Intel Comet Lake U: Noch eine Generation auf 14-nm-Basis

[Redaktion]

Nachdem Intels Cannon Lake CPUs im 10-nm-Fertigungsverfahren ursprünglich für Ende 2015 geplant waren, werden wohl auch 2019 noch neue 14-nm-Chips vorgestellt werden. Unter dem Codenamen "Comet Lake" sind bald neue Notebook-Prozessoren zu erwarten.

https://www.notebookcheck.com/Intel-Comet-Lake-U-Noch-eine-Generation-auf-14-nm-Basis.308680.0.html

[JKM]

Hört sich wirklich schlimm an.

Lange Zeit kam bei mir der Gedanke, ob die 10nm-Verspätungen ein technisches oder ein wirtschaftliches Problem ist. Eben, weil bei einem wirtschaftlichen Problem das "Preis"-Leistung-Verhältnis (bzw. genauergesagt Kosten-Leistungs-Verhältnis) bei einer neuen Fertigung lange schlechter aussehen kann. Ausschlaggebend ist der kaum gesteigerte Takt und somit die Performance, während die Effizienz erst zum tragen kommt, wenn die Performance und somit der hohe Takt passt.

Zwar benötigen Notebooks eher die Effizienz als die Performance, aber der Takt von Notebooks nähert sich aufgrund der Multi-Cores immer mehr an den Takt der Desktop-Modelle. Kurioserweise war kürzlich eine Zeit lang der Takt eines Notebook-Modells um 100Mhz höher als der Takt aller Desktop-Modelle.

Auch wenn Intels 10nm ziemlich deutlich auf ein technische Problem hindeteten, (den Cannon Lake gabe es nicht im niedergetaktenten 5W-Markt, sondern als Restls-Verkauf im 15W-Markt), wollte ich den Dinosaurier noch nicht abschreiben, und somit das Problem auf der technischen Seite sehen.

Rückblickend ist es ein Wahnsinn.
Vor 2 Jahren wurde man in einer Diskussion extrem schräg angesehen, wenn man damals den Zen auf eine -10 bis -5% IPC-Performance des Haswells spekulierte. Da wurde ebennfalls betont, dass AMD mit Zen eh wieder zu spät kommt, weil Intel vielleicht noch 2016 oder sicher 2017 mit 10nm kommen wird. 2 Jahre später hat Zen bzw. RyZen quasi ein Core-Performance sowie ist 10nm immer noch nicht da, wo gleichzeitig Intel wegen der 7nm-Fertigung zweier Foundrys mächtig unter Druck gesetzt werden kann.

Zwar ist "AMDs" 7nm nichtmal so gut wie Intels 10nm, aber der Abstand von AMDs 14nm zu Intels 14nm war damals größer. Damit macht AMD fertigungsmäßig offensichtilch einen größeren Schritt nach vorne. Zusätzlich zum größeren Fertigungsschritt macht AMD mit Zen2 (welche schon im Labor laufen) seitens der Architektur wahrscheinlich auch einen größeren Schritt.

Und wenn Intel den Schritt auf 10nm nicht hinbekommt, dann sieht es ziemlich schlimm für Intel aus. Denn was ein Fertigungs-Rückschritt bedeutet, kann man auch in der Bulldozer-Zeit betrachten, wo selbst Carrizo und Bistrol Ridge den 32nm-Sandy-Bridge (letzter Core mit selber 28/32nm-Fertigung) trotz geringeren IPC sogar Single-Thread-mäßig gehörig Konkurrenz machen konnte.

[RobertJasiek]

Ich hätte eine Idee für Intel: die Chips von Auftragsfertigern herstellen lassen mindestens, bis Intel die eigene Herstellung in den Griff bekommt.

Allerdings will ich auch malwarefreie Chips kaufen. Intel muss auch Spectre und Meltdown vollständig ausmerzen.

[JKM]

RobertJasiek
Ich hätte eine Idee für Intel: die Chips von Auftragsfertigern herstellen lassen mindestens, bis Intel die eigene Herstellung in den Griff bekommt.

So easy ist das nicht.
Denn eine 7nm-Foundry-Fertigung kann für Intel sogar schlechter sein, als wenn Intel ihre 14nm noch feiner weiterentwickelt. Denn die 7nm der Foundries ist größemäßig zwischen Intels 10nm und 14nm. Weiteres kommt die Technologische Verarbeitung von Stoffen (SOI, SiGe, ...) hinzu, die eine Fertigungs-Größe noch performanter in Bezug auf ein höheres Takt-Potential und bzw. oder eine höheren Effizienz macht.

