Tại sự kiện Hot Chips 34 năm nay, Intel đã cung cấp nhiều chi tiết hơn về công nghệ đóng gói mới - 3D Foveros - sử dụng cho dòng vi xử lý Meteor Lake, Arrow Lake và Lunar Lake. 3D Foveros có thể hiểu theo cách đơn giản như khi chúng ta lát gạch nền nhà, sắp xếp những viên gạch (tile/chiplet) theo thứ tự trên 1 lớp nền xi măng kết dính, để rồi thành phẩm là nền nhà diện tích lớn với nhiều viên gạch nhỏ, thay vì sản xuất hay lắp đặt 1 viên gạch cỡ lớn (monolithic) rất phức tạp, dễ lỗi.
Những tin đồn gần đây cho rằng Meteor Lake sẽ dời ngày ra mắt thị trường do Intel chuyển đổi tiến trình công nghệ trên GPU chiplet, dựa trên node 5 nm thay vì sử dụng node 3 nm. Đại diện Intel bác bỏ tin đồn trễ hẹn, cho biết tiến trình công nghệ dùng cho GPU đã được lên kế hoạch từ trước và không thay đổi, đồng thời Meteor Lake cũng sẽ ra mắt đúng lộ trình trong năm sau. Điểm đáng chú ý là trong số 4 tile/chiplet trên con chip Meteor Lake, Intel chỉ sản xuất 1 và trách nhiệm cung cấp 3 phần còn lại thuộc về TMSC. Thông tin trong ngành công nghiệp chỉ ra rằng GPU tile sẽ dựa trên node N5 (5 nm).
Tại Hot Chips 34, Intel chia sẻ hình ảnh đầu tiên về sơ đồ của vi xử lý Meteor Lake, phiên bản dành cho thiết bị di động, gồm 6 nhân Performance và 8 nhân Efficient (2 cluster). Dù Intel chưa xác nhận nhưng nhiều thông tin cho rằng nhân Performance sẽ dựa trên kiến trúc Redwood Cove, trong khi nhân Efficient là Crestmont. Nếu như Meteor Lake và Arrow Lake sẽ được mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu của thị trường máy tính để bàn và di động, thì Lunar Lake sẽ phục vụ cho thị trường di động 15 W trở xuống.
Những tin đồn gần đây cho rằng Meteor Lake sẽ dời ngày ra mắt thị trường do Intel chuyển đổi tiến trình công nghệ trên GPU chiplet, dựa trên node 5 nm thay vì sử dụng node 3 nm. Đại diện Intel bác bỏ tin đồn trễ hẹn, cho biết tiến trình công nghệ dùng cho GPU đã được lên kế hoạch từ trước và không thay đổi, đồng thời Meteor Lake cũng sẽ ra mắt đúng lộ trình trong năm sau. Điểm đáng chú ý là trong số 4 tile/chiplet trên con chip Meteor Lake, Intel chỉ sản xuất 1 và trách nhiệm cung cấp 3 phần còn lại thuộc về TMSC. Thông tin trong ngành công nghiệp chỉ ra rằng GPU tile sẽ dựa trên node N5 (5 nm).
Tại Hot Chips 34, Intel chia sẻ hình ảnh đầu tiên về sơ đồ của vi xử lý Meteor Lake, phiên bản dành cho thiết bị di động, gồm 6 nhân Performance và 8 nhân Efficient (2 cluster). Dù Intel chưa xác nhận nhưng nhiều thông tin cho rằng nhân Performance sẽ dựa trên kiến trúc Redwood Cove, trong khi nhân Efficient là Crestmont. Nếu như Meteor Lake và Arrow Lake sẽ được mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu của thị trường máy tính để bàn và di động, thì Lunar Lake sẽ phục vụ cho thị trường di động 15 W trở xuống.
