Setelah dominasi lebih dari satu dekade, Intel memberi jalan kepada pesaing utamanya, AMD. Jeremy Laird mencoba mencari tahu di mana Intel berada di jalur yang salah dan bagaimana ia akan menanggapi musuh.
Jadi apa yang sebenarnya terjadi dengan Intel? Pemimpin yang dulunya tidak perlu dipersoalkan dalam produksi prosesor dan sirkuit mikro sekarang lebih rendah dari saingan di hampir semua indikator yang memungkinkan. CPU AMD ternyata lebih canggih, dan teknologi produksi TSMC lebih efisien. Sepertinya Intel benar-benar tersesat.
Bahkan di pasar PC seluler, di mana pabrikan telah menjadi pemimpin absolut selama beberapa dekade, prosesor Intel telah memberi jalan kepada hibrida Renoir terbaru dari AMD.
Segalanya sangat buruk sehingga Apple telah mengumumkan rencana untuk memutuskan hubungan dengan pabrikan dan mulai memproduksi chip berbasis ARM-nya sendiri. Lebih buruk lagi, rumor mengatakan bahwa Intel sendiri sedang mempertimbangkan kemitraan dengan TSMC untuk merilis produk tertentu di masa mendatang, termasuk kartu grafis kustom pertama. Intinya, ini bisa menjadi penghinaan total bagi korporasi.
Atau ini hanya tebakan? Terlepas dari semua kesulitan tersebut, Intel mencapai rekor $ 72 miliar pendapatan tahun lalu Kenyataannya, masalah terbesar pabrikan adalah tidak dapat mengikuti dinamika permintaan dari pusat data yang disebut hyperscale. Ini adalah perusahaan seperti Amazon, Microsoft, Google, Facebook, dan lainnya yang kekurangan prosesor Xeon. Sementara itu, ada alasan kuat untuk percaya bahwa Intel akan segera kembali ke kebiasaan sebelumnya terkait produksi chip dan mikroarsitektur CPU.
Bagaimana Anda bisa menggambarkan masalah dan kemalangan Intel secara singkat? “10 nanometer,” saya akan berkata. Dan bukan hanya kegagalan teknologi chip - argumen semacam itu dapat dibuat untuk mendukung perusahaan manufaktur mikroarsitektur mana pun yang telah berpuas diri selama beberapa dekade. Tapi 10 nanometer! Ini bencana.
Istilah "10 nanometer" mengacu pada proses atau perakitan yang digunakan untuk membuat chip komputer. Secara teori, 10nm adalah ukuran komponen terkecil di dalam sebuah chip. Namun, dalam praktiknya, nama proses dan ukuran aktual komponen, seperti gerbang transistor di dalam prosesor desktop, tidak lagi berhubungan belakangan ini. Dan, kemungkinan besar, tidak ada komponen di dalam prosesor Intel yang benar-benar berukuran 10 nm.
Kurangnya hubungan langsung antara ukuran komponen dan deskripsi perakitan menjadi lebih bermasalah ketika harus membandingkan teknologi proses produsen yang bersaing. Tapi lebih dari itu nanti. Dan sekarang kami tertarik pada teknologi proses 10nm Intel dan kekurangannya. Ini awalnya diharapkan akan diluncurkan kembali pada tahun 2015. Sekarang paruh kedua tahun 2020, tetapi kisaran produk dengan chip 10nm kecil. Anda tidak akan bisa membeli PC desktop atau CPU server yang dibangun dengan proses teknis di atas. Hanya prosesor seluler untuk laptop dan tablet yang telah beralih ke teknologi 10nm, dan hanya prosesor dengan konsumsi daya rendah dan sangat rendah. Sisanya telah diperbarui menjadi 14 nm.
Fakta-fakta ini harus dipertimbangkan dengan mempertimbangkan standar yang diadopsi oleh Intel itu sendiri - Hukum Moore, dan oleh karena itu perlu memperhitungkan ketahanan hukum fisika yang dihadapi para perancang chip dalam beberapa tahun terakhir. Namun, kesulitan yang lebih besar dalam pembuatan semikonduktor dapat muncul ketika transistor individu mencapai ukuran segelintir atom dan mengalami efek kuantum misterius, seperti penerowongan. Tapi itu cerita yang sama sekali berbeda.
Kemungkinan besar, semua masalah Intel bermuara pada ambisi yang berlebihan, keusangan teknologi produksi tertentu, mungkin rasa puas diri dan kurangnya investasi.
Menurut kepala eksekutif Intel Bob Swan, masalah 10nm Intel adalah “semacam turunan dari apa yang telah kami lakukan di masa lalu. Kemudian kami mencoba untuk menang apapun yang terjadi. Dan ketika masa sulit, kami menetapkan tujuan yang lebih ambisius. Dan itulah mengapa kami membutuhkan lebih banyak waktu untuk mencapainya ”.
