Loppet är på att komma ikapp med Intel

Med varje ny generation av processorer, som har storlekar närmar atomnivå, är det blir svårare – och dyrare-för chipmakers att följa Moores lag. Intel har länge visat vägen, men på sistone har det varit en hel del debatt om huruvida dess ledning växer lite för stor. I ett försök att komma ikapp, är resten av branschen plötsligt ändra sina färdplaner och skapa nya allianser.

Intel har djupa fickor, och eftersom det gör sina egna marker, kan det skräddarsy tillverkningsprocessen och processordesign för att få de bästa resultaten. Det innebär att det är först med att släppa marker med de minsta mått (oräknat minne, vilket är ett annat djur). Dessa “krymper” arbetade i årtionden. Men börjar runt 2002, när Intel släppte sina första 130-nanometer Pentium 4-processorer, började enkel skalning att tappa fart. Sedan dess har Intel har infört en rad innovationer – ansträngda kisel, nya grind material, och nu senast, 3D-transistorer – att fortsätta att göra marker som är tätare, snabbare och förbrukar mindre ström. Intel nu räknar med denna teknik bly, inte bara för att försvara sitt monopol på persondatorer och servrar, men också att expandera till smartphones och surfplattor.

Vid ett tillfälle fanns det massor av andra IDMS (Integrated Device Manufacturers), men ett ökande antal företag konstruktions chips och hyra gjuterier att tillverka dem. AMD är den mest framträdande exemplet, med avknoppade sin tillverkning arm för att etablera GlobalFoundries, men många andra har vänt sig till fab-lite eller fabless strategier. Stora halvledarföretag som Freescale, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Texas Instruments och Toshiba har alla skiftade mer arbete för gjuterier under de senaste åren. Som skär kostnader, men också lämnar dem i händerna på gjuterier. Detta fungerar bra så länge de gjuterier bo nära bakom Intel. Men som skalning blir svårare, har gjuteri kämpat för att duplicera innovationer som hög k material och metallgrindar (HKMG) eller 3D-transistorer, mer kända som FinFETs. Gjuteri har den extra utmaning att de måste tjäna massor av olika kunder och bygga massor av olika typer av produkter.

Intel började volymproduktion av 22nm processorer med FinFETs slutet av förra året. På företagets nyligen kvartals samtal vd Paul Otellini sade 22nm “ramp” var i förtid och den senaste Ivy Bridge chips är nu en fjärdedel av den totala PC produktion. Intel ger inte exakta siffror, naturligtvis, men det innebär att det är spottar ut kanske 225.000 Ivy Bridge chips per dag på sin 22nm process med FinFETs. Detta kommer att följas av en ny mikroarkitektur, med kodnamnet Haswell, i början av nästa år, och i början av 2014 Intel är planerad att leverera sina första 14nm processorer.

Under tiden gjuterier ramp 32nm / 28nm nod och finslipa HKMG teknik. TSMC, världens största gjuteri, levereras sin första vanliga 28nm produkt, AMD: s Radeon HD 7970 grafikprocessor, i december 2011, men det kommer inte att kunna möta efterfrågan på 28nm kapacitet fram till slutet av detta år. Efter att ha kämpat med tillverkning ger förra året, verkar GlobalFoundries nu att producera tillräckligt med AMD-processorer på sin 32nm process med HKMG, men det kommer inte att få 28nm till nästa år. Likaså UMC inte kommer att ha 28nm med HKMG i volymproduktion till nästa år. Samsungs senaste Exynos 4 Quad processor tillverkas på en 32nm process, med HKMG, men det är fortfarande tillverkar Apples A5X chipet i Apples senaste iPad, på en äldre 45nm process. Tills nyligen hade ingen gjuteri planerat att övergå till FinFETs tills 14nm nod, som fortfarande år bort.

Denna klyfta var ingen big deal så länge som efterfrågan på de ledande teknik var relativt begränsad. TSMC gjort en liten sats av chips-typiskt programmerbar logik för Altera eller Xilinx eller avancerade grafikprocessorer för AMD eller Nvidia-den senaste noden, och sedan tog tid att finjustera processen innan du öppnar det upp till andra kunder. Andra gjuterier kom ett år senare och tävlade till stor del på priset. Men den mobila revolutionen har förändrat allt detta. Nu kunder som Apple, Qualcomm, Texas Instruments och Broadcom är ledande avgiften. De vill applikationsprocessorer och basebands på senaste processteknik i stora volymer för att möta efterfrågan på smarta telefoner och surfplattor. Att hålla jämna steg gjuteri plötsligt skaka upp saker.