Genau diese Probleme hatte AMD, als sie damals von Own-Factory (Spezialisiert) auf Foundry-Factory (Allgemein) umgestiegen sind, was für AMD zuerst ein Rückschritt war. Genau deswegen gabe es keinen 28nm-8-Kern-Bulldozer, weil die 28nm-Bulk-Fertigung nicht die 5 Ghz-Takte erreichte, wie es die 32nm-SOI-Fertigung schaffte.

Genauso hatte der RyZen 1 mit 8-Kernen (1800X mit 3,6 Ghz-Basis + 4,1 Ghz-Turbo) beinache exakt die selben Takte, wie der Bulldozer 1 (8150 mit 3,6 Ghz-Basis + 4,2 Ghz-Turbo) im Jahr 2011. Eigentlich hatte der RyZen 1 nach 6 Jahren sogar 100Mhz weniger Turbo-Takt als die damals sehr problematische 32nm.

Hingegen hat Intel in diesen 6 Jahren sehrwohl einen deutlichen Turbo-Taktfortschritt gemacht, wo sie mit jeder Fertigungs-Generation von 65nm bis 14nm um so 200-300 Mhz dazugewinnen konnte. Auch wenn diese Zugewinne meist am Ende des Fertigugns-Zyklus stattfanden.

Immherhin hat Intel jetzt ihr Taktpotential bei 14nm von 4,7 auf 5,0 Ghz gesteigert, obwohl Intel dieses Taktpotntial bei 14nm schon davor von 4,3 auf 4,7 Ghz gesteigert hat. Eigentlich ist das für Intel-Verhältnisse aus den letzten Jahr schon eine überdurchschnittliche Leistung, was zeigt, dass diese 14nm+++++ Fertigung doch noch etwas an Effizient und Performance rausbringen können.

Im Vergleich zu den Effizienz und Performance-Sprüngen, die AMD in den letzten 15 Monate zeigte, sind diese obengenannten überdurchschnittlichen Zuwächse ja nicht so auffällig.

Aber eigentlich war das immer so.
Denn du brächtest ja nur die AMD-Entwicklung von 2011 bis 2016 betrachte, wo AMD enorme Fortschritte schaffte, aber Fertigungs-Seitig bei 28nm geblieben ist.

Hingegen hat Intel schon im April 2012 den Vorteil der 22nm gehabt, welches wegen der 3D-Transistoren zusätzlich enorme Static-Transitor-Verlustreduktion hatte. Nur im Jahr 2011 hatte Intel wie AMD eine 32nm-Fertigung bei Notebook-CPUs. Aber da hatte Intel damals den besseren Turbo-Core, der deutlich agressiver und höher Takten konnte. Und nebenbei war dieser noch ausgereifter, welcher somit smoother turbotaktet.

Zusätzlich gabs kaum Multi-Thread-Anwendungen sodass Intels 32nm deutlich performanter & effizienter bei 32nm rüberkamen, obwohl die Effizienz und Perormance bei syntetischen Multi-Thread-Anwendungen sehr ähnlich waren.

Also, obwohl AMD damals 2011 mit K10/Bulldozer Fertigungsbereinigt effizienz-Technisch den Intel-Cores fast auf Augenhöhe, könnte AMD seitdem relativ gesehen (also, ohne Fertigungs-Vorteil) besser entwickelt haben als Intel. Absolut gesehen sah es gegenteilig aus, weil Intel mit weiteren Fertigungs-Sprüngen ihren Fertigungs-Vorsprung immer weiter ausbauen konnte.

Zen ist ja nichts anderes als eine von Grund auf neu entwickelte CPU-Architektur, wo sie jene Techniken entwickelten, die sie zuerst bei Bobcat einsetzten und diese Techniken dann bei der Bulldozer-Architekutur (Steamroller ... IP-Technik & Automatische Architektur-Tool-Entwicklung; Excavator ... High-Density-Verfahren) ausprobierten. Und diese Architektur-Weiterentwicklungen waren alle samt (von Piledriver, Steamroller und Excavator) keine IPC-Architektur-Weiterentwicklungen.

Erst Zen1 war die nächste echte Architektur-Weiterentwicklung von Bulldozer1 wo man z.b. die 4-ALU-CMT-Architektur des Bulldozers auch als normale Architektur-Weiterentwicklung des 3-ALU-Architektur sehen kann, weil Intel selber keine 4-ALU-Core entwickeln konnte. Denn die Herausforderung ist, eine Front-End zu schaffen, die ein 3 oder 4-ALU-Core gut auslasten kann, damit eine Architektur effizient wird. Und das eben auch bei hohen Takten von 3,5-5 Ghz.

