Después de más de una década de dominio, Intel dio paso a su principal competidor, AMD. Jeremy Laird trató de averiguar dónde se metió Intel en el camino equivocado y cómo respondería al enemigo.
Entonces, ¿qué pasó exactamente con Intel? El líder indiscutible en la producción de procesadores y microcircuitos ahora es inferior a sus rivales en casi todos los indicadores posibles. Las CPU AMD resultaron ser más sofisticadas y la tecnología de producción TSMC fue más eficiente. Parece que Intel se ha perdido por completo.
Incluso en el mercado de PC móviles, donde el fabricante ha sido el líder absoluto durante décadas, los procesadores Intel han dado paso al nuevo híbrido Renoir de AMD.
Las cosas están tan mal que Apple ha anunciado planes para cortar los lazos con el fabricante y comenzar a producir sus propios chips basados en ARM. Peor aún, corre el rumor de que la propia Intel está considerando asociarse con TSMC para lanzar ciertos productos en el futuro, incluida la primera tarjeta gráfica personalizada. De hecho, esto puede ser una completa humillación para la corporación.
¿O es solo una suposición? A pesar de todas las dificultades, Intel alcanzó un récord de $ 72 mil millones en ingresos el año pasado.En realidad, el mayor problema del fabricante es que no puede mantenerse al día con la dinámica de la demanda de los llamados centros de datos de hiperescala. Estas son empresas como Amazon, Microsoft, Google, Facebook y otras que simplemente carecen de suficientes procesadores Xeon. Mientras tanto, hay buenas razones para creer que Intel pronto volverá a su rutina anterior con respecto a la producción de chips y microarquitecturas de CPU.
¿Cómo puede describir los problemas y desgracias de Intel en pocas palabras? “10 nanómetros”, diría yo. Y no se trata solo del fracaso de la tecnología de chips, tales argumentos pueden hacerse a favor de cualquier empresa de fabricación de microarquitectura que se haya dormido en los laureles durante décadas. ¡Pero 10 nanómetros! Esto es un desastre.
Este término "10 nanómetros" se refiere a un proceso o ensamblaje utilizado para fabricar chips de computadora. En teoría, 10 nm es el tamaño de los componentes más pequeños dentro de un chip. En la práctica, sin embargo, los nombres de los procesos y los tamaños reales de los componentes, como las puertas de transistores dentro de un procesador de escritorio, han dejado de relacionarse últimamente. Y, lo más probable, no existe tal componente dentro del procesador Intel que realmente tenga un tamaño de 10 nm.
Esta falta de relación directa entre el tamaño del componente y la descripción del ensamblaje se vuelve más problemática cuando se trata de comparar los flujos de trabajo de los fabricantes de la competencia. Pero más sobre eso más adelante. Y ahora estamos interesados en la tecnología de proceso de 10 nm de Intel y sus desventajas. Originalmente, se esperaba que se implementara en 2015. Ahora es la segunda mitad de 2020, pero la gama de productos con chips de 10 nm es pequeña. No podrá comprar computadoras de escritorio o CPU de servidor basadas en el proceso técnico anterior. Solo los procesadores móviles para computadoras portátiles y tabletas han cambiado a la tecnología de 10 nm, e incluso entonces solo aquellos con un consumo de energía bajo y ultra bajo. El resto se ha actualizado a 14 nm.
Estos hechos deben ser considerados teniendo en cuenta el estándar adoptado por la propia Intel, la Ley de Moore, y por lo tanto es necesario tener en cuenta la resistencia de las leyes de la física que los diseñadores de chips han enfrentado en los últimos años. Sin embargo, pueden surgir dificultades aún mayores en la fabricación de semiconductores cuando los transistores individuales alcanzan el tamaño de un puñado de átomos y experimentan misteriosos efectos cuánticos, como la formación de túneles. Pero esa es una historia completamente diferente.
Lo más probable es que todos los problemas de Intel se reduzcan a una ambición excesiva, la obsolescencia de una tecnología de producción en particular, tal vez la complacencia y la falta de inversión.
Según Bob Swan, director ejecutivo de Intel, los problemas de 10 nm de Intel son “una especie de derivado de lo que hemos hecho en el pasado. Luego intentamos ganar pase lo que pase. Y cuando los tiempos eran particularmente duros, establecimos metas aún más ambiciosas. Y por eso nos llevó más tiempo conseguirlos ”.
