10nm - Intel en Innovatie (2/2)

Door witeken op vrijdag 20 november 2015 20:30 - Reacties (1)
Categorie: -, Views: 3.881

Klik voor deel 1

Aangezien Tweakers een karakterlimiet heeft van 65k, publiceer ik dit artikel in twee delen. Zie onderaan voor een kleine disclaimer: ik heb dit artikel niet nagelezen in verband met tijd, dus excuses voor fouten en dergelijke.

10nm - Intel en Innovatie

Moore’s Law: cont.
Laten we de draad niet uit het hoog verliezen. Ik ben begonnen met opnieuw een filosofische beschouwing van kennis naar aanleiding van negatieve sentiment rond Intel bij de actualiteit van de dag, wat ik op het einde van dit artikel zal bespreken. Vervolgens ben ik begonnen met een herbespreking van de wet van Moore, waarbij ik expliciet de nadruk trachtte te leggen op het economische aspect van de wet. Dat is me echter niet zo goed gelukt omdat ik naadloos ben overgegaan in een bespreking van achtereenvolgens Intels 10nm en de evolutie van de informatie die we daaromtrent hebben met als doel een beter inzicht te krijgen in wat een bedrijf drijft haar procedés uit te stellen, met als conclusie dat stijgende complexiteit en moeilijkheden, vooral wat betreft lithografie, ervoor zorgt dat yields niet op tijd, i.e. binnen de twee jaar, op het niveau van het vorig procedé kunnen komen zoals dat was op op t minus 2 jaar; dan een vergelijking van de dichtheid van de procedés van Intel, Samsung en TSMC; en tot slot een korte beschouwing van wat er aan de transistor zelf zal veranderen. Eventuele intermezzo’s over bijvoorbeeld ASML en yields niet meegerekend.

Dus is het nu tijd om een slot te breien aan wat voor een beestje de wet van Moore nu precies is.

Misschien dat ik ooit nog wel eens een blog zal schrijven die alle eer aan Moore’s Law geeft die het verdient, maar voor nu wil ik me op het aspect focussen dat ervoor zorgt dat zelfs zonder concurrentie een bedrijf nog steeds het pad van Moore’s Law verder zou bewandelen – zonder me simpelweg te beroepen op de fundamentele aarde van de technologie-industrie dat “only the paranoid survive” – ook al is dat op dit moment duidelijk niet het geval met drie grote bedrijven als Samsung, Intel en TSMC, die alle drie schijnbaar om de productie van Apples chips debatteren.

Herinner je dat het verkleinen van transistors ervoor zorgt dat je tegen redelijk constante productiekosten ongeveer dubbel zoveel transistors op je chip kunt plaatsen op hetzelfde oppervlak, wat men met concurrentie uiteraard gebruikt om de anderen een stap voor te zijn. Herinner je ook dat men er typisch in slaagt om bij elke verkleining (of zonder verkleining bij sommigen hun 14/16nm) ook de transistor zelf te verbeteren.

Wat mensen denken dat er naïef zou gebeuren zonder concurrentie is dat, als ik het datacenter als voorbeeld neem, Intel geen nieuwe Xeon meer zou uitbrengen of er een amper te tellen aantal jaren zou tussenplaatsen. Waarop ik me afvraag: hoe gaat Intel dan nog aan inkomsten geraken? Inderdaad, wanneer je geen concurrenten hebt, wordt je je eigen concurrent. Er zal immers altijd vraag zijn naar meer, beter, zuiniger, sneller. Wanneer je niet antwoordt op die vraag, zal er weinig reden zijn voor consumenten om te upgraden, en storten je inkomsten als een pudding naar beneden. In het geval van het datacenter zou dat voor veel boze aandeelhouders zorgen aangezien dat een heel lucratieve markt is (cf. mobiele markt) met een CAGR van 15% per jaar. Die CAGR is ongeveer voor de helft verdeeld in hogere ASP’s of average selling prices (in tegenstelling tot wat mensen naïef denken en waar ik al boze reacties om heb gelezen, kiezen bedrijven er zelf voor duurdere SKU’s te kopen omdat dat paradoxaal genoeg de TCO of total cost of ownership ten goede komt) en hogere volumes. Daarom zorgt Intel dat elke generatie meer cores en features heeft om meer geld te verdienen. Met andere woorden: de vraag is er, en Intel is meer dan blij om quasi alleen voor het aanbod te zorgen.

Even duidelijk is het ‘experiment’ dat Intel heeft gedaan door een jaar geen desktop SKU’s uit te brengen en meteen van Haswell naar Skylake te gaan. De markt is al geen groeimarkt, dus gebrek aan nieuwe producten (of einde van Win XP) heeft Intel dit jaar zeker niet geholpen, met als gevolg een kleine daling van inkomsten dat vooral gecompenseerd is voor het datacenter en wat SSD’s.