Der effektive 4-ALU-SMT (Netburst) ging ja gehörig in die Hose, wo Intel dann wieder auf ein 3-ALU-Design (Core 1 oder 2) auch im Desktop-Markt zurückging.

Also, AMDs CPU-Entwicklung ist seit Piledriver in eine andere Richtung gegangen, die voll auf eine Froundry-Fertigung optimiert wurde. Es sind ja auch die selben Architektur-Techniken die die GPUs sowie ARM nutzen. Diese hat AMD ja mit ATI ins Unternehmen geholt und diese Techniken erstmals mit Bobcat verwendet.

AMDs Zen1-Architektur ist so bis 4,0 Ghz oder 4,5 Ghz optimiert. Danach steigt der Stromverbrauch überdurchschnittlich an, während 4,5 Ghz wohl nur mit einem ausgereiften 7nm (wenn überhaupt) erreicht wird.

Intels Architektur ist für so 5,0 Ghz oder etwas mehr optimiert, deren Takten aber nur mit einer ausgreiften Own-Factory-Fertigung erreicht wird. Mit einer miderwertigen Foundry-Fertigung wohl kaum, auch wenn diese kleinere Sturkturen hat, aber anfangs ja auch nicht ausgereift sind.

Nicht zu vergessen, dass Intel versuchte den Atom bei TSMC fertigen zu lassen und dabei kläglich scheiterte. Eben, weil der Atom die selben Architektur-Entwicklungskonzepte hat, wie Intels Core iX sowie es AMD bis Bulldozer1 (2011) hatte, [wo AMD damals dann auf ein anderes Architektur-Konzept umstieg]

So komplex und schwierg dieser Umstieg für AMD von ATI-Kauf (2006 oder) 2008/8-2012/3 war, so schwierig wäre er für Intel heute. Nach diesem Umstieg wurde Zen entwickelt und AMD konnte erst 2017 die ersten Früchte dieses neuen Weges ernten. Aber genau in diesen vielen oder 10 Jahren wurde AMDs Arbeit ja nicht honoriert oder verstanden. Ich glaube, die versteht man erst, wenn Intel noch die nächsten Jahre noch Probleme haben wird.

Es stellt sich die Frage, ob auch Intel in den nächsten Jahren in eine schwere Krise kommen, wenn sie nur Zen1 als Konkurrenten hätten. Und nicht noch Zen2. Und im schlimmsten Fall bringt AMD eine ziemlich gereifte 7nm-Fertigung bevor Intel mit einer ziemlich gereiften 10nm kommt.

Kurz gesagt.
So mal schnell umstiegen bringt nicht viel bzw. ist wesentlich schwieriger als mal glaubt sowie würde ein Umstieg vielleicht nur einen Teil von Intels momentanen Problemen lösen.

Und wirklich vorwerfen kann man es Intel nicht.
Denn es waren ja auch die PC-Experten, die Intels Weg bis RyZen ständig hochlobten, weil sie AMDs Weg in den vielen Jahren davor als Schwäche sahen.

[RobertJasiek]

Danke, nun sehe ich viel klarer!

[JKM]

Wobei eine reine Klarheit man nie bekommt.

Denn man kann als Aussenstehender nicht unterscheiden, ob z.b. Intel Probleme hat oder AMD einfach noch schneller entwickelt.

Man stelle sich vor, AMD hätte für die Entwicklung von Zen etwas länger gebraucht und Intel würde noch immer gegen die 28nm-Bulldozer konkurrieren. Denn dann hätte Intel wohl keinen 8700K mit noch mehr Takt (4,7 Ghz) sowie noch mehr Kernen gebracht (6 statt 4).

Sehr offensichtilch ist auch der Kaby Lake mit 7700K, wo Intel wohl wegen einem zukünftigen Konkurrenten nochmals 300 Mhz gegenüber den 6700K draufgelegt hatte. Dieser ist 2-3 Monate vor RyZen-Desktop am Markt gekommen, so wie die Kaby Lake Mobil CPUs mit 4-Kernen bei 15W ebenfalls 2-3 Monate vor RyZen-Mobile am Markt kam.

