Après plus d'une décennie de domination, Intel a cédé la place à son principal concurrent, AMD. Jeremy Laird a tenté de comprendre où Intel s'était trompé de chemin et comment il réagirait face à l'ennemi.
Alors qu'est-il arrivé exactement à Intel? Le leader autrefois incontesté de la production de processeurs et de microcircuits est désormais inférieur à ses concurrents dans presque tous les indicateurs possibles. Les processeurs AMD se sont avérés plus sophistiqués et la technologie de production TSMC était plus efficace. On dirait qu'Intel a complètement perdu son chemin.
Même sur le marché des PC mobiles, où le fabricant est le leader absolu depuis des décennies, les processeurs Intel ont cédé la place au nouvel hybride Renoir d'AMD.
Les choses vont si mal qu'Apple a annoncé son intention de rompre les liens avec le fabricant et de commencer à produire ses propres puces ARM. Pire encore, la rumeur veut qu'Intel envisage lui-même un partenariat avec TSMC pour sortir certains produits à l'avenir, y compris la première carte graphique personnalisée. En fait, cela peut être une humiliation complète pour la société.
Ou est-ce juste une supposition? Malgré toutes les difficultés, le chiffre d'affaires d'Intel a atteint un record de 72 milliards de dollars l'année dernière. En réalité, le plus gros problème du constructeur est qu'il ne répond pas à la demande des centres de données dits hyperscale. Ce sont des entreprises comme Amazon, Microsoft, Google, Facebook et d'autres qui manquent tout simplement de processeurs Xeon. En attendant, il y a de bonnes raisons de croire qu'Intel reviendra bientôt à son ornière précédente en matière de production de puces et de microarchitectures de CPU.
Comment pouvez-vous décrire les problèmes et les malheurs d'Intel en un mot? «10 nanomètres», je dirais. Et ce n'est pas seulement l'échec de la technologie des puces - de tels arguments peuvent être avancés en faveur de toute entreprise de fabrication de microarchitecture qui se repose sur ses lauriers depuis des décennies. Mais 10 nanomètres! C'est une catastrophe.
Ce terme «10 nanomètres» désigne un procédé ou un assemblage utilisé pour fabriquer des puces informatiques. 10 nm en théorie est la taille des plus petits composants à l'intérieur d'une puce. Dans la pratique, cependant, les noms de processus et les tailles réelles des composants, tels que les grilles de transistor à l'intérieur d'un processeur de bureau, ont cessé d'être liés récemment. Et, très probablement, il n'y a pas de tel composant à l'intérieur du processeur Intel qui mesure vraiment 10 nm.
Ce manque de relation directe entre la taille des composants et la description de l'assemblage devient plus problématique lorsqu'il s'agit de comparer les flux de travail des fabricants concurrents. Mais plus là-dessus plus tard. Et maintenant, nous nous intéressons à la technologie de processus 10 nm d'Intel et à ses inconvénients. Il devait initialement être déployé en 2015. Nous sommes maintenant au second semestre 2020, mais la gamme de produits avec des puces de 10 nm est petite. Vous ne serez pas en mesure d'acheter des PC de bureau ou des processeurs de serveur basés sur le processus technique ci-dessus. Seuls les processeurs mobiles pour ordinateurs portables et tablettes sont passés à la technologie 10 nm, et uniquement ceux à faible et ultra faible consommation d'énergie. Le reste a été mis à jour à 14 nm.
Ces faits doivent être considérés en tenant compte de la norme adoptée par Intel lui-même - la loi de Moore, et il est donc nécessaire de prendre en compte la résistance aux lois de la physique à laquelle les concepteurs de puces ont été confrontés ces dernières années. Cependant, des difficultés encore plus grandes dans la fabrication de semi-conducteurs peuvent survenir lorsque des transistors individuels atteignent la taille d'une poignée d'atomes et subissent des effets quantiques mystérieux, tels que le tunneling. Mais c'est une histoire complètement différente.
Très probablement, tous les problèmes d'Intel se résument à une ambition excessive, à l'obsolescence d'une technologie de production particulière, peut-être à la complaisance et au manque d'investissement.
Selon Bob Swan, directeur général d'Intel, les problèmes 10 nm d'Intel sont «une sorte de dérivé de ce que nous avons fait dans le passé. Ensuite, nous avons essayé de gagner quoi qu'il arrive. Et lorsque les temps étaient particulièrement durs, nous nous sommes fixé des objectifs encore plus ambitieux. Et c'est pourquoi il nous a fallu plus de temps pour les réaliser ».