Harapan tinggi dari sirkuit mikro
Untuk node teknologi 10nm, target ambisius ini diterjemahkan menjadi peningkatan kerapatan transistor 2,7x. Dengan kata lain, node 10nm berisi 2,7 kali lebih banyak transistor per unit area die daripada node 14nm. Lebih khusus lagi, prosesor 14nm berisi 37,5 juta transistor per milimeter persegi, sedangkan satu milimeter persegi kristal 10nm berisi 100 juta transistor. Peningkatan kepadatan transistor yang dramatis membuat teknologi 10nm jauh lebih ambisius dibandingkan dengan teknologi proses lainnya.
Peningkatan kepadatan 2,5 kali lipat dan transisi dari teknologi 22nm ke 14nm sangat mengesankan, namun, transisi dari 32nm ke 22nm menunjukkan peningkatan kepadatan 2,1 kali lipat dan peningkatan kepadatan 2 kali lipat dari 45nm ke 32nm. 3 kali. Memahami perubahan ini membantu menjelaskan perbedaan antara Intel dan node yang bersaing. Misalnya, teknologi 10nm Intel menyiratkan kepadatan 100,8 juta transistor per milimeter persegi. Angka ini sedikit lebih tinggi dari angka TSMC yaitu 96,5 juta transistor (kemudian TSMC mengumumkan 113,9 juta transistor per milimeter persegi untuk teknologi proses 7-nm yang ditingkatkan). Ketiga node 7nm dari Samsung juga tidak mencapai angka 100M.
Ini karena teknologi 10nm Intel sangat ambisius - sedemikian rupa sehingga pada 2017 perusahaan menambahkan label "Hyper Scaling" untuk menarik perhatian pada peningkatan kepadatan. Jika dipikir-pikir, dapat dikatakan bahwa ekspektasi terlalu tinggi. Ini karena Intel membuat simpul akhir berdasarkan litografi UV-jauh (DUV) saat ini. Singkatnya, ukuran komponen dalam sirkuit mikro ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang digunakan dalam proses litograf. Proses ini mengukir komponen pada permukaan substrat silikon, dan prosesor PC dipotong dari wafer silikon.
Ini bukan hubungan langsung. Berbagai teknik dan opsi tambahan juga dapat berdampak, seperti topeng yang sebenarnya digunakan sebagai pengali yang mengurangi ukuran komponen di bawah panjang gelombang cahaya yang sebenarnya.
Peralatan pembuatan chip DUV menggunakan sinar UV dengan panjang gelombang 193 nm. Namun, ada batasan kerapatan transistor pada panjang gelombang tertentu. Intel telah melampaui batas ini.
Hasilnya adalah penundaan lima tahun yang memalukan dalam peluncuran produk. Ini adalah keabadian dalam hal dinamika volume Intel dan Hukum Moore. Bahkan sekarang, ada indikasi bahwa proses 10nm tidak seperti yang seharusnya. Jadi Ice Lake, prosesor seluler generasi kesepuluh yang baru melakukan overclock lebih lambat dari pendahulunya 14nm. Prosesor Ice Lake 10nm tercepat, Core i7-1065G7, mencapai kecepatan tertinggi pada 3.9GHz, sedangkan Core i7-8665U Generasi ke-8 adalah 900MHz yang lebih cepat. Itu sangat banyak, artinya ada yang tidak beres dalam proses produksinya.
Bukti lain bahwa proses 10nm jauh dari harapan Intel adalah kembaran prosesor generasi ke-10 berdaya rendah. Seiring dengan CPU Ice Lake saat ini, keluarga Comet Lake baru sedang dirilis, dan keduanya diklasifikasikan sebagai generasi ke-10.
Seperti Ice Lake, prosesor seluler Comet Lake hadir dalam format daya rendah dan daya ultra rendah.
Tapi tidak seperti Ice Lake, Comet Lake menggunakan 14nm, bukan 10nm, dan meluas ke model 6-core dengan kecepatan clock maksimum 4,9GHz.
Akibatnya, Anda sudah dapat membeli laptop dengan prosesor berlogo Intel generasi ke-10, namun, apa yang ada di dalam kotak mungkin berbeda dari yang disebutkan. Jika prosesornya 2 atau 4-inti, bisa jadi prosesor berdaya rendah atau sangat rendah. Dan juga 10-nanometer atau 14-nanometer. Ini dapat didasarkan pada mikroarsitektur Skylake 2015 atau Sunny Cove yang benar-benar baru, dan juga dianggap sebagai danau es.
