターコネクトを改良)
  • セキュリティ(メモリの暗号化などのセキュリティを強化するための努力)
  • ソフトウェア(oneAPIなどの新しい開発ツール、APIの提供)

であり、それらを総合的に活用して競争を勝ち抜いていく、それが新たな戦略となる。 これあけた見方をすれば両足打法で競争することができないため、厄介な新たな戦略を打ち出したということができるかもしれない。 しかし、メモリ技術との相互接続技術などは、一日の朝に達成することができるものではなく、今まで様々な基礎技術を開発してきたので、達成することができるものである。

より新しい高性能10nmプロセスルールの投入と柔軟な生産体制に転換

Intelは、プロセスルールとパッケージ技術を組み合わせて、高性能CPUとGPUを提供することです(出典:Intel Architecture Day 2020、Intelなど)

今回Architecture DayでIntelは、主に製造技術とXPUアーキテクチャに関する発表をした。 XPUに関しては、将来の記事で説明しているように、本記事では、製造技術に関する説明をしたいと思う。

発表内容に関しては、他の記事(Intel、10nmの改良版プロセスルールとなる10nm SuperFinをTiger Lake製造に導入)を参照するに概要は次のとおりである。

  • すでに生産を開始しました次世代CPU “Tiger Lake」の製造には、より進化した10nmとなる10nm SuperFinを利用
  • 10nm SuperFinはIce Lakeの製造に利用される最初の10nmに比べて約18%の性能向上
  • 2021年には10nm SuperFinをさらに進化させた10nm Enhanced SuperFinを投入
  • Foveros(3Dパッケージング)とEMIB(2.5Dパッケージ)などを発表された新しいパッケージング技術に加えて、ダイきたウエハ(ウエハ段階でダイを結合する)を実現するHybrid bonding導入

Intelが今回の発表で強調したのは、進化した3D形状のトランジスタとなるFinFETの改良版と「SuperFin “の採用で、Ice Lakeの製造に利用される企業初の10nm(実際にはかなりの数の出荷されたCannon Lakeに使用された10nm数入れれば2回目)に比べて約18%の性能向上を実現しており、これはIntel同じ製造工程ルールの世代での改善には、歴代最高の性能向上という点。

Intelは最近、同じプロセスルール世代での改善に注力している。 14nmで、4つの拡張バージョンをリリースしている。 その最新版となる14nm ++++最初の14nmと比較すると20%の性能向上を実現している。 各世代間の向上幅はそれほど大きくない。 一方、今回発表されたSuperFinは第1世代から約18%の向上が実現されている。 10nmという数値だけを見ると影響は小さいが、今回の新しいプロセスルールのIntelの底力と言える新たな飛躍がもたらされている。

既存の14nm +と14nm ++などの14nm世代での改善されたバージョンは、1つの改善されたバージョンについて、約5%の性能向上(出典:Intel Architecture Day 2020、Intelなど)

これに対して、今回の10nm SuperFinでは約18%の性能向上(出典:Intel Architecture Day 2020、Intelなど)

そして、もう一つ重要なのが、今回のIntelがXeベースGPUの製造に自社工場だけでなく、外部の工場に委託生産をしていくものである。

このポリシーは、すでに過去Architecture Dayで公開された(Intelは新しいCPUを製品コードネームではなく、マイクロアーキテクチャの名前で説明した背景参照)ことで、今後Intelは製造工程のルールとCPU / GPUの設計を分離して設計を行う。

既存のIntel CPUは、自社のプロセスルールで製造することを前提に最適化が行われていた。 しかし、10nmの発売に時間がかかってしまったことからも分かるように、今後の生産技術の発展状況に応じてIntelの製造工程のルールが劣ることもまともにすることができているというのが今の状況である。

だからCPUの設計をそこから分離して、柔軟にメーカーの工場で製造することができるようにする方針に転換している。 今回のGPUを外部委託工場で生産するという発表は、その第一歩となる。

Intel程度の大企業になるとプライドが邪魔して自社生産にこだわり超えて、それがきっかけとなって没落していくこともできる。 プライドを捨てても、実を取りという変貌では、Intelの柔軟性もうかがえる。

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