Ohne RyZen hätte Intel wohl weiterhin CPUs mit knapp über 6700K-Niveau (4,2 Ghz) verkaufen können und diese bis zur wirtschaftlichen 10nm-Einführung jedes Jahr einen +100 Mhz an Single-Thread-Takt drauflegen können, wie sie es in der Vergangenheit machten.

2008 (3,5 Ghz) - Core i7-960
2009 (3,6 Ghz) - Core i7-975 XE - 45nm
2010 (3,7 Ghz) - Core i7-990X  --- 32nm
2011 (3,9 Ghz) - Core i7-2700K
2012 (3,9 Ghz) - Core i7-3770K -- 22nm
2013 (3,9 Ghz) - Core i7-4770K
2014 (4,4 Ghz) - Core i7-4790K -- 22nm
2015 (4,2 Ghz) - Core i7-6700K -- 14nm -  7 Jahre nach 960er ganze +700Mhz
2016
2017-Q1 - (4,4 Ghz) - Core i7-7700K - 3 Monate vor Zen
2017-Q4 - (4,7 Ghz) - Core i7-8700K - 7 Monate nach RyZen 1
2018-Q2 - (5,0 Ghz) - Core i7-8086K - 3 Monate nach RyZen 2

1)
9 Jahre nach 960er hatte der Core i7-7700K nur eine +900Mhz höheren TurboTakt.

2)
Obwohl sich 14nm von Anfang 2014 auf Ende 2014 verschob, gab es etwas mehr als 2 Jahre nach der 14nm-Einführung (Herbst 2014) im 1Q-2017 eine 14nm-CPU die mit 4,4 Ghz einen Takt wie eine alte 22nm-CPU ( Core i7-4790K ) hatte.

Ohne RyZen hätte Intel wahrscheinlich den 10nm-Connanlake 2017 auch so bringen können

2014 (4,4 Ghz) - Core i7-4790K -- 22nm
2015 (4,2 Ghz) - Core i7-6700K -- 14nm
2016
2017 - (4,0 Ghz) - Core i7-7700K - 10nm ???

Warum nicht auch mit so mit 10nm.
Denn Intel wurde ja über Jahre stetig hochgejubelt, nachdem sie in 7 Jahren nur +700 Mhz zulegen konnte und dann mit 14nm den Takt vorerst um 200 Mhz (4,2 statt 4,4 Ghz) zurückschraubte. Da wäre ein weiterer Rückgang bei 10nm um 200 Mhz auf 4,0 Ghz auch nicht wirklich aufgefallen, weil die Masse ständig jubelt, dass Intel sich das aufgrund dem Vorsprung auf AMD sichs hätte leisten können.

Dazu eine Artikeln vom 1.Augst.2016
http://www.pcgameshardware.de/Cannonlake-Codename-261775/News/10-nm-Produktion-2016-1203286/
Demnach sollen die Anlaufkosten für die Fertigung in 10 Nanometer in der zweiten Jahreshälfte 2016 "ziemlich signifikant ansteigen". Der größte Brocken werde im jetzt laufenden, dritten Quartal gestemmt, weitere Kosten würden aber auch noch im vierten Quartal anfallen. Das hört sich so an, als könnte Intel dieses Jahr noch die Risikoproduktion in 10 nm starten. Das wäre insofern wichtig, da 2017 die ersten Cannon-Lake-CPUs in 10 nm in den Handel gelangen sollen.

Komisch, im 1.August.2016 war ein signifikanter Produktions-Anstieg der des 10nm-Cannon-Lakes geplant und dann kam 5 Monate später der 7700K mit veraltendem 14nm, aber mit einem deutlichen Takt-Sprung (aber auch nur) auf 22nm-Niveau.

Und dann hat man noch 2018 mit einem 5Ghz-Core i7 8086K draufgelegt.

Klar, mit (sagenwirmal) 4,0 Ghz wären die Yields bei einem Verkaufspreis von 300-500 $ im Jahr 2017 ohne RyZen-Konkurrenz vielleicht noch in Ordnung gewesen. Und damit die niedrigen Max-Takt nicht so auffallen, hätte Intel diesen vielleicht noch mit 6 statt 4 Kernen bestücken können, was wegen der höheren Effizienz von 10nm die logische Folge gewesen wäre.

Also, jene Yield bzw. Produktions-Qualität, die bei 4,0 Ghz Single-Turbo-takt noch in Ordnung gewesen wäre, könnte bei geforderten neuen 4,4 Ghz @ 2017 vielleicht wieder mieserable sein.