Altas expectativas de los microcircuitos
Para un nodo de tecnología de 10 nm, este ambicioso objetivo se traduce en un aumento de 2,7 veces en la densidad de transistores. En otras palabras, un nodo de 10 nm contiene 2,7 veces más transistores por unidad de área de matriz que un nodo de 14 nm. Más específicamente, los procesadores de 14 nm contienen 37,5 millones de transistores por milímetro cuadrado, mientras que un milímetro cuadrado de cristales de 10 nm contiene 100 millones de transistores. El espectacular aumento de la densidad del transistor hace que la tecnología de 10 nm sea mucho más ambiciosa en comparación con otras tecnologías de proceso.
El aumento de 2,5 veces en la densidad y la transición de la tecnología de 22 nm a 14 nm fue impresionante, sin embargo, la transición de 32 nm a 22 nm representó un aumento de 2,1 veces en la densidad y un aumento de 2 veces en la densidad de 45 nm a 32 nm. 3 veces. Comprender estos cambios ayuda a explicar las diferencias entre Intel y los nodos de la competencia. Por ejemplo, la tecnología de 10 nm de Intel implica una densidad de 100,8 millones de transistores por milímetro cuadrado. Esta cifra es ligeramente superior a la cifra de TSMC de 96,5 millones de transistores (más tarde, TSMC anunció 113,9 millones de transistores por milímetro cuadrado para una tecnología de proceso mejorada de 7 nm). Los tres nodos de 7 nm de Samsung tampoco alcanzan la marca de los 100 millones.
Esto se debe a que la tecnología de 10 nm de Intel era muy ambiciosa, tanto que en 2017 la compañía agregó la etiqueta "Hyper Scaling" para llamar la atención sobre el aumento de la densidad. En retrospectiva, se puede argumentar que las expectativas eran demasiado altas. Esto se debe a que Intel creó un nodo final basado en la litografía UV lejana (DUV) actual. En pocas palabras, el tamaño de los componentes de un microcircuito está determinado por la longitud de onda de la luz utilizada en los procesos litográficos. Estos procesos graban los componentes en la superficie del sustrato de silicio y los procesadores de PC se cortan de las obleas de silicio.
Esta no es una relación directa. Varias técnicas y opciones auxiliares también pueden tener un impacto, como las máscaras que se utilizan realmente como multiplicadores que reducen el tamaño de los componentes por debajo de la longitud de onda real de la luz.
El equipo de fabricación de chips DUV utiliza luz ultravioleta con una longitud de onda de 193 nm. Sin embargo, existe un límite para la densidad de transistores a una determinada longitud de onda. Intel ha superado este límite.
El resultado es un retraso vergonzoso de cinco años en el lanzamiento del producto. Es una eternidad en términos de la dinámica de volumen de Intel y la Ley de Moore. Incluso ahora, hay indicios de que el proceso de 10 nm no es lo que debería ser. Así que Ice Lake, los nuevos procesadores móviles de décima generación, aceleran más lento que sus predecesores de 14 nm. Los procesadores Ice Lake de 10 nm más rápidos, el Core i7-1065G7, alcanzan la velocidad máxima a 3.9GHz, mientras que el Core i7-8665U de 8.a generación es 900MHz más rápido. Eso es muchísimo, lo que significa que algo va mal en el proceso de producción.
Otra prueba de que el proceso de 10 nm no ha cumplido las expectativas de Intel es el hermanamiento de procesadores de décima generación de bajo consumo. Junto con las CPU actuales de Ice Lake, se lanzará una nueva familia Comet Lake, y ambas se clasifican como décima generación.
Al igual que Ice Lake, los procesadores móviles Comet Lake vienen en formatos de bajo consumo y ultra bajo consumo.
Pero a diferencia de Ice Lake, Comet Lake usa 14 nm, no 10 nm, y se extiende a modelos de 6 núcleos a una velocidad máxima de reloj de 4,9 GHz.
Como resultado, ya puede comprar una computadora portátil con un procesador con el logotipo de Intel de décima generación, sin embargo, lo que está dentro de la caja puede diferir del declarado. Si el procesador es de 2 o 4 núcleos, puede ser de bajo consumo o ultra bajo consumo. Y también 10 nanómetros o 14 nanómetros. Puede basarse en la microarquitectura Skylake de 2015 o en la completamente nueva Sunny Cove, y también puede considerarse un lago de hielo.