Intel is met andere woorden een locomotief die voor een groot stuk draait op consumenten die hun systemen upgraden voor de betere kwaliteit. Wanneer je die innovatie weghaalt, haal je de grondstof waarop het bedrijf functioneert weg en zakken de inkomsten als een pudding ineen (cf. AMD). Wanneer dat gebeurt ga je je fabs en R&D-machine niet meer kunnen betalen, waardoor je mogelijkheid tot innovatie nog verder zakt en je voer wordt voor bedrijven die wel betere chips willen maken.

Toegeven, dit is nogal een karikaturaal en overdreven beeld van de werkelijkheid, al zie je wel duidelijk dat het zwaartepunt naar mobiel is verschoven. Uiteindelijk kan je ook niet oneindig blijven innoveren, al is bv. de laptopmarkt lange tijd ook niet beste geweest als het aankwam op andere dingen dan de nieuwste CPU integreren, zoals scherm. Daar doen smartphones het stukken beter met amoled en LCD’s met meer pixels dan je kan zien met IPS en vaak ook goed contrast en kleur.

Maar dat beeld is niet het enige waarom een bedrijf liever wilt blijven innoveren. Merk immers op dat je sowieso al een R&D-machine hebt – anders geraak je niet op plek één. Stel dat al je achtervolgers vervolgens zouden verdwijnen. ‘Geen probleem’, denk je, ‘meer chips voor mijn fabs.’ Maar daar eindigt het niet. Nu je inkomstens sterk stijgen, wordt die R&D-machine opeens geen verplichting meer, maar een pluspunt (liability – asset). ‘Want,’ redeneer je, ‘dat apparaat gaat me in de toekomst nog geld opleveren wegens de praktisch oneindige vraag naar transistors enerzijds (vorig argument), maar het gaat me anderzijds ook een voordeel blijven opleveren op lange termijn aangezien ik niet ál mijn transistors voor nieuwe features hoef te gebruiken. Inderdaad, ik zou bijvoorbeeld 20% meer transistors per generatie kunnen investeren, en de rest van de winst uit Moore’s Law gebruiken om de die kleiner te maken. Dat gaat ervoor zorgen dat het product een beetje sneller wordt elke generatie maar vooral ook goedkoper voor mij. Misschien moet ik ook minder fabs bouwen. Met andere woorden: de winstmarges zullen door het plafond stijgen en zowel de consumenten als investeerders zullen blij zijn met voordeel voor mijn bedrijf dat hier recht in het midden tussen staat. Prachtig, wat houd ik van innovatie en monopolie muahahaha!!!!’

Anders gezegd kan een bedrijf Moore’s Law dus blijven gebruiken om kosten terug te dringen, hoe paradoxaal dat ook mag klinken met de uitleg over consolidatie wegens alsmaar stijgende kosten in het achterhoofd. Zelfs al heb je een monopolie, toch kan je het R&D-team gewoon aan het werk laten. De consument zal dus sowieso blijven profiteren van de zuiniger transistors en dus chips.

http://cnet4.cbsistatic.com/hub/i/r/2012/10/12/99802557-fdb5-11e2-8c7c-d4ae52e62bcc/resize/570xauto/c628c83b6e0172929d1e48dc85a41a18/Intel-fab-affordability.jpg
http://cnet4.cbsistatic.c...tel-fab-affordability.jpg

Het enige wat ik wel sowieso moet toegeven is dat er zonder competitie geen druk is om te innoveren. Competitie zorgt voor een zekere tijdsdruk en haast. Het is geen toeval dat records vaak sneuvelen in wereldkampioenschappen en Olympische Spelen. Evenzeer als dat het geen toeval is dat er heel wat innovatie plaatsvindt tijdens oorlogen – met het Manhatten Project als één van de kroonvoorbeelden. Dat heeft Jon Gertner naast nog andere zaken meesterlijk uiteengezet in zijn schitterend boek The Idea Factory [17] – een aanrader voor elke Tweaker naar mijn bescheiden mening.

Maar zoals ik mijn uitleg begon ligt het ophouden met innoveren zeker niet de aard van het technologische beestje. Dat is niet waar de halfgeleiderindustrie voor staat – opnieuw [17]. Dat ga ik in volgend deel verder beargumenteren met Intel.

Eindnoot – wie een iets reëler beeld wilt van de financiën van een bedrijf als Intel, kan eens een kijkje nemen naar de presentatie of PDF van CFO Stacy Smith vorig jaar 20 november [18]. Deze noot geldt ook voor mijn behandeling van volgend deel over innovatie. Zelf vind ik de presentatie over het datacenter van Dianne Bryant en Kirk Skaugen over de client group ook wel de moeite waard.

Intel en Innovatie (en alliteratie)
Nu wilt het toeval dat er een nogal hardnekkig gerucht gaat, of laat ik het misinformatie noemen, dat Intel geen innovatief bedrijf zou zijn.