Attentes élevées des microcircuits
Pour un nœud technologique de 10 nm, cet objectif ambitieux se traduit par une augmentation de 2,7 fois de la densité des transistors. En d'autres termes, un nœud de 10 nm contient 2,7 fois plus de transistors par zone de puce unitaire qu'un nœud de 14 nm. Plus précisément, les processeurs 14 nm contiennent 37,5 millions de transistors par millimètre carré, tandis qu'un millimètre carré de cristaux de 10 nm contient 100 millions de transistors. L'augmentation spectaculaire de la densité des transistors rend la technologie 10 nm beaucoup plus ambitieuse par rapport à d'autres technologies de processus.
L'augmentation de 2,5 fois de la densité et la transition de la technologie 22 nm à 14 nm étaient impressionnantes, cependant, la transition de 32 nm à 22 nm représentait une augmentation de 2,1 fois de la densité et une augmentation de 2 fois de la densité de 45 nm à 32 nm. 3 fois. Comprendre ces changements permet d'expliquer les différences entre Intel et les nœuds concurrents. Par exemple, la technologie 10 nm d'Intel implique une densité de 100,8 millions de transistors par millimètre carré. Ce chiffre est légèrement supérieur aux 96,5 millions de transistors de TSMC (TSMC a annoncé plus tard 113,9 millions de transistors par millimètre carré pour une technologie de processus 7 nm améliorée). Les trois nœuds 7 nm de Samsung sont également inférieurs à la barre des 100 millions.
En effet, la technologie 10 nm d'Intel était très ambitieuse - à tel point qu'en 2017, la société a ajouté le label «Hyper Scaling» pour attirer l'attention sur l'augmentation de la densité. Rétrospectivement, on peut soutenir que les attentes étaient trop élevées. En effet, Intel a créé un nœud d'extrémité basé sur la lithographie UV lointaine (DUV) actuelle. En un mot, la taille des composants dans un microcircuit est déterminée par la longueur d'onde de la lumière utilisée dans les processus lithographiques. Ces processus gravent les composants sur la surface du substrat de silicium et les processeurs PC sont découpés dans les tranches de silicium.
Ce n'est pas une relation directe. Diverses techniques et options auxiliaires peuvent également avoir un impact, comme les masques réellement utilisés comme multiplicateur qui réduisent la taille des composants en dessous de la longueur d'onde réelle de la lumière.
L'équipement de fabrication de puces DUV utilise une lumière UV d'une longueur d'onde de 193 nm. Cependant, il existe une limite à la densité des transistors à une longueur d'onde donnée. Intel a dépassé cette limite.
Le résultat est un retard honteux de cinq ans dans la sortie du produit. C'est l'éternité en termes de dynamique de volume Intel et de loi de Moore. Même maintenant, il y a des indications que le processus 10 nm n'est pas ce qu'il devrait être. Donc Ice Lake, les nouveaux processeurs mobiles de dixième génération overclockent plus lentement que leurs prédécesseurs de 14 nm. Les processeurs Ice Lake 10 nm les plus rapides, le Core i7-1065G7, atteignent leur vitesse maximale à 3,9 GHz, tandis que le Core i7-8665U de 8e génération est 900 MHz plus rapide. C'est beaucoup, ce qui signifie que quelque chose ne va pas dans le processus de production.
Une autre preuve que le processus 10 nm n'a pas répondu aux attentes d'Intel est le jumelage de processeurs de 10e génération à faible consommation. En plus des processeurs Ice Lake actuels, une nouvelle famille Comet Lake est en cours de lancement, et les deux sont classés dans la 10e génération.
Comme Ice Lake, les processeurs mobiles Comet Lake sont disponibles dans des formats à faible consommation et à très faible consommation.
Mais contrairement à Ice Lake, Comet Lake utilise 14 nm, pas 10 nm, et s'étend aux modèles à 6 cœurs à une vitesse d'horloge maximale de 4,9 GHz.
En conséquence, vous pouvez déjà acheter un ordinateur portable avec un processeur portant le logo Intel de 10e génération, mais ce qui se trouve à l'intérieur de la boîte peut différer de celui déclaré. Si le processeur est à 2 ou 4 cœurs, il peut être de faible puissance ou ultra-faible puissance. Et aussi 10 nanomètres ou 14 nanomètres. Il peut être basé sur la microarchitecture Skylake 2015 ou le tout nouveau Sunny Cove, et également être considéré comme un lac de glace.