Das gleiches Spiel könnte auch 2017 gegeben haben, wo Intel ja die 10nm noch für Ende 2017 versprochen hatte. Zwar könnte die 10nm-Yield bei 4,4 Ghz im Jahr 2017 deutlich gestiegen sein könnte, aber schlussendlich brachte Intel danach oder stattdessen den 8086K @ 14nm mit 5,0 Ghz-Turbo-Takt.

Fazit:
Deshalb muss man unterscheiden, ob einfach nur die Konkurrenz schneller entwickelt, oder Intel selber die Probleme hat. Wie im vorigen Beitrag geschrieben, ist der RyZen 1 mit 4,1 Ghz-Turbo-Takt im Jahr 2017 auch noch 100 Mhz kleiner als der Bulldozer1 mit 4,2 Ghz-Turbo-Takt im Jahr 2011. Der Große Unterschied liegt in der Effizienz [darausfolgend die 8-Core-SMT statt 4-Core-CMT] sowie der Single-Thread-Performance.

Nachdem Intel innerhalb von 1,5 Jahren den Turbo-Takt um 800 Mhz von 4,2 auf 5,0 Ghz steigerte, nachdem Intel davor in 7 Jahren nur +700Mhz steigern konte, ist "die Verspätung" oder einfach die verspätete Einführung von der neuen Fertigung nicht wirklich verwunderlich.

Erst recht, wenn Intel (22nm auf 14nm) wie AMD (28nm auf 14nm) bei den letzten Struktur-Einführungen von kleineren Strukturen mit Turbo-Takt-Rückgängen in den Markt kamen.

Ich denke, dieses Turbo-Max-Takt-Problem ist AMD bei Zen bewusst aus dem Weg gegangen und hat stattdessen einige Architektur-Techniken bei Zen verwendete, die Zen deutlich effizienter machte (mit dem High-Density-Verfahren) sowie deutlich schneller IPC-mäßig in die Breite entwickelten (mit automatischer Architektur-Entwicklungs-Tool) sowie diese schneller & einfacher in das Design (mit IP-Technik & MCM 2.0-Technik) verbauen lässt.

Damit konnte AMD vielleicht die Zen-Architektur eben schon 2017 statt 2018/19 bringen [automatischer Architektur-Entwicklungs-Tool], sowie die Zen-Kerne voll auf IPC-High-Performance [High-Density-Verfahren]] schon mit 8-Kernen bringen. Beides natürlich auf kosten des Turbo-Max-Taktes.

Und diese Strategie passt zur Foundry-Fertigung, die ebenfalls nicht auf Maximale Turbo-Takte entwickelt wird, aber dafür deutlich einfacher & billiger und früher fertig wird. Deshalb hat der RyZen 2 mit +250 Mhz Turbo-Takt ja auch nur mäßig mit zusätzlichen +10W-TDP zugelegt.

Nicht viel anders wird es wahrscheinlich mit 7nm passieren, wo der RyZen 3 vielleicht auch nur 4,0 Ghz Basis und 4,2-4,3 Ghz Turbo-Takt kommen wird. Aber genau diesen niedrigen Takt will AMD wohl mit einer höheren IPC des Zen3 kompensieren [den AMD wegen der automatischen Architektur-Tool-Entwicklung IPC-breiter als üblich im selben Zeitrahmen entwickeln konnte], um für Gamer seitens der Performance doch nochmals zulegen zu können. Für den Server- & Notebook-Markt ist Zen2 weniger wichtig als die Effizienz der 7nm-Fertigung.

Und so hätte AMD, falls es stimmen mag, eine Klare & Abgestimmte Architektur- & Fertigungs-Entwicklung für alle Märkte (Server, Notebook, Gaming-Desktop), die die Probleme neuer verkleinerte Fertigungs-Strukturen ziemlich optimal berücksichtigen mag.

Schlussendlich darf nicht vergessen werden, dass AMD bei der 14nm-Einführung keine Fertigungs-Problemen (Yield oder Takt) hatte. Intel dagegen sehrwohl. Und zaubern kann AMD ja auch nicht. Vielleicht liegt es nur an den neuen Konzepten

[E-Arbeiter]

Wann die nächsten großen Zugewinne in Sachen Leistung pro Watt von Intel zu erwarten sind ist derzeit schwer vorherzusagen.

Das ist irgend wie egal. Die morgige NBs werden mit morgigen CPUs und GPUs genau so aus allen Löchern pfeifen, wie gestern und vorgestern, um die gleiche Wattmenge zu bekämpfen. Die gleiche wieder Mangel-NBs, optisch umdesignet.