“Je meent het niet!” hoor ik je nu uitschreeuwen na het lezen van al de voorbije zevenduizend worden. Jawel, en meer nog, Intel zou zelfs een gemeen monopolistisch bedrijf zijn dat consumenten aan het lijntje houdt met te hoge prijzen. “Te hoge prijzen?” vraag je nu misschien. “Hoeveel is Moore’s Law dan waard? Is dat monument niet onbetaalbaar? Hoe moet Intel het anders in stand houden? We spreken hier wel over de drijfveer van de hele halfgeleiderrevolutie van de voorbije halve eeuw. Willen we dat echt verloren laten gaan door onze chips bij het slecht georganiseerde AMD te kopen? Natuurlijk niet!”

Ik hoop dat deze kleine satire een beetje is bevallen, maar desondanks zit er een kern van waarheid in deze uitspraak. Intel is namelijk een uitzonderlijk uniek bedrijf. Dat hoop ik niet alleen over te brengen als eerbetoon door te schrijven over de technologie die Intel sinds het begin van Silicon Valley pioniert, maar ook zal ik dat in dit deel staven met wat cijfermateriaal. Houd je vast, want je zou wel eens omvergeblazen kunnen worden…

Financieel is Intel ingedeeld in een aantal delen: client, dat alles van convertibles tot desktops verzorgt en sinds begin dit jaar ook smartphones en tablets bevat; het datacenter, met Xeon; IoT; software and services; en de rest, dat NAND bevat, uit de JV met Micron. Iets wat tijdens deze uitleg zou kunnen opvallen, is dat het erg efficiënt is om een groot bedrijf te zijn dat veel aanliggende markten bedient. De reden hiervoor is IP-recyclage [24]. Dit betekent dat het bedrijf één IP maakt dat vervolgens in een hele reeks aan producten hergebruikt kan worden. De kracht van die integratie wordt duidelijker als we even zouden aannemen dat Intel puur en alleen een processorfabrikant voor laptops en desktops is, wat grosso modo wel klopt met een omzet van zo’n $32B per jaar.

Om in de desktopmarkt aanwezig te kunnen zijn, moet het bedrijf heel wat doen. Er is ten eerste een hele chipset nodig met alle connectiviteit als USB en PCIe. Dan heb je de processor zelf. Die maakt gebruik van de Core-architectuur, die heel veel geld kost om te maken en jaarlijks te updaten. Je hebt ook een ring-interconnect nodig voor het geheugen/cache. Je hebt een grafische processor nodig om te kunnen gamen. Je hebt een media engine nodig met fixed function video encoders en decoders. Je hebt Wi-Fi nodig, enz.

De eerste integratie is die van de productie zelf. Als je als bedrijf geen eigen fabrieken hebt, zal je op een ander bedrijf moeten steunen. Maar dat bedrijf wilt natuurlijk ook zijn eigen winstmarges halen, en liefst een beetje gezonde marges gezien procedés ontwikkelen niet goedkoop is. TSMC heeft bijvoorbeeld een marge van zo’n 50%, wat dus betekent dat als al de rest gelijk zou zijn, een wafer dubbel zoveel zou kosten bij TSMC. Door productie en ontwerp bijeen te voegen, kan door de samenwerking alles veel efficiënter verlopen, kan het procedé of het ontwerp tevens beter geoptimaliseerd worden voor het product, en moet er geen ‘foundry tax’ betaald worden. Het gehele team heeft dus één grote pot geld die verdeeld en benut kan worden naargelang de noden.

Oké, stel nu dat Intel als processorbedrijf dan zou beslissen om het datacenter te betreden. Maar nu zien we iets interessant: Intel hééft de architectuur en de productiemiddelen en nog veel meer al. Er gaan nog een aantal extra dingen nodig zijn, zoals EEC, maar het belangrijkste is er al. De kosten om de markt te betreden zijn dus relatief erg laag, terwijl er toch heel wat geld te verdienen valt. Je kan dit trucje nog verder toepassen. Voor mobiel heeft het bedrijf Atom en de GPU al, maar bijvoorbeeld een ISP niet. Hetzelfde gaat ook op voor IoT en zou eventueel ook benut kunnen worden om de GPU-markt te betreden. Een voorbeeld in de andere richting is dat Intel verwacht dat er de komende jaren steeds meer laptops met een modem zullen verschijnen.

http://g.foolcdn.com/editorial/images/162476/shared-ip_large.png
http://g.foolcdn.com/edit...62476/shared-ip_large.png

Wat je dus zou kunnen doen is het R&D-budget van Intel indelen in zulke categorieën: of iets een fundamentele investering is zoals de architectuur of procesontwikkeling; een investering die op meerdere platformen benut wordt zoals graphics, media en connectiviteit; en tot slot de investeringen die specifiek voor één van de vijf groepen zijn.

