ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第419回

10nmではトランジスタ密度を2.7倍に！　インテル 半導体ロードマップ

　ファウンダリーロードマップシリーズの最後はインテルで締めたい。インテルは今年3月28日、Tecnhnology and Manufactureing Dayというイベントを米国で開催、同社のプロセス技術の最新動向について説明した。このイベントのスライドから、かいつまんで動向を追っていきたい。

インテルが建設中のFab 42

14nm++は同一消費電力なら
性能を25%ほど改善できる

　まず14nm世代について説明しよう。以前も紹介したが、インテルは14nmに続き14nm+と14nm++の2つの派生型をリリースすることを決めており、Kaby Lakeには14nm+が利用されている。その14nm+と14nm++についての説明が今回あった。

14nm+は2016年初頭に、14nm++は2016年末に利用可能になった模様

この図、横軸は登場時期であるが、縦軸のほうはトランジスタの性能(左)とトランジスタの消費電力(右)で、14nm+/14nm++は消費電力そのものは14nmと同等だが性能が上がっており、特に14nm++は最初の10nmを上回る性能になっている、としている。

　その14nm+について。下の画像はNMOSとPMOSの動作特性をまとめたもので、同じリークなら駆動電流が平均12%ほど向上しているという。

NMOSとPMOSの動作特性。駆動電流を増やすと当然リークも増えるが、その傾きの傾向が改善し、同じリークならより駆動電流を増やせるようになった

　これが14nm++になると、14nm比で23～24%の改善になるという。ただしよく見ると、14nmと14nm+は70ppなのに対し、インテルの14++は84ppとある。

14nm+と14nm++の比で言えば10%ほどの改善といったところ

　これはなにかというと、Gate Pitchである。Gate PitchはCPP(Contacted Poly Pitch)などと呼ぶことも多く、CPPとFin Pitchの値から擬似的にプロセスノードの数字が算出できる、という話は連載391回でも紹介した。

主要なファウンダリーの性能比較。Other “20nm”と“16nm”はTSMC、Other“14nm”はサムスンと思われる

　話を戻すと、14nm/14nm+については、上の画像に示されるようにGate Pitchは70nmのままで実装されるが、14nm++に関してはGate Pitchを再び84nmに広げる。

　実のところ、当初は14nm+がこの84nm Pitchになる模様だったが、いろいろ間に合わないということでこれを14nm++という形で後送りにして、とりあえずGate Pitchを変更しないまま部分的に性能を改善したのが14nm+ということになったらしい。

　もちろんこうなると、物理実装に関しては基本的な寸法が変わってしまうので、再設計になってしまうことになる。実はKaby Lakeも、当初は84nmの14nm+向けに設計を始めたものの、これが14nm++にずれたことで名前をCoffee Lakeに更新。一方既存のSkylakeを14nm+で製造したものが新Kaby Lakeということになるらしい。このあたりは次回また説明したい。

　ちなみに下の画像はその競合プロセスとの性能比較で、14nm世代の場合はTSMCの16FF+や14LPPと同等よりやや劣る程度のスペックだったのが、14nm+で大きく改善できたとしている。

競合プロセスとの性能比較。赤が競合プロセスだが、○と□のどちらがTSMCでどちらがサムスンかは不明

　結果として、14nmと比較した場合、14nm++では同一消費電力なら性能を25%ほど改善でき、同一周波数なら消費電力を52%下げられるとしている。ただし上にも書いた通り、既存の設計そのままで14nm++に移行することはできず、物理設計のやり直しになるのは避けられない。

同様に、14nm+では同一消費電力なら性能を10%アップ、同一動作周波数なら消費電力を40%弱カットできる

　また14nm++世代では、少なくともGate Pitchはむしろ増える方向にある。他のジオメトリーがどうなっているかは開示されていないが、少なくともトランジスタサイズは良くて14nm+ととんとん、おそらくは増えるだろうと思われる。これはそのままエリアサイズの増大につながる。そうなるとインテルにとって、あまりおいしい選択肢ではない。

　デスクトップCPUは6コアに、モバイルは4コアにそれぞれコア数を増やすうえ、GPUに関してはまだ全然性能が足りていないため、よりシェーダー数を増やす必要があり、これはそのままエリアサイズ増大につながる。したがって、インテルとしては14nm++を利用する自社製品はCoffee Lakeのみに留めて、むしろファウンダリーオプションとして提供する方に注力すると思われる。

　現状、14nm世代の製品は9月と言われているCoffee Lakeが最後になるようで、Cannon LakeやIce Lakeは10nmであることが公式に発表されているし、その先も14nmに戻る気配はない。

　もっとも14nm世代は業界的にも比較的長く利用される(Long-lived Node)と認知されており、インテルも14nm++をそうした用途向けに展開していきたいのだろう。