Problèmes de microarchitecture
La mention de Sunny Cove nous amène naturellement à un autre gros échec d'Intel: la microarchitecture. Jusqu'à la sortie de puces Ice Lake 10 nm pour les ordinateurs portables ultraportables à la fin de l'année dernière, un grand nombre de processeurs pour ordinateurs de bureau, ordinateurs portables et serveurs étaient basés sur la technologie de processus 14 nm, qui a fait ses débuts en 2014, et sur l'architecture Skylake, apparue en 2015. Les deux ont été gouvernés des milliers de fois, mais il n'y a eu aucun changement majeur dans les mises à jour.
De plus, depuis l'introduction de la microarchitecture Nehalem en 2008, Intel ne pouvait proposer que 4 cœurs de processeur pour les modèles de PC populaires. Cela s'est poursuivi jusqu'à la sortie en 2017 de la microarchitecture de Coffee Lake, une version évoluée de Skylake, et l'augmentation ultérieure à six cœurs. Depuis près d'une décennie, Intel n'a pas augmenté le nombre de cœurs pour ses modèles de produits grand public.
En un peu moins de deux ans et demi, Intel a relevé la barre à 10 cœurs pour les processeurs de bureau populaires avec la sortie de Comet Lake, une reconstruction Skylake de la famille de processeurs 14 nm. Il s'avère que pendant 10 ans, il n'y a pas eu de quarts de travail, puis il y a eu une augmentation de 2,5 fois en peu de temps. Qu'est-ce qui aurait pu conduire à une si forte augmentation du nombre de noyaux après une longue stagnation? La raison en est l'émergence de l'architecture Zen d'AMD et des processeurs Ryzen, dont la première génération est sortie en 2017. En termes simples, Intel était paresseux jusqu'à ce qu'il ait un concurrent.
Bien sûr, même avec dix cœurs, Intel est loin derrière AMD, qui propose actuellement 16 cœurs dans les PC populaires dotés de processeurs Ryzen de 3e génération. Leur avantage réside également dans le fait qu'ils sont basés sur la technologie de processus 7 nm de TSMC.
Dans le segment mobile, Intel n'est pas meilleur. La nouvelle gamme d'APU Renoir 7 nm d'AMD possède huit cœurs Zen 2 de 15 watts. Intel n'a réussi à fabriquer un Comet Lake Core-i7 10810U à 6 cœurs qu'en tant que concurrent. Il s'agit d'un processeur avec une vitesse d'horloge de seulement 1,1 GHz. Le Ryzen 7 4800U de 15 watts est doté de 8 cœurs et cadencé à 1,8 GHz. Pas une comparaison flatteuse.
Un regard vers le futur
Voici la version de l'accusation. Les dernières années n'ont pas été technologiquement fructueuses pour Intel. George Davis, le directeur financier de la société, a déclaré à propos du flop de 10 nm: «Ce nœud technologique ne sera certainement pas le meilleur de l'histoire d'Intel. Il est moins efficace que le procédé 14 nm et moins efficace que le procédé 22 nm. " Mais les conséquences des difficultés actuelles d'Intel sont-elles vraiment si désastreuses?
D'un point de vue financier, cette question peut trouver une réponse sans équivoque - non. En fait, non seulement la situation actuelle n'est pas si mauvaise, mais en fait, il n'y a aucun problème. Les revenus d'Intel ont atteint des niveaux records en 2019. Depuis mi-2018, ses ventes n'ont pas baissé en raison de la stagnation technologique, et le fabricant lui-même a éprouvé des difficultés à répondre à la demande de ses processeurs 14 nm.
Si vous creusez plus profondément, vous pouvez arriver à la conclusion qu'au moins une partie du problème réside dans le processus. Le nombre de cœurs dans les processeurs de serveur Intel a grimpé en flèche avec l'avènement de l'ère 14 nm. Intel propose désormais jusqu'à 28 cœurs dans une seule puce de processeur. Cela signifie que plus il y a de cœurs dans le même processus, moins de processeurs peuvent être extraits d'une plaquette semi-conductrice, ce qui à son tour peut conduire à une alimentation limitée.
Mais quoi qu'on en dise, Intel ne connaît aucune difficulté financière, et cette circonstance est la principale raison pour laquelle le constructeur peut donner une réponse décente à ses concurrents en termes de produits et de technologie.
Et cet effet est déjà visible. Les transformateurs de Ice Lake ont une nouvelle microarchitecture connue sous le nom de Sunny Cove. Il améliore les performances par horloge de 18% par rapport à Coffee Lake, un raffinement de la microarchitecture Skylake.
Et ce n'est que le début. Un facteur décisif dans la renaissance de la microarchitecture d'Intel a été l'inclusion de Jim Keller dans l'équipe, qui dirigeait l'équipe de développement des microprocesseurs.