In 2014 kwamen er veel berichten dat Intel ongeveer een miljard dollar per kwartaal in de mobiele markt zou verlieven. Op de Investor Meeting liet Intel echter weten dat je dit sterk moet relativeren. Naar schatting $2.2B van het verlies van ~$3.5B was namelijk afkomstig uit R&D. Dat lijkt behoorlijk veel, maar aan de hand van de net genoemde verdeling wordt het een pak minder. Ongeveer 60% van die $2.2B gaat naar die fundamentele ontwikkeling en gedeelde investeringen. Van die overige 40% of $0.9B ging ca, één derde naar smartphones en twee derde naar tablets. Hoewel het nog steeds niet duidelijk is of Intel ooit een serieuze voet aan de grond zal zetten, vallen de kosten wat R&D betreft dus redelijk mee, en Intel heeft trouwens een plan opgesteld om het verlies in elk geval voor 2015 al met $800M te verminderen, al heeft dat niet alleen met R&D te maken.

Dit artikel beoogt niet om in detail elke innovatie van Intel te bespreken, zoals alle details elke generatie processors die Intel uitbrengt. In vorig artikel heb ik reeds uitgelegd waarom je niet veel snellere processors kunt verwachten, dus wie alleen een xx% snellere processor als innovatie bestempelt zal sowieso teleurgesteld zijn. Ik denk dat louter een algemeen beeld wel zal volstaan.

Wat de client betreft, is er vooral innovatie wat form factor betreft, die vooral kleiner is geworden. Intel heeft NUC geïntroduceerd, in 2015 de Compute Stick en op Computex 5x5 LGA. Hoewel de recente procedés er niet al te bevorderlijk voor zijn, geeft Intel bij de desktop ook aandacht aan de overklokfunctionaliteit. Intel maakt graag de vergelijking met vijf jaar terug. Laptops zijn onder impuls van Ultrabook een stuk dunner en lichter geworden, ze hebben touch geïntegreed met Windows 8, samen met nog veel andere formfactors die Tweakers zowat allemaal aan de tand heeft gevoeld. Het zijn vooral die 2-in-1’s of convertibles waar de innovatie inzit. Dat blijkt ook uit onderzoek van Intel, dat vindt dat kopers van zulke systemen ze veel meer kopen omdat ze het willen hebben dat omdat ze moeten omwille van defecten. Met Haswell is er ook een heel grote sprong op vlak van accuduur gekomen, zodat die de mobiele toestellen is beginnen benaderen. De laatste jaren zijn er ook heel hoge resolutieschermen gekomen. Met Core m heeft Intel een product geïntroduceerd dat geheel fanloos is tegen desalniettemin zeer behoorlijke prestaties, zeker vergeleken met ARM. Ook de prestaties van de graphics en media zijn er hard op vooruit gegaan. Verder heeft Intel nog enkele initiatieven zoals RealSense om het gebruik van wachtwoorden te elimineren, en Intel probeert met dingen als Razence (WPA) voor draadloos laden en WiDi (wireless display) de nood aan kabels te verminderen. Daarnaast wat draadloos betreft heeft Intel Wi-Fi, en met de overname van Infineon in 2011 de modem, waarbij er ook investeringen gedaan worden in 5G, met als doel om op termijn gelijk te komen met Qualcomm en eventueel voorbij te streven; rond 2017 zal de modem op Intels leading edge 14nm komen. Verder houdt Intel de chipset up-to-date en er is ook nog iets dat Thunderbolt heeft.

Intel is met haar JV met Micron ook aanwezig in de SSD-markt, al ligt daar de focus vooral op de enterprise. Dat 3D XPoint een schoolvoorbeeld van innovatie is hoef ik hopelijk niet uit te leggen: Intel heeft voor het eerst in decennia een nieuwe laag geheugen in de markt geïntroduceerd, die tussen RAM en NAND ligt en die volgend jaar beschikbaar komt met Kabylake, zonder dat er een teken is van één van de andere geheugenfabrikanten om ook maar iets vergelijksbaars in de nabije toekomst uit te brengen. Hoewel Intel nog geen 3D NAND heeft top ergens 2016 en ik ook geen woorden als disruptive meer hoor, zal het nog steeds een product zijn dat minstens met de top meekan en voor zover ik weet nog steeds de enige 256GBit MLC-chip. Op vlak van IoT doet Intel ook heel wat dingen, al denk ik dat hun impact voorlopig nog beperkt blijft. Volgens Intel is IoT vooral gericht op het geven van connectiviteit aan de embedded markt, waarvoor Intel Quark inzet en Curie heeft ontwikkeld. Ook op IDF liet Intel een computer met postzegelformaat ziet.

Intels strategie om te zorgen dat de PC dus vlak blijft qua omzet is dus om te focussen op de groeimarkten als gaming, NUC en 2-in-1’s. Verder blijft Intels fameuze ‘goed, beter, best’-segmentatie goed werken om consumenten naar i5 en hoger te krijgen, al heeft dat meer met economie te maken dan innovatie. Een kleine voetnoot in de consumentenmarkt, tot slot, is de tablet en smartphone. Intel heeft op zich wel een interessante pijplijn met SoFIA voor de low-end op 14nm, maar het zou helpen als die op tijd zou komen. Veel meer dan samenwerken met Spreadtrum en Rockchip doet het bedrijf niet.