Ngày xưa, chúng ta thấy các hãng sản xuất chạy đua bằng mức xung hoạt động, rồi số nhân xử lý và đến tiến trình công nghệ. Tuy nhiên thực tế chứng minh rằng ngay cả những tiến bộ trong công nghệ đóng gói (packaging) và liên kết (interconnect) cũng mang tính quan trọng nhất định, góp phần thay đổi bộ mặt của các vi xử lý hiện đại. Intel sẽ sử dụng công nghệ 3D Foveros làm nền tảng cho CPU Meteor Lake, Arrow Lake và Lunar Lake trong thị trường tiêu dùng. Ngoài ra, người dùng sẽ còn thấy sự hiện diện của 3D Foveros ở GPU Ponte Vecchio và Rialto Bridge, hay Agilex FPGA. Có thể hiểu rằng Intel sẽ tận dụng tối đa 3D Foveros làm nền tảng chính cho những sản phẩm silicon thế hệ tiếp theo trong tương lai.
Công nghệ 3D Foveros của Intel cho phép xếp chồng (stack) các chiplet theo chiều dọc (vertical) bên trên 1 lớp đế với các liên kết Foveros. Lần xuất hiện đầu tiên của 3D Foveros là ở các vi xử lý Lakefield, giới thiệu năm 2019, có sản phẩm lên kệ vào Q2/2020 nhưng đáng tiếc số lượng sản xuất rất ít, chỉ có 2 mẫu mã gồm Core i3-L13G4 và Core i5-L16G7. Sau khoảng thời gian nghỉ, Intel tiếp tục ứng dụng 3D Foveros cho Meteor Lake (thiết kế gồm 4 tile) và GPU Ponte Vecchio (gồm gần 50 tile), nhưng chắc chắn lần này sẽ sản xuất khối lượng lớn hơn nhiều. Sau Arrow Lake, Intel có kế hoạch chuyển sang liên kết UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), tạo nên 1 hệ sinh thái của chiplet sử dụng giao diện được tiêu chuẩn hóa.
Intel tiết lộ rằng họ sẽ đặt 4 chiplet Meteor Lake (phía Intel gọi chiplet là tile) bên trên 1 lớp nền thụ động gọi là Foveros interposer. Các chiplet liên kết với interposer bằng kết nối TSV (Through-Silicon Via) và lớp nền interposer hoàn toàn không chứa lớp logic nào cả. Để so sánh thì lớp nền ở Lakefield có chứa logic, tương tự như 1 SoC. Ngoài nền thụ động (passive), 3D Foveros còn hỗ trợ cả các interposer chủ động (active). Intel sản xuất Foveros interposer bằng tiến trình 22FFL (22 nm), chi phí thấp và tiêu thụ năng lượng thấp, tương tự như Lakefield. Khối tính toán (compute tile) sử dụng tiến trình Intel 4 (7 nm), khối I/O, khối SoC và khối đồ họa (graphics tule - tGPU) được Intel gắn lên trên lớp interposer này. Tất cả các thành phần cấu tạo nên Meteor Lake đều do Intel thiết kế và trang bị kiến trúc của Intel, tuy nhiên đối tác TSMC sẽ giúp sản xuất khối I/O, SoC và đồ họa, Intel chỉ sản xuất khối tính toán chính (CPU) và Foveros interposer. Thông tin cũng cho biết I/O và SoC tile dùng node N6, trong khi tGPU dùng node N5 của TSMC. Thuật ngữ của Intel gọi khối I/O là I/O Expander, viết tắt là IOE.
Nếu thế hệ Lakefield trước đây có độ cao của bump pitch (các điểm liên kết) là 55 μm thì Foveros trên Meteor Lake đã hạ xuống 36 μm. Lộ trình Foveros sẽ còn tiếp tục giảm dần cao độ xuống các mức 25 μm và 18 μm ở những thiết kế trong tương lai. Intel cũng cho biết về lý thuyết, hãng có thể sử dụng các kết nối liên kết lai (HBI - Hybrid Bonding Interconnect) để đạt được độ cao bump pitch siêu thấp - chỉ 1 μm.