Masalah mikroarsitektur
Penyebutan Sunny Cove secara alami membawa kita pada kegagalan besar Intel lainnya - mikroarsitektur. Hingga rilis chip Ice Lake 10nm untuk laptop ultraportable akhir tahun lalu, sejumlah besar prosesor untuk desktop, laptop, dan server didasarkan pada teknologi proses 14nm, yang memulai debutnya pada tahun 2014, dan arsitektur Skylake, yang muncul pada tahun 2015. Keduanya telah memerintah ribuan kali, tetapi tidak ada perubahan besar dalam pembaruan.
Terlebih lagi, sejak diperkenalkannya mikroarsitektur Nehalem pada tahun 2008, Intel hanya dapat menawarkan 4 inti prosesor untuk model PC populer. Ini berlanjut hingga rilis tahun 2017 mikroarsitektur Coffee Lake, versi Skylake yang berevolusi, dan peningkatan berikutnya menjadi enam inti. Selama hampir satu dekade, Intel belum meningkatkan jumlah core untuk model produk utamanya.
Dalam waktu kurang dari dua setengah tahun, Intel meningkatkan standar menjadi 10 core untuk prosesor desktop populer dengan merilis Comet Lake, sebuah rekonstruksi Skylake yang termasuk dalam keluarga CPU 14nm. Ternyata selama 10 tahun tidak ada shift, kemudian terjadi peningkatan 2,5 kali lipat dalam waktu yang singkat. Apa yang menyebabkan peningkatan tajam dalam jumlah inti setelah stagnasi yang lama? Alasannya adalah munculnya arsitektur Zen dari prosesor AMD dan prosesor Ryzen yang generasi pertamanya dirilis pada tahun 2017 lalu. Sederhananya, Intel malas sampai mendapat kompetitor.
Tentu saja, meski dengan sepuluh core, Intel jauh tertinggal dari AMD yang saat ini menawarkan 16 core di PC populer dengan prosesor Ryzen Generasi ke-3. Keuntungan mereka juga terletak pada fakta bahwa mereka didasarkan pada teknologi proses 7nm TSMC.
Di segmen seluler, Intel tidak lebih baik. Jajaran baru AMD Renoir APU 7nm memiliki delapan inti Zen 2 dengan daya 15 watt. Intel hanya berhasil menjadikan 6-core Comet Lake Core-i7 10810U sebagai kompetitor. Ini adalah prosesor dengan kecepatan clock hanya 1,1 GHz. Ryzen 7 4800U 15 watt dikemas dengan 8 core dan memiliki clock 1,8 GHz. Bukan perbandingan yang bagus.
Melihat ke masa depan
Ini versi penuntutan. Beberapa tahun terakhir secara teknologi belum membuahkan hasil bagi Intel. George Davis, CFO perusahaan, mengatakan tentang kegagalan 10nm: “Node teknologi ini jelas tidak akan menjadi yang terbaik dalam sejarah Intel. Ini kurang efisien dibandingkan dengan proses 14nm dan kurang efisien dibandingkan dengan proses 22nm. " Tetapi apakah konsekuensi dari kesulitan Intel saat ini benar-benar menghancurkan?
Dari perspektif keuangan, pertanyaan ini dapat dijawab dengan tegas - tidak. Kenyataannya, tidak hanya situasi saat ini yang tidak terlalu buruk, bahkan tidak ada masalah sama sekali. Pendapatan Intel mencapai rekor tertinggi pada 2019. Sejak pertengahan 2018, penjualannya tak kunjung turun akibat stagnasi teknologi, dan pabrikan sendiri kesulitan memenuhi permintaan prosesor 14nm miliknya.
Jika Anda menggali lebih dalam, Anda bisa sampai pada kesimpulan bahwa setidaknya sebagian dari masalah terletak pada prosesnya. Jumlah core dalam prosesor server Intel telah meroket di era 14nm. Intel kini menawarkan sebanyak 28 core dalam satu prosesor mati. Ini berarti bahwa semakin banyak inti dalam proses yang sama, semakin sedikit prosesor yang dapat diekstraksi dari satu wafer semikonduktor, yang pada gilirannya dapat menyebabkan pasokan terbatas.
Tapi apa pun yang dikatakan, Intel tidak mengalami kesulitan finansial, dan keadaan ini adalah alasan utama mengapa pabrikan dapat memberikan jawaban yang layak kepada pesaing dalam hal produk dan teknologi.
Dan efek ini sudah terlihat. Prosesor Ice Lake memiliki mikroarsitektur baru yang dikenal sebagai Sunny Cove. Ini meningkatkan kinerja per jam sebesar 18% dibandingkan Coffee Lake, penyempurnaan mikroarsitektur Skylake.
Dan ini baru permulaan. Faktor penentu dalam kebangkitan mikroarsitektur Intel adalah masuknya Jim Keller ke dalam tim, yang memimpin tim pengembangan mikroprosesor.