Hoewel Intel doet wat het kan om de markt boeiend te houden, waar bedrijven als Dell met hun XPS 13 en Microsoft met Surface ook hun aandeel aan bijdragen, is er maar zoveel wat je kan doen om het interessant te houden. Het interessante gebeurt volgens mij vooral in het datacenter, waar de investeringen de laatste jaren eveneens hard zijn voor gestegen, wat enkele innovatieve producten heeft voortgebracht.

Laat ik beginnen met Xeon Phi, één van mijn favorieten. De nieuwe generatie op 14nm, Knights Landing, maakt gebruik van erg gemodificeerde Silvermont-kernen, dus x86 in plaats van Cuda, met ondersteuning voor AVX-512 en 4-way hyperthreading. Met 72 actieve kernen op zo’n 1.3GHz is dat goed voor meer dan 3 64-bit TFLOPS, waarmee het bedrijf op weg is om Nvidia van de troon te stoten.

http://www.nextplatform.com/wp-content/uploads/2015/04/top500-nov-2015-acelerators.jpg
http://www.nextplatform.c...-nov-2015-acelerators.jpg

Zoals dit overzicht van de accelerators uit de TOP500 toont, worden deze many-cores van Intel ingezet in de HPC of high-performance computing. De huidige nummer één maakt gebruik van de eerste generatie Xeon Phi op 22nm, maar zal door een importban van de VS niet gebruikmaken van KL bij de volgende upgrade in 2016.

Verder worden dit beest, dat de 700mm² benadert, voorzien van tot 16GB van Microns HMC of Hybrid Memory Cube, dat geheugen heel dicht bij de CPU plaatst om veel minder plaats in te nemen en te verbruiken en veel sneller te zijn.

De HPC is een heel interessante markt om over te lezen, dus in de bronnen heb ik nog wat leesvoer geplaatst [29]. In de HPC kan je ook goed de vertraagde cadans van Moore’s Law terugvinden. Meer nog, in onderstaande grafiek wordt duidelijk hoeveel innovatie uiteindelijk afhankelijk is van Moore’s Law. Hoewel mensen nog optimistisch zijn er verwachten dat er bij het volgende procedé gewoon een inhaalbeweging zal zijn op terug op de curve te komen, denk ik dat deze afwijking onder de curve nog moeilijk te herstellen zal zijn.

http://www.nextplatform.com/wp-content/uploads/2015/04/top500-nov-2015-performance-development-projected.jpg
http://www.nextplatform.c...development-projected.jpg uit http://www.nextplatform.c...nding-before-steep-climb/

Ook met Xeon Phi heft Intel Omni-Path Architecture. Dit is een concurrent voor Infiniband. Daarnaast heeft Intel silicon photonics, die koper moeten opvolgen in het datacenter en grote voordelen hebben. Dit werd vorig jaar op de IM getoond. 3D XPoint heb ik reeds genoemd.

Wat Xeon betreft heeft Intel sinds IDF’15 in augustus Mobile Xeon aangekondigd. Voor de gewone Xeon gebeuren er ook interessante dingen. Elke generatie komen er meer cores bij, intussen al richting de twintig. Intel gaat in Q1 de eerste Xeon met FPGA on-package verschepen. Ongeveer 50% van de SKU’s die Intel aan de “Super Seven” cloudproviders bezorgt zijn custom SKU’s. De cloud groeide met pakweg 40% in 2013 en 2014 en zal in 2016 ongeveer 1/3 van de omzet voor zijn rekening nemen, en networking is ook een groeimarkt. Dat heeft als gevolg dat Intel veel investeert in het data center, en over de hele lijn zijn er interessante dingen. In 2016 komt Purley uit dat Intel als één van haar grootste updates ziet.

En dan heb ik het uiteraard nog niet over Intels fabricatieleiderschap. Oh, toch wel, dus dat sla ik over. Tijd om dit alles samen te brengen in enkele van de indrukwekkendste slides.

Maar eerst voor alle eerlijkheid enkele negatieve aspecten aankaarten. Intel blijft uiteindelijk een economisch bedrijf, dus ROI staat nog steeds voorop. Dat kan bedrijven er soms doen leiden oneerlijke dingen te doen, zoals rond midden vorig decennium. Daarnaast heeft het bedrijf uit Santa Clara ook enkele of zelfs meerdere gefaalde pogingen op haar naam staan. De fameuze grafiek van Intels verwachte omzet met Itanium opzoeken laat ik als een oefening voor de lezer, gezien die er te ver mis zat om nog serieus te kunnen nemen. Verder kan je naar Larrabee kijken, Intels poging voor een grafische kaart, al kan je denk ik wel zeggen dat die succesvol is overgegaan in Xeon Phi.

