انتل الضربات العودة

بعد أكثر من عقد من الهيمنة ، أفسحت Intel الطريق لمنافسها الرئيسي ، AMD. حاول جيريمي ليرد معرفة أين سارت إنتل في المسار الخطأ وكيف سترد على العدو.



إذن ما الذي حدث بالضبط لشركة Intel؟ أصبحت الشركة الرائدة بلا منازع في إنتاج المعالجات والدوائر الدقيقة الآن أدنى من المنافسين في جميع المؤشرات الممكنة تقريبًا. اتضح أن وحدات المعالجة المركزية AMD أكثر تطوراً ، وكانت تقنية إنتاج TSMC أكثر كفاءة. يبدو أن Intel قد ضلت طريقها تمامًا.



حتى في سوق أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، حيث كانت الشركة المصنعة هي الرائدة المطلقة لعقود من الزمان ، أفسحت معالجات Intel الطريق أمام Renoir hybrid الجديد من AMD.



الأمور سيئة للغاية لدرجة أن شركة آبل أعلنت عن خطط لقطع العلاقات مع الشركة المصنعة والبدء في إنتاج رقائقها القائمة على ARM. الأسوأ من ذلك ، أن الشائعات تقول إن إنتل نفسها تدرس شراكة مع TSMC لإصدار منتجات معينة في المستقبل ، بما في ذلك أول بطاقة رسومات مخصصة. في الأساس ، يمكن أن يكون هذا إذلالًا كاملاً للشركة.



أم أن هذا مجرد تخمين؟ على الرغم من كل الصعوبات ، حققت إنتل رقماً قياسياً قدره 72 مليار دولار في الإيرادات العام الماضي.في الواقع ، فإن أكبر مشكلة للشركة المصنعة هي أنها لا تستطيع مواكبة ديناميكيات الطلب من ما يسمى بمراكز البيانات فائقة النطاق. هذه شركات مثل Amazon و Microsoft و Google و Facebook وغيرها تفتقر ببساطة إلى معالجات Xeon الكافية. وفي الوقت نفسه ، هناك أسباب وجيهة للاعتقاد بأن Intel ستعود قريبًا إلى شبقها السابق فيما يتعلق بإنتاج الرقائق والبنى الدقيقة لوحدة المعالجة المركزية.



كيف يمكنك وصف مشاكل إنتل ومآسيها بإيجاز؟ أود أن أقول "10 نانومتر". وهو ليس مجرد فشل في تكنولوجيا الرقائق - يمكن تقديم مثل هذه الحجج لصالح أي شركة تصنيع معمارية دقيقة كانت تعتمد على أمجادها لعقود. لكن 10 نانومتر! هذه كارثة.



يشير هذا المصطلح "10 نانومتر" إلى عملية أو تجميع يستخدم لتصنيع شرائح الكمبيوتر. 10 نانومتر هو نظريًا حجم أصغر المكونات داخل الشريحة. ومع ذلك ، فمن الناحية العملية ، لم تعد أسماء العمليات والأحجام الفعلية للمكونات ، مثل بوابات الترانزستور داخل معالج سطح المكتب ، مرتبطة مؤخرًا. وعلى الأرجح ، لا يوجد مثل هذا المكون داخل معالج Intel بحجم 10 نانومتر بالفعل.



يصبح هذا النقص في العلاقة المباشرة بين حجم المكون ووصف التجميع أكثر إشكالية عندما يتعلق الأمر بمقارنة تدفقات عمل الشركات المصنعة المنافسة. ولكن أكثر عن ذلك لاحقا. والآن نحن مهتمون بتقنية المعالجة 10 نانومتر من إنتل وعيوبها. كان من المتوقع في الأصل أن يتم طرحه في عام 2015. إنه الآن النصف الثاني من عام 2020 ، لكن نطاق المنتجات ذات الرقائق 10 نانومتر صغير. لن تتمكن من شراء أجهزة كمبيوتر سطح المكتب أو وحدات المعالجة المركزية للخادم المبنية على العملية الفنية المذكورة أعلاه. فقط المعالجات المحمولة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية قد تحولت إلى تقنية 10 نانومتر ، وبعد ذلك فقط تلك ذات استهلاك الطاقة المنخفض والمنخفض للغاية. تم تحديث الباقي إلى 14 نانومتر.