Meski berencana meninggalkan jabatan ini dalam enam bulan, namun kontribusinya terhadap perkembangan perusahaan tidak bisa dianggap remeh. Keller adalah salah satu arsitek mikroprosesor yang paling dihormati, jika bukan yang paling dihormati.
Itu menjadi terkenal karena pengembangan mikroarsitektur prosesor K8, dengan nama sandi Athlon 64, dan chip pertama dari AMD yang bersaing dengan Intel. Kemudian, Keller bekerja di Apple, merancang serangkaian prosesor berbasis ARM dari produksinya sendiri, yang kemudian mengambil posisi terdepan di pasar smartphone dan tablet. Pada tahun 2012, Keller kembali ke AMD, memimpin pengembangan mikroarsitektur Zen dan sekali lagi memberikan AMD alat untuk melawan Intel. Setelah masa jabatan singkat sebagai kepala tim pengembangan kendaraan listrik Tesla, Keller mengambil alih sebagai wakil presiden senior Intel pada April 2018.
Mengingat selang waktu antara desain dan konsep mikroarsitektur prosesor dan peluncuran penjualan produk, sangat tidak mungkin inti Sunny Cove baru di dalam prosesor Ice Lake adalah karya Keller. Hal yang sama berlaku untuk arsitektur Willow Cove yang mengikuti Sunny Cove. Direncanakan akan dirilis pada akhir tahun ini untuk keluarga prosesor backport 14 nm, yaitu, menggunakan "transfer terbalik" dari mikroarsitektur baru ke proses teknis "lama", prosesor Rocket Lake.
Mikroarsitektur Golden Cove akan mengambil langkah maju yang lebih besar dan akan meletakkan dasar bagi prosesor Alder Lake yang direncanakan akhir tahun depan. Tetapi bahkan Golden Cove tidak dapat dianggap sebagai ciptaan Keller yang lengkap. Untuk melakukan ini, kita perlu menunggu sampai Ocean Cove keluar pada tahun 2022 atau 2023, meskipun kepergian Keller dalam waktu dekat akan berarti bahwa pengaruhnya terhadap proyek kemungkinan akan agak terbatas.
Belum ada informasi resmi tentang Ocean Cove. Baru-baru ini beredar rumor bahwa performa mikroarsitektur ini akan 80% lebih tinggi dari Skylake. Dan meskipun ini hanya rumor, kami tahu pasti bahwa Keller memiliki rekam jejak yang luar biasa dan bahwa Intel memiliki rencana strategis ambisius yang jauh lebih besar daripada yang dilakukannya beberapa tahun lalu. Seperti yang dikatakan Keller, "Kami berencana untuk meningkatkan jumlah transistor sebanyak 50 kali lipat dan melakukan segalanya untuk mendapatkan hasil maksimal dari setiap tumpukan."
Pada saat yang sama, CPU 7nm yang mengikuti prosesor 10nm yang bermasalah tidak akan menghadapi kendala yang sama seperti pendahulunya. Untuk produksi prosesor 7-nm, litografi rentang ultraviolet ekstrim (EUV) dengan panjang gelombang hingga 13,5 nm akan digunakan. Dengan kata lain, teknologi proses 7nm telah berubah secara dramatis. Waktu akan menjawabnya, tetapi sekarang kami dapat dengan pasti mengatakan bahwa perkiraan Intel terlalu optimis.
Intel berencana untuk mempercepat transisi dari 7nm ke 5nm dan seterusnya. Ini berarti bahwa pabrikan akan secara aktif mengembangkan teknologi baru sebagai lawan dari teknologi yang mahal saat ini, bahkan jika itu membutuhkan investasi dalam penelitian dan pengembangan. Selain itu, dengan keterlibatan litografi EUV, Intel berharap dapat kembali ke tingkat produksi sebelumnya - setiap 2 tahun sekali, dimulai dengan teknologi proses 7-nm pada akhir 2021 dan mencapai peluncuran teknologi 1,4-nm pada 2029. "Saya pikir EUV akan membantu kita kembali ke kecepatan di mana transistor Hukum Moore meningkat," kata Davis.
Semua ini digabungkan memberikan kesan bahwa Intel mengembalikan standar untuk menciptakan arsitektur paling canggih dan prosesor tercepat. Apakah ini akan terjadi adalah pertanyaan lain. AMD sekarang bisa dibilang dalam posisi yang lebih baik daripada Intel, meskipun Intel lebih berupaya secara signifikan. Peta jalan strategis AMD untuk mikroarsitektur, termasuk Zen 3 dan Zen 4, ditambah dengan solusi teknologi TSMC, akan mendorong persaingan antara kedua pabrikan. Namun, kami tidak akan memprediksi kekalahan Intel.
Lagi pula, terakhir kali NetBurst dan Pentium 4 membuat jalan mereka dan Intel terhenti, jawabannya adalah Dinasti Inti dan kepemimpinan di pasar prosesor selama satu dekade.