Ook het uitstel van Moore’s Law zou je als zodanig kunnen zien. Maar je kan uiteindelijk maar zo snel gaan als je kan. Sinds ik dit artikel geschreven heb heeft de Investor Meeting van 2015 plaatsgevonden, waarin Bill Holt een update heeft gegeven van de yields. Wie de verwachting van begin dit artikel heeft onthouden, zal zien dat die wéér niet is voldaan. Oorspronkelijk dacht Intel dat ze in Q1’14 in plaats van Q4’13 gelijk zouden komen.

http://pics.computerbase.de/6/9/0/6/5/1-280.1104940118.jpg
http://www.pcgameshardwar...r_Meeting_2015_2-pcgh.png of http://pics.computerbase.de/6/9/0/6/5/logo-opengraph.jpg of http://www.pcgameshardwar...ntel-14-nm-Yield-1178435/

Ik vrees dat de nieuwste voorspelling wederom te optimistisch is, maar Holt wilde niet specifiëren waarom hij er wel vertrouwen in had.

Verder nog het melden waard uit de IM is dat Intel een opheldering heeft gegeven van een schijnbare tegenstrijdigheid, paradox. Apple had namelijk aangegeven dat haar A8 op 20nm een grootte van 89mm² had en 2B transistors. Volgens Intel is haar 14nm veel dichter, maar Core m bleek op 82mm² slechts 1.3B transistors te hebben. Het eerste wat mensen die er wat van weten opmerkten is dat we niet weten hoe Apple haar transistors telt. Intel is daar erg conservatief in en telt enkel het aantal logische transistors in plaats van het werkelijk geproduceerde aantal. Dus een transistor met meerdere fins worden bijvoorbeeld niet elk apart als transistor gerekend.

Maar het verschil in dichtheid bleek veel gestructureerder te zijn dan louter verschil in tellen. De werkelijke oorzaak blijkt een verschil in compositie te zijn. Een volledige chip bestaat uit meerdere componenten: SRAM, register files, grote en kleine logic cells, I/O. Die hebben elk een andere dichtheid van transistors. SRAM heeft bijvoorbeeld de hoogste dichtheid. Wat blijkt is dat er substantieel meer SRAM in de iPhone zit, en de iPhone heeft geen “logic tall cells” die een stuk minder dicht zijn (en die Intel gebruikt voor hoge prestaties) dan de bij de iPhone gebruikte “logic thin cells”. Wanneer je het verschil in dichtheid en de procentuele samenstelling van die verschillende structuren dus in je berekening meeneemt, dan blijkt Intels 14nm een 1.4x hogere dichtheid te hebben dan Apples A8 en A9, die dezelfde dichtheid heeft bij benadering. Voordat die normalisatie gedaan was, was Intels 14nm slechts ~0.8x zo dicht. Voor meer informatie, zie de bron.

http://www.pcgameshardware.de/screenshots/759x427/2015/11/Intel_Investor_Meeting_2015_7-pcgh.png
http://www.pcgameshardwar...r_Meeting_2015_7-pcgh.png

De laatste noemenswaardige faal is in de mobiele markt. Intel heeft het uitstel nooit gespecifieerd, maar die markt gaat geplaagd met de ene na de andere vertraging. Broxton moest oorspronkelijk mid-2015 uitkomen, en SoFIA op 14nm eind 2015. Ik vermoed dat dit te maken heeft met Intels veranderende strategie om minder te investeren in die markt en om (eerst) profitabeler te worden. Dat zal wellicht aanhouden zolang Intel haar eigen modem niet in haar eigen fabs kan produceren.

Laat ik voor het cijfermateriaal beginnen met Intels recentste R&D-budget. In 2014 was dat… maar liefst $11.5B. De slide toont eveneens waarom Intels verlies in mobiel zo veel lijkt te zijn.

http://g.foolcdn.com/editorial/images/162476/shared-ip-costs.png
http://g.foolcdn.com/edit...62476/shared-ip-costs.png

Dat is een gigantisch budget. Wanneer we Intels groei bekijken, gaat dit voor 2015 richting de $12B. Tijdens IM15 heeft Holt overigens gezegd dat de R&D-kosten elke node met 30% stijgen. Hij toonde een interessant model dat de economie van Moore’s Law heel goed toont: als Intel 10 jaar dezelfde node zou gebruiken (en dus niet in die ontwikkelingskosten zou investeren) in plaats van nieuwe te ontwikkelen, zegt het theoretische model dat de kosten $270B zouden zijn (productiekosten) versus zo’n $120B (productiekosten met een minderheidsdeel R&D).

https://g.foolcdn.com/editorial/images/178614/intc-rnd_large.png
https://g.foolcdn.com/edi...178614/intc-rnd_large.png