S'il envisage de quitter ce poste dans six mois, la contribution qu'il peut apporter au développement de l'entreprise ne peut être sous-estimée. Keller est l'un des architectes de microprocesseurs les plus respectés, sinon les plus respectés.
Il est devenu célèbre pour le développement de la microarchitecture du processeur K8, nom de code Athlon 64, et la première puce d'AMD à concurrencer Intel. Plus tard, Keller a travaillé chez Apple, concevant une série de processeurs ARM de sa propre production, qui a ensuite pris les positions de leader sur le marché des smartphones et des tablettes. En 2012, Keller est revenu chez AMD, dirigeant le développement de la microarchitecture Zen et fournissant une fois de plus à AMD les outils pour lutter contre Intel. Après un bref mandat à la tête de l'équipe de développement de véhicules électriques de Tesla, Keller est devenu vice-président principal d'Intel en avril 2018.
Compte tenu du laps de temps écoulé entre la conception et le concept de la microarchitecture des processeurs et le lancement du produit, il est hautement improbable que les nouveaux cœurs Sunny Cove à l'intérieur des processeurs Ice Lake soient l'œuvre de Keller. Il en sera de même pour l'architecture de Willow Cove qui suit Sunny Cove. Il est prévu de sortir à la fin de cette année pour une famille de processeurs rétroportés 14 nm, c'est-à-dire utilisant le "reverse transfer" de la nouvelle microarchitecture vers le "vieux" procédé technique, les processeurs Rocket Lake.
La microarchitecture de Golden Cove franchira un pas encore plus grand et jettera les bases des transformateurs prévus du lac Alder plus tard l'année prochaine. Mais même Golden Cove ne peut pas être considéré comme une création complète de Keller. Pour ce faire, nous devons attendre la sortie d'Ocean Cove en 2022 ou 2023, bien que le départ imminent de Keller signifiera que son influence sur le projet sera probablement quelque peu limitée.
Il n'y a pas encore d'informations officielles sur Ocean Cove. Récemment, il y a eu des rumeurs selon lesquelles les performances de cette microarchitecture seraient 80% supérieures à celles de Skylake. Bien que ce ne soient que des rumeurs, nous savons avec certitude que Keller a un bilan exceptionnel et qu'Intel a un plan stratégique ambitieux qui va bien au-delà de ce qu'il a fait il y a des années. Comme l'a dit Keller, "Nous prévoyons d'augmenter le nombre de transistors de 50 fois et de tout faire pour tirer le meilleur parti de chaque pile."
Dans le même temps, les processeurs 7 nm suivant les processeurs problématiques 10 nm ne seront pas confrontés aux mêmes contraintes que leurs prédécesseurs. Pour la production de processeurs à 7 nm, une lithographie de la gamme ultraviolette extrême (EUV) avec une longueur d'onde allant jusqu'à 13,5 nm sera utilisée. En d'autres termes, la technologie de processus 7 nm a radicalement changé. Le temps nous le dira, mais nous pouvons désormais affirmer avec certitude que les prévisions d'Intel sont trop optimistes.
Intel prévoit d'accélérer la transition de 7 nm à 5 nm et au-delà. Cela signifie que le fabricant développera activement une nouvelle technologie par opposition à la coûteuse actuelle, même si cela nécessite des investissements en recherche et développement. De plus, avec l'implication de la lithographie EUV, Intel prévoit de revenir au rythme de production antérieur - une fois tous les 2 ans, en commençant par une technologie de processus 7 nm à la fin de 2021 et en atteignant la sortie de la technologie 1,4 nm en 2029. «Je pense qu'EUV nous aidera à revenir au rythme auquel les transistors de la loi de Moore augmentent», a déclaré Davis.
Tout cela pris dans son ensemble donne l'impression qu'Intel retourne les standards pour créer les architectures les plus avancées et les processeurs les plus rapides. Que cela se produise est une autre question. AMD est sans doute dans une meilleure position qu'Intel, bien que ce dernier fasse beaucoup plus d'efforts. La feuille de route stratégique d'AMD pour les microarchitectures, y compris Zen 3 et Zen 4, associée aux solutions technologiques de TSMC, favorisera la concurrence entre les deux fabricants. Cependant, nous ne prédirons pas la défaite d'Intel.
Après tout, la dernière fois que NetBurst et Pentium 4 ont fait leur chemin et Intel a calé, la réponse a été la dynastie Core et le leadership sur le marché des processeurs pendant une décennie.