Zatímco v těchto dnech vznikají 7nm čipy Zen 2 / Ryzen 3000 chystané k vydání před koncem letošního jara, připravuje se TSMC na spuštění druhé generace 7nm výroby s využitím EUV litografie (tj. 7nm+ neboli CLN7FF+ neboli N7+). Řeč je o výrobě sériové, neboť vzorky na tomto procesu vznikají od října 2018. TSMC by ráda převedla 7nm EUV výrobu na přívlastek „velkoobjemová“ ke konci tohoto kvartálu, v červnu. Původně se počítalo, že by se do tohoto stádia mohla dostat již v březnu, ale výrobce v mezidobí potkalo několik nečekaných komplikací (od kontaminaci chemikáliemi přes zavirování systémů až po porodní problémy s nasazením EUV).

Byť je řeč o v podstatě čtvrtletním odkladu, šlo by stále o velmi časné nasazení, neboť právě v červnu plánuje rozjet 7nm (EUV) výrobu i Samsung, který se variantě procesu bez EUV vyhýbal, aby díky ušetřenému času TSMC s EUV přeběhl. To se dosud nepodařilo a pokud je červnový termín pro oba výrobce definitivní, pak už se to asi ani nepodaří (případný rozdíl pár dní je nepodstatný).

Samsungem, jeho třemi generacemi 7nm procesu, ohlášeným 6nm a 5nm procesem, dále ohlášením 6nm a 5nm procesu TSMC, které jsou ovšem generačně posunuté vůči Samsungu a dále možným přejmenováním některých procesů se v tuto chvíli zabývat nebudeme. Na vysvětlení rozdílů a výhod jednotlivých procesů se podíváme separátně, třeba v pondělí.

7nm EUV proces TSMC i přes čtvrtletní zpoždění přichází relativně krátce po dokončení vývoje a spuštění výroby prvních vzorků. Časový odstup je pouze tři kvartály, zatímco u první generace 7nm procesu TSMC (bez EUV) šlo o kvartálů pět. Jedním z prvních významných zákazníků 7nm+ procesu bude HiSilicion s ARM SoC Kirin 985. Že má HiSilicon o výrobní kapacity TSMC enormní zájem, ostatně není nic nového. Otazníky se vznášejí nad Applem. Jeho SoC A13 měl být podle dosavadních informací vyráběný právě na 7nm+ procesu TSMC (N7+), ale podle zpráv, které začátkem týdne přinesl DigiTimes, půjde nakonec o vylepšenou verzi tohoto (7nm EUV) procesu, kterou Apple označuje jako „N7 Pro“. Apple A13 i HiSilicon Kirin 985 budou sériově vyráběné od druhého kvartálu tohoto roku.

Třetím známým zákazníkem 7nm EUV procesu Samsungu bude AMD s procesory architektury Zen 3, které pravděpodobně ponesou označení Ryzen 4000. Dosud toho o nich bylo řešeno velmi málo, a tak nebude od věci shrnout, co by vlastně mohly nabídnout:

• TSMC 7nm+ (N7+ / CLNFF7+) proces
• socket AM4 (byť asi ne každá deska bude kompatibilní, výrobci šetřili na kapacitě flash BIOSu)
• vydání v roce 2020
• zachování počtu jader Zen 2 v kombinaci s optimalizacemi efektivity

Zatímco první generace Zenu cílila (krom samotné nové architektury) na modulární design, druhá přináší (r)evoluční přechod k čipletovému konceptu (což s sebou nese nárůst počtu jader) v kombinaci s nárůstem FP IPC (INT IPC se podle dosavadních informací nemění). Na co by mohla být zaměřena třetí? S ohledem na vyjádření Marka Papermastera z AMD, který ji v listopadu 2018 komentoval slovy „modest device performance opportunities“, je nejpravděpodobnější zachování maximálního počtu jader, který přinese Zen 2 (tzn. 16 jader na socket AM4) a důraz na optimalizace.

Jsou v zásadě tři typy optimalizací, na které by se AMD se Zen 3 mohla zaměřit a všechny souvisejí s novým procesem. Jednak to je energetická efektivita. Proces 7nm+ sám o sobě by měl snížit až o 10 % spotřebu při stejných taktech oproti 7nm. Pokud by k tomu došlo na nějaké energetické optimalizace na úrovni architektury nebo řízení spotřeby (což je možné protože 16 jader v socketu AM4 je novinka a s řízením energetické stránky sbírá AMD zkušenosti), mohli bychom se dočkat kupříkladu toho, že výkon, který nabídne 16jádrový top model Ryzen 3000 při 105-125W TDP, přinese v roce 2020 16jádrový Ryzen 4000 při standardním 95W TDP.

Druhou možností pro optimalizace jsou taktovací frekvence. Nárůst taktů u 7nm procesu nebyl tak vysoký, jak se očekávalo, takže je možné, že se AMD pokusí se Zen 3 nahnat pár set MHz navíc. Samotný proces 7nm+ v tomto ohledu mnoho nepřinese, TSMC v poslední prezentaci vůbec výkon navíc u 7nm+ oproti 7nm nezmiňovala a proslýchá se, že má jít o 6-12 % navíc při stejné spotřebě. Jak už je tradicí, budou se tato čísla vztahovat na nízko taktované čipy, takže u produktů taktovaných na 4,5-5 GHz nepůjde o více než 100-200 MHz navíc (co se týče nárůstu daného procesem). Je však možné, že se AMD podaří dosáhnout o něco vyššího rozdílu optimalizací architektury.

	7nm	7nm+
označení	N7 CLN7FF	N7+ CLN7FF+
EUV
denzita	100 %	117-118 %
spotřeba (při stejných taktech)	100 %	90 %
takty (při stejné spotřebě)	100 %	106-112 %

Třetí sférou potenciálu pro optimalizace je IPC. Pokud u Zen 2 dokázala AMD přinést nárůst IPC i přes hlavní úsilí věnované rozdělení procesoru na čiplety a zvýšení počtu jader (což se u Zen 3 pravděpodobně dít nebude), mohl by být čas a prostředky na určitá výkonnostní ladění. Přestože s každou další generací ubývá limitů a slabých míst, jejichž odstraněním lze navýšit IPC, dá se očekávat, že pár procent navíc (řekněme tak 5 % oproti Zen 2 v průměru) by se z nového návrhu vyždímat dalo. AMD by si mohla dovolit pro tyto účely spotřebovat 17-18 % tranzistorů navíc. Právě tolik jí totiž dovolí 7nm+ proces TSMC bez toho, aby se zvýšila plocha čipů. Samozřejmě jí nic nebrání v tom počet tranzistorů výrazně neměnit nebo ho naopak navýšit třeba o 30-40 % (to se ještě do pouzdra vejde), ale oba extrémy se zdají být méně pravděpodobné.

Velkou neznámou je, kdy vlastně Zen 3 půjde na trh. AMD hovořila a stále hovoří o roce 2020. Neexistuje ale ani jedna indicie, která by naznačila, zda půjde spíše o začátek roku jako se Zen(+), o pololetí jako se Zen 2, nebo třeba o předvánoční sezónu. Faktem ale zůstává, že pokud se Zen 2 přinese do socketu AM4 až 16 jader, půjde o produkt s potenciálně velmi dlouhou tržní životností, který nebude potřeba nijak rychle nahradit něčím výkonnějším. Přinejmenším dokud se Intel neblýskne s desktopovými 10nm dvanáctijádry.