Chi phí sản xuất chắc chắn là mối quan tâm hàng đầu cũng như là yếu tố ảnh hưởng mang tính quyết định, và công nghệ đóng gói 3D Foveros sẽ là bước đột phá đầu tiên của Intel vào lĩnh vực sản xuất với khối lượng lớn. Theo Intel, những con chip được sản xuất dùng công nghệ đóng gói 3D Foveros sẽ có mức giá cực kỳ cạnh tranh so với kiểu nguyên khối monolithic (1 đế) truyền thống, thậm chí trong vài trường hợp còn rẻ hơn nữa. Phần đế Foveros được Intel thiết kế ở mức chi phí thấp nhất có thể nhưng vẫn đáp ứng được các mục tiêu về điện năng và hiệu năng.
Quảng cáo
Intel không cung cấp thông tin về nguồn cấp dữ liệu và tốc độ cho liên kết Foveros, chỉ nói rằng các giao diện có thể chạy với tốc độ nhiều GHz (multiple GHz) ở cấu hình thụ động. Chúng ta cũng có thể ngầm hiểu điều này tương ứng với việc Intel đã có phiên bản interposer chủ động hoặc đang phát triển rồi. Như vậy Foveros sẽ không chịu bất kỳ ràng buộc nào về băng thông hoặc độ trễ phải đánh đổi trong quá trình thiết kế chip. Intel cũng kỳ vọng rằng thiết kế có thể mở rộng tốt tùy theo định hướng về hiệu suất hoặc chi phí, nghĩa là có những sản phẩm nhắm đến tối ưu về giá trị, trong khi những sản phẩm khác lại nhắm đến hiệu năng cao.
3D Foveros mang đến những lợi ích trước mắt rất đáng kể. Khi việc thu nhỏ tiến trình công nghệ ngày càng tốn kém và có tỉ lệ hư hỏng cao, thiết kế monolithic sẽ chịu ảnh hưởng lớn, khó có được năng suất như mong muốn, dẫn đến chi phí thành phẩm đắt đỏ. Việc sản xuất từng khối chức năng riêng biệt sẽ đơn giản và dễ kiểm soát hơn. Ngoài ra, trừ các khối quan trọng như tính toán, các khối giao diện I/O thường không có thêm lợi thế ở tiến trình nhỏ nếu xét về chi phí đầu tư, vì vậy tái sử dụng tiến trình cũ giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và cả nguồn lực nghiên cứu phát triển, chưa kể đến quá trình thử nghiệm cũng đơn giản hơn. Để so sánh thì kiểu monolithic tích hợp tất cả thành phần vào 1 đế, Intel cần phải thử nghiệm tuần tự các thành phần bên trong, mất rất nhiều thời gian; trong khi đó kiểu tile/chiplet, quy trình kiểm thử có thể thực hiện đồng thời. Một lợi thế khác mà 3D Foveros mang lại là điều chỉnh TDP linh hoạt hơn, do các tile thành phần có thể điều chỉnh sao cho phù hợp với nhu cầu và mục đích thiết kế.
Intel có thể chậm chân hơn AMD trong việc ứng dụng thiết kế dựa trên chiplet, tuy nhiên 3D Foveros lại là câu chuyện khác. Công nghệ đóng gói mới này phức tạp và tiến bộ hơn nhiều so với các thiết kế dựa trên interposer hữu cơ mà AMD đang sử dụng, dĩ nhiên, điều đó đi cùng với cả ưu điểm và nhược điểm. Chỉ còn khoảng 1 năm nữa thôi, người dùng sẽ được tận tay trải nghiệm Meteor Lake - dòng CPU ứng dụng công nghệ đóng gói mới của Intel, tiếp theo đó là Arrow Lake và Lunar Lake trong năm 2024. Hãy cùng chờ xem 3D Foveros thực tế sẽ mang lại những ấn tượng nào nữa.