In 2016 was het budget dus nog amper 6.50B. Wat daarmee gebeurt zullen we hopelijk de komende jaren nog meer zien (het duurt vaak 4-5 jaar voor je zulke dingen in de markt ziet), aangezien niet alles voor het procedé is. Vergeleken met anderen:

https://techpinions.com/wp-content/uploads/2014/11/Screen-Shot-2014-11-20-at-10.04.07-AM.png
https://techpinions.com/w...-11-20-at-10.04.07-AM.png

Zelfs Qualcomm + TSMC doet het niet zo goed, al zie je ook bij hen forse stijgingen in budget. Bij AMD zie je trouwens het omgekeerde…

De plaatjes gaan snel, en helaas zit ik nu op mijn laatste slide, maar hopelijk wel één van de interessantste.

http://www.swedroid.se/wp-content/uploads/2014/12/rd-utlagg-2014.jpg
http://www.swedroid.se/wp...014/12/rd-utlagg-2014.jpg en http://fortune.com/2014/11/17/top-10-research-development/

Intel is ’s wereld derde grootste onderzoeker en ontwikkelaar, kort na Samsung en Volkswagen (merk op dat Intels getal niet klopt, dat was voor 2013, tenzij dat het jaar zelf niet klopt). Niet slecht.

Maar het is mogelijk zowel de jaaromzet als de R&D te nemen en die door elkaar te delen om een getal uit te komen over hoeveel het bedrijf in onderzoek en ontwikkeling investeert. Wanneer je dat voor Intel doet, en ik neem de recentste cijfers van 2015 (~$55.2B en ~$12.0B), dan kom je op een getal dat nog veel ontzagwekkender is en helemaal uniek:

Maar liefst 21.7% van Intel omzet, of 35% in vergelijking met de omzet met 62% brutomarge. Voor elke vijf dollar die je bij Intel besteedt, gaat ruim één daarvan naar R&D. In de top 20 zijn er verder maar drie die boven de 15% komen en geen boven de 20%. Apple heeft de laatste jaren haar R&D ook erg opgeschroefd, dus die afwezigheid in de top 20 zal niet meer kloppen, maar als je $9B en $170B aanneemt, dan kom je op een magere <6%.

Algemeen besluit
Hoewel Intel natuurlijk ook niet alles bekendmaakt, is de openheid van Intel heel handig om een zicht te kunnen krijgen in haar innovatieproces met redelijk wat details. Naast innovatie was mijn focus in dit artikel vooral gericht om een beter begrip van het 10nm-procedé te krijgen. Wat dat precies zal worden zal uiteindelijk de praktijk moeten uitwijzen.

In elk geval kan ik dus gerust besluiten dat 10nm louter is uitgesteld omdat het gewoon zo lang duurt vooraleer het procedé economisch wordt. De kans is reëel dat er terug een verbetering komt als EUV beschikbaar is, misschien bij 7nm, of op z’n minst zal EUV zorgen dat het niet verder richting drie jaar of meer gaat in de nabije toekomst. Intel is tot slot ook niet het enige bedrijf dat hier last mee heeft. De delta tussen 28nm en 20nm/14nm is ook lang geen twee jaar geweest, zullen vooral consumenten van videokaarten weten, maar zelfs op het hoogste niveau, supercomputers, is de vertraging duidelijk zichtbaar. Ook hier zal de geschiedenis uitwijzen of dat slechts een tijdelijke dip is en het daarna nog misschien 10 à 20 jaar of zelfs langer de lijn blijft volgen. Er zullen zelfs na de klassieke tweedimensionale schaling, die voor een deel al meer dan een decennium verloren is, nog nieuwe innovaties komen voor zonder twijfel vele generaties. De kans is echter klein dat die mooie, constante lijn nog veel langer als een klok tick en tock zal slaan.

Wat in elk geval we zeker is, is dat het einde ooit eens moet komen.

Bedankt om te lezen.

Slotgedachten
Net als in het vorige artikel over halfgeleiders heb ik hier opnieuw dankbaar gebruikgemaakt van een actuele gebeurtenis om over van alles en nog wat te schrijven – opnieuw een blog toegewijd aan de meerwaardezoeker die genuanceerde, kwalitatieve diepgang wilt. Die actualiteit dient niet alleen om aan de lezer te tonen dat diepgaande kennis aan de basis ligt van heel wat vereenvoudigde technologische artikels, om te tonen wat de relevantie is van de informatie. De kosmoloog Lawrence Krauss, mijn favoriete wetenschaper omwille van zijn kritisch en wetenschappelijk denken, zegt dat zijn filosofie bij het schrijven van boeken is om een interessant thema te nemen dat mensen aanspreekt, om dat als hook te gebruiken voor de wetenschap waar hij vervolgens over schrijft. Hij is van mening dat iedereen eigenlijk geïnteresseerd is in wetenschap, zonder dat mensen het eigenlijk weten. Als je er in slaagt hen te interesseren en geboeid te houden, heb je je werk goed gedaan.