Problemas de microarquitectura
La mención de Sunny Cove nos lleva naturalmente a otro gran fallo de Intel: la microarquitectura. Hasta el lanzamiento de los chips Ice Lake de 10 nm para laptops ultraportátiles a fines del año pasado, una gran cantidad de procesadores para computadoras de escritorio, laptops y servidores se basaban en la tecnología de proceso de 14 nm, que debutó en 2014, y la arquitectura Skylake, que apareció en 2015. Ambos han sido gobernados miles de veces, pero no ha habido cambios importantes en las actualizaciones.
Además, desde la introducción de la microarquitectura Nehalem en 2008, Intel solo podía ofrecer 4 núcleos de procesador para modelos de PC populares. Esto continuó hasta el lanzamiento de 2017 de la microarquitectura Coffee Lake, una versión evolucionada de Skylake, y el posterior aumento a seis núcleos. Durante casi una década, Intel no ha aumentado la cantidad de núcleos para sus modelos de productos convencionales.
En poco menos de dos años y medio, Intel elevó el listón a 10 núcleos para los procesadores de escritorio populares con el lanzamiento de Comet Lake, una reconstrucción de Skylake que pertenece a la familia de CPU de 14nm. Resulta que durante 10 años no hubo turnos, y luego hubo un aumento de 2.5 veces en un corto período de tiempo. ¿Qué pudo haber provocado un aumento tan pronunciado del número de núcleos después de un largo estancamiento? La razón de esto es la aparición de la arquitectura Zen de AMD y los procesadores Ryzen, cuya primera generación se lanzó en 2017. En pocas palabras, Intel fue vago hasta que consiguió un competidor.
Por supuesto, incluso con diez núcleos, Intel está muy por detrás de AMD, que actualmente ofrece 16 núcleos en PC populares con procesadores Ryzen de tercera generación. Su ventaja también radica en el hecho de que se basan en la tecnología de proceso de 7 nm de TSMC.
En el segmento móvil, Intel no es mejor. La nueva línea de APU Renoir de 7nm de AMD tiene ocho núcleos Zen 2 con 15 vatios. Intel solo logró hacer un Comet Lake Core-i7 10810U de 6 núcleos como competidor. Este es un procesador con una velocidad de reloj de solo 1,1 GHz. El Ryzen 7 4800U de 15 vatios está equipado con 8 núcleos y tiene una frecuencia de 1.8 GHz. No es una comparación halagadora.
Una mirada al futuro
Aquí está la versión de la fiscalía. Los últimos años no han sido tecnológicamente fructíferos para Intel. George Davis, el director financiero de la empresa, dijo sobre el fracaso de 10 nm: “Este nodo tecnológico definitivamente no será el mejor en la historia de Intel. Es menos eficiente que la tecnología de proceso de 14 nm y menos eficiente que la tecnología de proceso de 22 nm ". Pero, ¿son realmente tan desastrosas las consecuencias de las dificultades actuales de Intel?
Desde una perspectiva financiera, esta pregunta se puede responder de manera inequívoca: no. En realidad, no solo la situación actual no es tan mala, de hecho no hay ningún problema. Los ingresos de Intel alcanzaron niveles récord en 2019. Desde mediados de 2018, sus ventas no han caído debido al estancamiento tecnológico, y el propio fabricante ha experimentado dificultades para satisfacer la demanda de sus procesadores de 14nm.
Si profundiza, puede llegar a la conclusión de que al menos parte del problema radica en el proceso. El número de núcleos en los procesadores de servidor Intel se ha disparado con el advenimiento de la era de 14 nm. Intel ahora ofrece hasta 28 núcleos en un solo procesador. Esto significa que cuantos más núcleos haya en el mismo proceso, menos procesadores se pueden extraer de una oblea semiconductora, lo que a su vez puede conducir a un suministro limitado.
Pero digan lo que digan, Intel no está atravesando dificultades financieras, y esta circunstancia es la principal razón por la que el fabricante puede dar una respuesta decente a la competencia en términos de productos y tecnología.
Y este efecto ya es visible. Los procesadores de Ice Lake tienen una nueva microarquitectura conocida como Sunny Cove. Mejora el rendimiento por reloj en un 18% con respecto a Coffee Lake, un refinamiento de la microarquitectura Skylake.