يجب مراعاة هذه الحقائق مع الأخذ في الاعتبار المعيار المعتمد من قبل Intel نفسها - قانون مور ، وبالتالي من الضروري مراعاة مقاومة قوانين الفيزياء التي واجهها مصممو الرقائق في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، يمكن أن تنشأ صعوبات أكبر في تصنيع أشباه الموصلات عندما تصل الترانزستورات الفردية إلى حجم حفنة من الذرات وتخضع لتأثيرات كمومية غامضة ، مثل حفر الأنفاق. لكن هذه قصة مختلفة تمامًا.



على الأرجح ، تتلخص جميع مشاكل Intel في الطموح المفرط ، وتقادم تقنية إنتاج معينة ، وربما الرضا عن الذات وقلة الاستثمار.



وفقًا للرئيس التنفيذي لشركة Intel ، بوب سوان ، فإن مشكلات 10 نانومتر من Intel هي "نوع من مشتق مما فعلناه في الماضي. ثم حاولنا الفوز مهما حدث. وعندما كانت الأوقات صعبة بشكل خاص ، وضعنا أهدافًا أكثر طموحًا. ولهذا السبب استغرقنا المزيد من الوقت لتحقيقها ".

توقعات عالية من الدوائر الدقيقة

بالنسبة لعقدة تقنية 10 نانومتر ، يُترجم هذا الهدف الطموح إلى زيادة 2.7 مرة في كثافة الترانزستور. بمعنى آخر ، تحتوي العقدة 10 نانومتر على 2.7 مرة ترانزستورات لكل وحدة مساحة يموت من عقدة 14 نانومتر. وبشكل أكثر تحديدًا ، تحتوي المعالجات 14 نانومتر على 37.5 مليون ترانزستور لكل مليمتر مربع ، بينما يحتوي المليمتر المربع من بلورات 10 نانومتر على 100 مليون ترانزستور. الزيادة الهائلة في كثافة الترانزستور تجعل تقنية 10 نانومتر أكثر طموحًا مقارنة بتقنيات المعالجة الأخرى.



كانت الزيادة في الكثافة بمقدار 2.5 ضعفًا والانتقال من تقنية 22 نانومتر إلى 14 نانومترًا مثيرًا للإعجاب ، ومع ذلك ، فإن الانتقال من 32 نانومتر إلى 22 نانومتر يمثل زيادة في الكثافة بمقدار 2.1 ضعفًا وزيادة في الكثافة بمقدار ضعفين من 45 نانومتر إلى 32 نانومتر. ثلاث مرات. يساعد فهم هذه التغييرات في تفسير الاختلافات بين Intel والعقد المتنافسة. على سبيل المثال ، تشير تقنية 10 نانومتر من Intel إلى كثافة 100.8 مليون ترانزستور لكل مليمتر مربع. هذا الرقم أعلى قليلاً من رقم TSMC البالغ 96.5 مليون ترانزستور (أعلن لاحقًا TSMC 113.9 مليون ترانزستور لكل مليمتر مربع لتحسين تقنية معالجة 7 نانومتر). جميع العقد الثلاث 7nm من Samsung أقل من علامة 100M.



وذلك لأن تقنية 10 نانومتر من إنتل كانت طموحة للغاية - لدرجة أن الشركة أضافت في عام 2017 علامة "Hyper Scaling" للفت الانتباه إلى الكثافة المتزايدة. بعد فوات الأوان ، يمكن القول إن التوقعات كانت عالية جدًا. هذا لأن Intel صنعت عقدة نهائية بناءً على الطباعة الحجرية للأشعة فوق البنفسجية البعيدة (DUV) الحالية. باختصار ، يتم تحديد حجم المكونات في الدائرة المصغرة من خلال الطول الموجي للضوء المستخدم في عمليات الطباعة الحجرية. تنقش هذه العمليات المكونات على سطح ركيزة السيليكون ، ويتم قطع معالجات الكمبيوتر من رقائق السيليكون.



هذه ليست علاقة مباشرة. يمكن أن يكون لتقنيات وخيارات مساعدة مختلفة تأثير أيضًا ، مثل الأقنعة المستخدمة بالفعل كمضاعف لتقليل حجم المكونات التي تقل عن الطول الموجي الفعلي للضوء.



تستخدم معدات تصنيع الرقائق DUV ضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يبلغ 193 نانومتر. ومع ذلك ، هناك حد لكثافة الترانزستورات عند طول موجي معين. تجاوزت إنتل هذا الحد.



