Zen 2 čiplet je menší než nejmenší 7nm SoC Applu
ARM SoC pro mobilní telefony bývají chápané jako epitom malých čipů. 7nm technologie to jen podtrhuje. Přesto 7nm Zen 2 dosáhne ještě menších rozměrů…
Repertoár Applu zahrnuje dva 7nm procesory: Větší Apple A12X o ploše 122 mm² a Apple A12 dosahující plochy 83,3 mm². Druhý zmíněný je určen pro iPhony a najdete ho od loňského podzimu v modelech iPhone XS a iPhone XR.
Mikrosnímek Apple A12 (Tech Insights a Anandtech)
Přestože toto téma bylo několikrát naťuknuto, bývá tento fakt docela přehlížen a proto si zaslouží explicitně zdůraznit, že osmijádrový Zen 2, tedy Zen 2 čiplet, je při ploše ~78 mm² menší čip než první 7nm sériově vyráběný čipy vůbec, 83mm² Apple A12. Nejde o to, co oba čipy při této ploše nabízejí, bylo by demagogické bez konkrétního kontextu srovnávat jejich výbavu (každý je určen a vybaven pro zcela jiný segment). Jde pouze o srovnání plochy, která je klíčovým prvkem od nějž se odvíjejí zásadní aspekty jako výtěžnost, dostupný objem výroby a výrobní cena.
Dále si zaslouží říct, že srovnání, které ilustruje, jak malá je plocha jádra Zen 2, nevyšlo jen tak náhodou proto, že zrovna tentokrát vyrobil Applu větší čipy než obvykle. Naopak, A12 je nejmenší SoC Applu celé moderní éry, od kdy společnost plochy jader (která jsou zalitá v pouzdrech) zveřejňuje.
| SoC Apple | rok | proces | plocha | oproti předchůdci |
|---|---|---|---|---|
| A12 | 2018 | 7nm TSMC | 83,3 mm² | -5 % |
| A11 | 2017 | 10nm TSMC | 87,7 mm² | -30 % |
| A10 | 2016 | 16nm TSMC | 125 mm² | +20% +30% |
| A9 | 2015 | 16nm TSMC 14nm Samsung | 104,5 mm² 96 mm² | +17 % +8 % |
| A8 | 2014 | 20nm TSMC | 89 mm² | -13 % |
| A7 | 2013 | 28nm Samsung | 102 mm² | +5 % |
| A6 | 2012 | 32nm Samsung | 96,7 mm² | -21 % |
| A5 | 2011 | 45nm Samsung | 122,2 mm² | ? |
| A4 | 2010 | 45nm Samsung | nespec. | ? |
Ta začíná čipem A5 - u starších se ještě Apple plochou nechlubil. Z celé řady SoC Apple AN je tedy A12 nejmenší, případně druhý nejmenší (oficiální plocha A4, prvního produktu z této generace, není známá a neoficiální čísla se různí, byť některé odhady uváděly plochu kolem 50 mm²). Průměrná plocha iPhonových SoC Applu činí 100 mm².
Z druhého pohledu můžeme ~78 mm² Zen 2 srovnávat s monolity předchozích generací AMD:
- Zen - 213 mm²
- Raven Ridge (APU) - 210 mm²
- Carrizo (APU) - 245 mm²
- Kaveri (APU) - 245 mm²
- Trinity (APU) - 246 mm²
- Llano (APU) - 226 mm²
- Piledriver - 315 mm²
- Bulldozer - 315 mm²
- Thuban (Phenom x6) - 346 mm²
- Deneb (Phenom x4) - 258 mm²
Zkrátka z plochy křemíku, která byla zapotřebí na výrobu takového Bulldozeru, vzniknou 4 čiplety Zen 2 o celkem 32 jádrech. Přitom je třeba ještě mít na paměti, že díky rozložením na čiplety stoupá výtěžnost. Pokud na plochu 315 mm² vyšel jede defekt, znamenalo to pro Bulldozer, že v lepším případě (pokud defekt vyšel do jádra nebo cache) bude nutné 8jádrový čip prodat za mainstreamovou cenu jako 6jádrový. Pokud onen defekt nevyšel zrovna do místa, kde je jádro nebo cache, ale obvody nutné pro funkčnost čipu, šlo celých 315 mm² křemíku do recyklace.