Y esto es sólo el principio. Un factor decisivo en el resurgimiento de la microarquitectura de Intel fue la inclusión de Jim Keller en el equipo, quien dirigió el equipo de desarrollo de microprocesadores.
Aunque tiene previsto dejar este cargo en seis meses, no se puede subestimar la contribución que puede hacer al desarrollo de la empresa. Keller es uno de los arquitectos de microprocesadores más respetados, si no el más respetado.
Se hizo famoso por el desarrollo de la microarquitectura del procesador K8, con nombre en código Athlon 64, y el primer chip de AMD en competir con Intel. Más tarde, Keller trabajó en Apple, diseñando una serie de procesadores basados en ARM de su propia producción, que luego tomó las posiciones de liderazgo en el mercado de teléfonos inteligentes y tabletas. En 2012, Keller regresó a AMD, liderando el desarrollo de la microarquitectura Zen y una vez más proporcionando a AMD las herramientas para luchar contra Intel. Después de un breve mandato como jefe del equipo de desarrollo de vehículos eléctricos de Tesla, Keller asumió el cargo de vicepresidente senior de Intel en abril de 2018.
Dado el lapso de tiempo entre el diseño y el concepto de la microarquitectura de los procesadores y el lanzamiento del producto, es muy poco probable que los nuevos núcleos Sunny Cove dentro de los procesadores Ice Lake sean obra de Keller. Lo mismo será cierto para la arquitectura de Willow Cove que sigue a Sunny Cove. Está previsto que se lance a finales de este año para una familia de procesadores con backport de 14 nm, es decir, utilizando la "transferencia inversa" de la nueva microarquitectura al "antiguo" proceso técnico, los procesadores Rocket Lake.
La microarquitectura de Golden Cove dará un paso aún mayor y sentará las bases para los procesadores de Alder Lake previstos para el próximo año. Pero incluso Golden Cove no puede considerarse una creación completa de Keller. Para hacer esto, debemos esperar hasta que salga Ocean Cove en 2022 o 2023, aunque la inminente partida de Keller significará que su influencia en el proyecto probablemente será algo limitada.
Aún no hay información oficial sobre Ocean Cove. Recientemente ha habido rumores de que el rendimiento de esta microarquitectura será un 80% superior al de Skylake. Y aunque estos son solo rumores, sabemos con certeza que Keller tiene un historial sobresaliente y que Intel tiene un ambicioso plan estratégico que es mucho más grande que hace muchos años. Como dijo Keller, "Planeamos aumentar el número de transistores en 50 veces y hacer todo lo posible para exprimir al máximo cada pila".
Al mismo tiempo, las CPU de 7 nm que siguen a los problemáticos procesadores de 10 nm no enfrentarán las mismas limitaciones que sus predecesores. Para la producción de procesadores de 7 nm se utilizará la litografía del rango ultravioleta extremo (EUV) con una longitud de onda de hasta 13,5 nm. En otras palabras, la tecnología de proceso de 7 nm ha cambiado drásticamente. El tiempo lo dirá, pero ahora definitivamente podemos decir que las previsiones de Intel son demasiado optimistas.
Intel planea acelerar la transición de 7 nm a 5 nm y más. Esto significa que el fabricante desarrollará activamente nueva tecnología en lugar de la costosa actual, incluso si requiere inversión en investigación y desarrollo. Además, con la participación de la litografía EUV, Intel espera volver a la tasa de producción anterior, una vez cada 2 años, comenzando con una tecnología de proceso de 7 nm a fines de 2021 y llegando al lanzamiento de la tecnología de 1,4 nm en 2029. "Creo que EUV nos ayudará a volver al ritmo al que están aumentando los transistores de la Ley de Moore", dijo Davis.
Todo esto en conjunto da la impresión de que Intel está devolviendo los estándares para crear las arquitecturas más avanzadas y los procesadores más rápidos. Si esto sucederá es otra cuestión. Podría decirse que AMD está ahora en una mejor posición que Intel, a pesar de que este último ha realizado un esfuerzo significativamente mayor. La hoja de ruta estratégica de AMD para microarquitecturas, incluidos Zen 3 y Zen 4, junto con las soluciones tecnológicas de TSMC, fomentará la competencia entre los dos fabricantes. Sin embargo, no predeciremos la derrota de Intel.
Después de todo, la última vez que NetBurst y Pentium 4 se abrieron camino e Intel se estancó, la respuesta fue la dinastía Core y el liderazgo en el mercado de procesadores durante una década.