والنتيجة هي تأخير مخجل لمدة خمس سنوات في إصدار المنتج. هذا الخلود من حيث ديناميكيات حجم إنتل وقانون مور. حتى الآن ، هناك مؤشرات على أن عملية 10 نانومتر ليست كما ينبغي أن تكون. لذا ، فإن Ice Lake ، الجيل العاشر الجديد من المعالجات المحمولة تزيد سرعة تشغيلها أبطأ من سابقاتها 14 نانومتر. أسرع معالجات Ice Lake 10 نانومتر ، Core i7-1065G7 ، تصل إلى السرعة القصوى عند 3.9 جيجاهرتز ، في حين أن الجيل الثامن من Core i7-8665U أسرع 900 ميجا هرتز. هذا كثير من الجحيم ، مما يعني حدوث خطأ ما في عملية الإنتاج.



دليل آخر على أن معالجة 10 نانومتر لم ترق إلى مستوى توقعات إنتل هو توأمة معالجات الجيل العاشر منخفضة الطاقة. جنبا إلى جنب مع وحدات المعالجة المركزية Ice Lake الحالية ، يتم إطلاق عائلة Comet Lake جديدة ، وكلاهما مصنف على أنه الجيل العاشر.



مثل Ice Lake ، تأتي معالجات Comet Lake المحمولة بتنسيقات منخفضة الطاقة ومنخفضة الطاقة للغاية.



ولكن على عكس Ice Lake ، يستخدم Comet Lake 14 نانومتر ، وليس 10 نانومتر ، ويمتد إلى طرز ذات 6 نوى بسرعة قصوى تبلغ 4.9 جيجا هرتز.



نتيجة لذلك ، يمكنك بالفعل شراء جهاز كمبيوتر محمول بمعالج يحمل شعار الجيل العاشر من Intel ، ومع ذلك ، قد يختلف ما بداخل الصندوق عن الشعار المعلن. إذا كان المعالج 2 أو 4 نواة ، فيمكن أن يكون منخفض الطاقة أو منخفض الطاقة للغاية. وأيضًا 10 نانومتر أو 14 نانومتر. يمكن أن يعتمد على الهندسة المعمارية المصغرة Skylake لعام 2015 أو Sunny Cove الجديدة تمامًا ، كما يمكن اعتباره بحيرة الجليد.

مشاكل العمارة الدقيقة

إن ذكر Sunny Cove يقودنا بطبيعة الحال إلى فشل كبير آخر لشركة Intel - الهندسة المعمارية الدقيقة. حتى إصدار رقائق Ice Lake 10 نانومتر لأجهزة الكمبيوتر المحمولة فائقة الحمل في أواخر العام الماضي ، كان عدد كبير من المعالجات لأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم يعتمد على تقنية المعالجة 14 نانومتر ، والتي ظهرت لأول مرة في عام 2014 ، وبنية Skylake ، التي ظهرت في عام 2015. كلاهما حكم عليهما آلاف المرات ، لكن لم تحدث تغييرات كبيرة في التحديثات.



علاوة على ذلك ، منذ إدخال الهندسة المعمارية الدقيقة لـ Nehalem في عام 2008 ، لم يكن بإمكان Intel تقديم سوى 4 نوى معالجات لنماذج أجهزة الكمبيوتر الشائعة. استمر هذا حتى إصدار عام 2017 من العمارة الدقيقة لـ Coffee Lake ، وهي نسخة متطورة من Skylake ، والزيادة اللاحقة إلى ستة نوى. منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، لم تقم Intel بزيادة عدد النوى لنماذج منتجاتها السائدة.



في أقل من عامين ونصف بقليل ، رفعت إنتل الحد إلى 10 أنوية لمعالجات سطح المكتب الشهيرة مع إصدار Comet Lake ، وهو إعادة بناء Skylake الذي ينتمي إلى عائلة وحدة المعالجة المركزية 14 نانومتر. اتضح أنه لم تكن هناك نوبات لمدة 10 سنوات ، ثم حدثت زيادة 2.5 مرة في فترة زمنية قصيرة. ما الذي يمكن أن يؤدي إلى مثل هذه الزيادة الحادة في عدد النوى بعد ركود طويل؟ والسبب في ذلك هو ظهور بنية Zen من معالجات AMD ومعالجات Ryzen ، والتي تم إصدار الجيل الأول منها في عام 2017. ببساطة ، كانت Intel كسولة حتى حصلت على منافس.