Pokud ovšem na plochu 315 mm² vyjde defekt při výrobě Zen 2, pak tři čiplety budou plně funkční, osmijádrové a použitelné k výrobě jakýchkoli top modelů high-endových procesorů (ať už Ryzen, ThreadRipper nebo Epyc). Čtvrtý čip s defektem se v lepším případě uplatní jako šestijádrový, v horším půjde jeho ~78 mm² do recyklace. I případný čip s šesti aktivními jádry z osmi ale nemusí být prodán za cenu mainstreamu. Díky konceptu čipletů ze dvou takových kousků půjde poskládat například high-endový 12jádrový Ryzen, high-endový 24jádrový ThreadRipper nebo high-endový 48jádrový Epyc.
Podstatné je, že s tímto přístupem nejen dramaticky roste výtěžnost, ale především jde o obrovskou úsporu křemíku, takže z dostupného počtu waferů, které může TSMC nabídnout, bude AMD schopna vyrobit mnohem větší množství procesorů, než kdyby zůstávala u monolitů. Vydělení čipsetu do samostatného 14nm čipletu pak dále snižuje nároky na křemík oproti hypotetickému 7nm monolitu.
Na čem tedy visí výroba a vydání Zen 2?
Výtěžnost sama o sobě při této ploše nemohla být problém již v počátcích 7nm výroby (pokud byla dostatečná pro telefonní SoC, nebyla by problém pro procesor), rozdíl je v tom, že pro SoC se používá varianta procesu optimalizovaná na spotřebu, pro procesory varianta optimalizovaná na výkon, která byla připravená o něco později.
Druhá věc je, že návrh Zen 2 vznikal původně pro proces GlobalFoundries, takže odladění pro linky TSMC si mohlo vyžádat úpravy (či revizi navíc), která stojí určitý čas. Nakonec může určitou roli hrát i vývoj ceny procesu a jak proces zvládá vysoké frekvence.
Ryzen 3000 se Zen 2
Pokud jde o objemy výroby, limitující nejspíš nebude objem výroby křemíkových jader. Ten je jednak rozdělen mezi TSMC (7nm) a GlobalFoundries (14nm) a jedna mu pomáhá výše popsané rozdělení 7nm čipů na menší osmijádrové čiplety. Zvládá-li TSMC od loňského léta chrlit 83mm² a 122mm² 7nm čipy pro Apple, nebudou jistě ~78mm² čipy pro AMD problém. Spíš než kapacity na výrobu křemíkových jader by tak mohly být limitem kapacity na jejich pouzdření. S tím ale AMD patrně počítala a podle dostupných informací budou na pouzdření nových Ryzenů připravené továrny v Penangu (Malajsie) a Suzhou (Čína), které jsou stále z 15 % v majetku společnosti, a dále také továrny SPIL (Siliconware Precision Industries) spadající pod Tchajwanský ASE Technology Holding.
Epyc / Zen 2
Celá situace působí tak, že se AMD dlouhodobě připravovala na velké objemy poptávky po Ryzen 3000 čipletovým konceptem Zen 2 počínaje a enormními kapacitami na pouzdření čipů konče (Epyc a tudíž i ThreadRipper bude pouzdřit TSMC, takže tyto produkty nebudou ubírat kapacit pro Ryzeny). Otázkou už zůstává jen to, kdy AMD plánuje stisknout spoušť a startovním výstřelem celou srandu spustit. Za současné situace paradoxně nemá důvod chvátat, 12nm Ryzeny se prodávají skvěle a Intel nemá jak jim konkurovat více než nyní, protože vlastní výrobní kapacity vytížil naplno již loni, snižování cen by mu nic nepřineslo, objem výroby zvýšit nemůže a 10nm proces v desktopu nejspíš využije až v příštím roce. 10nm proces by mu letos mohl pomoci jedině v mobilní sféře tím, že by s menším počtem linek (oproti 14nm výrobě) dokázal obsloužit tutéž poptávku po mobilních procesorech a zbylo by mu více 14nm linek pro desktop. Jenže i tuto hypotetickou výhodu patrně vyruší očekávaný větší desetijádrový Comet Lake, který opět zvýší nároky na plochu křemíku při výrobě jednoto 14nm čipu.
Celá výroba x86 procesorů co do hledání efektivity a udržení rentability výroby začíná připomínat alchymii. Při současné extrémní úrovni využívání výrobních kapacit se začínají čím dál více projevovat různé synergie, vzájemné složité vazby, až efekt motýlích křídel, kdy každá sebemenší změna má ve svém důsledku citelné dopady i na výrobu úplně odlišné sorty produktů.