Förra veckan ARM och TSMC meddelade att de kommer att arbeta tillsammans för att utveckla chip som kommer att använda en 16 nm process med FinFETs. TSMC sade att det hoppades att ha det i volymproduktion någon gång under 2015. Dessa marker kommer också att ha kärnor baserade på den kommande ARMv8, ARM: s första 64-bitars arkitektur, vilket innebär att enheterna kommer att kunna en utnyttja mer än 4 GB minne. Det kommer att vara användbart för high-end smartphones och tabletter några år framåt i tiden, men det är viktigt för ARM-baserade persondatorer och servrar. TSMC också lägga massor av ny kapacitet och har talat offentligt om att bygga fabriker ägnas åt stora kunder, mycket på samma sätt som Samsungs fab i Austin, Texas ägnas åt Apple.

Rival UMC meddelade förra månaden att det hade licens IBMs 20nm teknik med FinFETs och planerar att erbjuda den till kunder så tidigt som 2015. UMC också handla en 10 procent av aktierna i gjuteriet i hopp om att locka en strategisk partner eller en stor kund som Qualcomm som kan hjälpa den att hänga med i konkurrensen.

GlobalFoundries och Samsung är en del av IBM: s gemensamma utvecklings allians, så att de har tillgång till samma teknik. Hittills GlobalFoundries fortfarande planerar att använda konventionella transistorer på 20nm och införa FinFETs på 14nm i början av 2015. Samsung verkar vara på en liknande schema har förhandsgranskas tidiga 20nm wafers med plana transistorer och 14nm wafers med FinFETs i branschsammanhang. Båda företagen lägger massor av ny kapacitet för.

På sätt och vis leda Intels är inte riktigt lika stor som det verkar. ARM vd Warren East berättade EE Times förra veckan att den verkliga konkurrensen inte Intels PC-processor, utan snarare dess Atom SoC (System on Chip), som fortfarande bygger på en äldre 32nm process med vanliga plana transistorer. Det är sant, men Intel har planer på att påskynda SoC utveckling. Det planerar att släppa en 22nm version nästa år, följt av 14nm 2014, kanske med sin Infineon base teknik integrerad på samma chip. Intel gör lite framsteg i smartphones, med modeller från Lenovo, Orange och Lava finns på vissa marknader, men om det kan utföra denna plan från 2014 bör det vara en mycket starkare konkurrent i smartphones och andra mobila enheter.

Omvänt ARM lägret har mönster på persondatorer och servrar. De första Windows RT-enheter kommer att börja säljas när Windows 8 lanseras den 26 oktober Detta kommer sannolikt att inkludera Microsofts egen Surface tablett, Asus Tablet 600 och kanske en Lenovo tablett alla baserade på Nvidias Tegra 3, en Samsung enhet baserad på en; Qualcomm chip och en Toshiba tablett med hjälp av TI: s OMAP4. Dessa kommer att konkurrera direkt med x86-baserade tabletter och konvertibler som kör Windows 8. På längre sikt, flera chipmakers inklusive AMD (Sea Micro), AppliedMicro, Calxeda och Marvell utvecklar ARM-baserade processorer för servrar där Intels Xeon dominerar marknaden.

Gapet mellan Intels processteknik och resten av branschen kommer att vara en av de viktigaste faktorerna i denna strid under de närmaste åren.

Processorer, Intel lanserar 7: e generationen processorer för att driva 4K UHD till massorna, processorer, Vision och neurala nät driver efterfrågan på mer kraftfulla marker, datacenter, Nvidia lanserar virtuell GPU övervakning, analys, hårdvara, AMD slår tillbaka mot Intel dominans med Zen

Intel lanserar 7: e generationen processorer för att driva 4K UHD till massorna

Vision och neurala nät driver efterfrågan på mer kraftfulla marker

Nvidia lanserar virtuell GPU övervakning, analys

AMD slår tillbaka mot Intel dominans med Zen