بالطبع ، حتى مع وجود عشرة نوى ، فإن شركة Intel تتخلف كثيرًا عن AMD ، والتي تقدم حاليًا 16 مركزًا في أجهزة الكمبيوتر الشهيرة مع معالجات Ryzen من الجيل الثالث. تكمن ميزتها أيضًا في حقيقة أنها تعتمد على تقنية المعالجة 7 نانومتر من TSMC.



في قطاع المحمول ، إنتل ليست أفضل. يحتوي خط AMD الجديد من وحدات المعالجة المسرعة Renoir مقاس 7 نانومتر على ثمانية أنوية Zen 2 بقدرة 15 واط. تمكنت Intel فقط من صنع Comet Lake Core-i7 10810U سداسي النواة كمنافس. هذا معالج تبلغ سرعته 1.1 جيجا هرتز فقط. تم تجهيز Ryzen 7 4800U بقدرة 15 وات بثمانية أنوية وتردد 1.8 جيجاهرتز. ليست مقارنة إغراء.

نظرة إلى المستقبل

ها هي نسخة النيابة. لم تكن السنوات القليلة الماضية مثمرة من الناحية التكنولوجية لشركة Intel. قال جورج ديفيس ، المدير المالي للشركة ، عن تقليب 10 نانومتر: "هذه العقدة التقنية بالتأكيد لن تكون الأفضل في تاريخ إنتل. إنها أقل كفاءة من عملية 14 نانومتر وأقل كفاءة من عملية 22 نانومتر. " ولكن هل عواقب الصعوبات الحالية التي تواجهها شركة إنتل كارثية حقًا؟



من منظور مالي ، يمكن الإجابة على هذا السؤال بشكل لا لبس فيه - لا. في الواقع ، ليس الوضع الحالي فقط سيئًا للغاية ، بل في الواقع لا توجد مشكلة على الإطلاق. بلغت إيرادات إنتل مستويات قياسية في عام 2019. منذ منتصف عام 2018 ، لم تنخفض مبيعاتها بسبب الركود التكنولوجي ، وقد واجهت الشركة المصنعة نفسها صعوبات في تلبية الطلب على معالجات 14 نانومتر.



إذا تعمقت أكثر ، يمكنك التوصل إلى استنتاج مفاده أن جزءًا على الأقل من المشكلة يكمن في العملية. ارتفع عدد النوى في معالجات خادم Intel بشكل كبير مع ظهور عصر 14 نانومتر. تقدم Intel الآن ما يصل إلى 28 مركزًا في قالب معالج واحد. وهذا يعني أنه كلما زاد عدد النوى في نفس العملية ، قل عدد المعالجات التي يمكن استخلاصها من رقاقة واحدة من أشباه الموصلات ، مما قد يؤدي بدوره إلى إمداد محدود.



ولكن بغض النظر عن ما قد يقوله المرء ، لا تواجه Intel أي صعوبات مالية ، وهذا الظرف هو السبب الرئيسي الذي يجعل الشركة المصنعة قادرة على تقديم إجابة مناسبة للمنافسين من حيث المنتجات والتكنولوجيا.



وهذا التأثير مرئي بالفعل. تمتلك معالجات Ice Lake معمارية دقيقة جديدة تُعرف باسم Sunny Cove. يحسن الأداء لكل ساعة بنسبة 18٪ فوق Coffee Lake ، وهو تحسين لمعمارية Skylake المصغرة.



وهذه ليست سوى البداية. كان العامل الحاسم في إحياء الهندسة المعمارية الدقيقة لشركة Intel هو إدراج Jim Keller في الفريق ، الذي قاد فريق تطوير المعالجات الدقيقة.

على الرغم من أنه يخطط لترك هذا المنصب في غضون ستة أشهر ، لا يمكن التقليل من المساهمة التي يمكن أن يقدمها لتطوير الشركة. Keller هو أحد أكثر مهندسي المعالجات الدقيقة احترامًا ، إن لم يكن أكثرهم احترامًا.



اشتهرت بتطوير البنية الدقيقة لمعالج K8 ، المسمى الرمزي Athlon 64 ، وأول شريحة من AMD تتنافس مع Intel. في وقت لاحق ، عمل كيلر في شركة Apple ، حيث صمم سلسلة من المعالجات القائمة على ARM من إنتاجه الخاص ، والتي احتلت لاحقًا المراكز الرائدة في سوق الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. في عام 2012 ، عاد كيلر إلى AMD ، حيث قاد تطوير الهندسة المعمارية الدقيقة لـ Zen وزود AMD مرة أخرى بالأدوات لمحاربة Intel. بعد فترة وجيزة كرئيس لفريق تطوير المركبات الكهربائية في Tesla ، تولى كيلر منصب نائب الرئيس الأول لشركة Intel في أبريل 2018.

بالنظر إلى الفاصل الزمني بين التصميم والهندسة المعمارية الدقيقة للمعالج وإطلاق إطلاق المنتج ، فمن غير المرجح أن تكون نوى Sunny Cove الجديدة داخل معالجات Ice Lake من عمل كيلر. ينطبق الشيء نفسه على عمارة Willow Cove التي تتبع Sunny Cove. ومن المقرر أن يتم إصداره في نهاية هذا العام لعائلة من معالجات 14 نانومتر backported ، أي باستخدام "النقل العكسي" للمعمارية الدقيقة الجديدة إلى العملية التقنية "القديمة" ، معالجات Rocket Lake.



ستتخذ الهندسة المعمارية الدقيقة لـ Golden Cove خطوة أكبر للأمام وستضع الأساس لمعالجات Alder Lake المخطط لها في وقت لاحق من العام المقبل. ولكن حتى Golden Cove لا يمكن اعتباره إنشاءًا كاملاً لـ Keller. للقيام بذلك ، نحتاج إلى الانتظار حتى يخرج Ocean Cove في عام 2022 أو 2023 ، على الرغم من أن رحيل كيلر الوشيك سيعني أن تأثيره على المشروع سيكون محدودًا إلى حد ما على الأرجح.



لا توجد معلومات رسمية حول Ocean Cove حتى الآن. في الآونة الأخيرة ، كانت هناك شائعات بأن أداء هذه الهندسة الدقيقة سيكون أعلى بنسبة 80٪ من Skylake. في حين أن هذه مجرد شائعات ، فإننا نعلم على وجه اليقين أن Keller لديها سجل حافل وأن شركة Intel لديها خطة إستراتيجية طموحة تتجاوز بكثير ما فعلته قبل سنوات. كما قال كيلر ، "نخطط لزيادة عدد الترانزستورات بمقدار 50 ضعفًا ونبذل قصارى جهدنا لتحقيق أقصى استفادة من كل مجموعة."



في الوقت نفسه ، لن تواجه وحدات المعالجة المركزية 7 نانومتر التي تتبع معالجات 10 نانومتر الإشكالية نفس القيود مثل سابقاتها. لإنتاج معالجات 7 نانومتر ، سيتم استخدام الطباعة الحجرية لنطاق الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) بطول موجة يصل إلى 13.5 نانومتر. بمعنى آخر ، تغيرت تقنية المعالجة 7 نانومتر بشكل كبير. سيخبرنا الوقت ، لكن يمكننا الآن أن نقول بالتأكيد أن توقعات إنتل متفائلة للغاية.

تخطط Intel لتسريع الانتقال من 7nm إلى 5nm وما بعده. هذا يعني أن الشركة المصنعة ستعمل بنشاط على تطوير تقنية جديدة بدلاً من التكنولوجيا الحالية المكلفة ، حتى لو كانت تتطلب الاستثمار في البحث والتطوير. علاوة على ذلك ، وبمشاركة الطباعة الحجرية EUV ، تتوقع إنتل العودة إلى معدل الإنتاج السابق - مرة كل عامين ، بدءًا من تقنية معالجة 7 نانومتر في نهاية عام 2021 ووصولاً إلى إصدار تقنية 1.4 نانومتر في عام 2029. قال ديفيس: "أعتقد أن EUV سيساعدنا على العودة إلى السرعة التي تتزايد بها ترانزستورات قانون مور".



كل هذا معًا يعطي انطباعًا بأن Intel تعيد المعايير لإنشاء البنى الأكثر تقدمًا وأسرع المعالجات. ما إذا كان هذا سيحدث هو سؤال آخر. يمكن القول إن AMD الآن في وضع أفضل من Intel ، على الرغم من أن الأخيرة تبذل جهدًا أكبر بكثير. ستعمل خارطة الطريق الإستراتيجية لشركة AMD للهندسة المعمارية الدقيقة ، بما في ذلك Zen 3 و Zen 4 ، إلى جانب حلول TSMC التقنية ، على تعزيز المنافسة بين الشركتين. ومع ذلك ، فإننا لن نتوقع هزيمة إنتل.

بعد كل شيء ، في المرة الأخيرة التي شق فيها NetBurst و Pentium 4 طريقهما وتوقفت Intel ، كانت الإجابة هي سلالة Core والقيادة في سوق المعالجات لمدة عشر سنوات.