Maar langs de andere kant is dit ook handig voor mezelf. Het is erg productief om zo’n houding te hebben dat iemand fout is op het internet die je, met louter goedbedoelde intenties, wilt corrigeren. Uit fouten kan je veel leren…

Anderzijds ging dit natuurlijk over een bedrijf dat niet bepaald populair is, dus een echte hook is het niet. Maar dat maakt het des te interessanter. Wat zorgt er immers voor dat een bedrijf, dat voor elke vijf dollar er één in haar R&D-machine steekt, toch vaak een negatieve bijsmaak oproept? Hoe komt het dat het meest innovatieve bedrijf ter wereld niet als zodanig wordt (h)erkend? Langs de andere kant heb je actuelere vragen over 10nm en de toekomst van Moore’s Law. Daar heb ik in dit artikel een beter beeld over willen geven vanuit het perspectief van degene die de toorts draagt.

Desondanks is mijn doel niet propaganda geweest, maar een gezonde mix tussen kwalitatieve berichtgeving met objectieve informatie, kritische analyse en een deeltje verantwoorde, onderbouwde speculatie. (Ik heb met opzet niets van de negatieve zaken uit het verleden meegenomen, omdat Intel na die lange tijd en vele wissels wat management betreft een drastisch anders bedrijf is onder leiding van Brian Krzanich dan in vorig decennium, en het lijkt me weinig productief om daar op te blijven hameren.)

Wat inhoud betreft is dit artikel qua lengte en wellicht ook qua scope nog een stukje ambitieuzer geweest van mijn vorig. Misschien is het interessant om even een paar woorden te zeggen over het tot stand komen van een artikel als dit. Het artikel heeft zijn oorsprong gevonden naar aanleiding van een simpele reactie met negatief sentiment tegenover Intel onder het recente artikel in kwestie, wat me ertoe dreef te beginnen met nog een tekstje over onwetendheid. Van daaruit wist ik dat ik over Moore’s Law en 10nm zou moeten praten om de echte oorzaken en verbeteringen te kunnen uitleggen, en omdat innovatie zo’n nauwe band heeft met concurrentie, kan ik een bespreking van Intels innovatie ook niet achterwege laten, al had ik oorspronkelijk alleen het stuk met cijfermateriaal gepland. Voor de rest is het artikel redelijk organisch opgebouwd, op basis van bronnen en kennis, met intensieve en gerichte schrijfperiodes gecombineerd met een divergerende verwerking van het materiaal in de tijd ertussen; het zijn die periodes van non-intensief werk en vrij denken die ervoor zorgen dat je op ideeën en tot inzichten kunt komen. Dit artikel is rond Intels Investor Meeting geschreven, wat een rijke voedingsbodem voor inspiratie was, maar tegelijk ook wat out-of-date, zie onderaan.

Al bij al dus een intensief, veeleisend proces. Daarom hoop ik des te meer dat de lezer er het een en ander heeft kunnen uithalen. Want dat maakt het net zo’n belonende hobby.



*Gezien de lengte en dus diepgang van deze blog zou het me echter niet verbazen dat dit artikel als overkill opgevat kon worden door mensen die hier geen sterke interesse in hebben. Dus vooral iets voor de liefhebbers.

[0] De ‘spirituele’ voorganger van dit artikel: Wisdom: iPhone 16nm vs. 14nm - Halfgeleiders: Is kleiner ook beter? -- Mensen zijn trouwens goed in vergeten, dus wie geïnteresseerd is om een diepere kennis te hebben kan het (bronnen)materiaal altijd nog eens doornemen ;)
[1] Gerucht: Intels Kaby Lake krijgt ondersteuning voor Optane-geheugen: nieuws: Gerucht: Intels Kaby Lake krijgt ondersteuning voor Optane-geheugen
[2] This Video Will Make You Angry: https://www.youtube.com/watch?v=rE3j_RHkqJc
[3] http://www.intc.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=690165
[4] https://www.youtube.com/watch?v=r28Z4mjLUDk
[5] nieuws: Canon ontwikkelt nanostempeltechnologie voor productie 11nm-chips
[6] http://www.extremetech.co...s-the-unsung-silicon-hero
[7] http://semiengineering.com/kc/knowledge_center/metrology/252
[8] http://semiengineering.com/taming-mask-metrology/
[9] http://www.anandtech.com/...4nm-and-going-beyond-10nm
[10] http://semiengineering.co...-review-manufacturing-54/
[11] http://semiengineering.com/one-on-one-mark-bohr/
[12] https://benchlife.info/in...sh-back-to-2018-10162015/
[13] http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1327725
[14] http://www.realworldtech.com/intel-10nm-qwfet/
[15] http://download.intel.com...akthroughs_Technology.pdf
[16] http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1328272
[17] http://www.goodreads.com/book/show/11797471-the-idea-factory en http://www.amazon.com/The...-Innovation/dp/0143122797
[18] http://forums.anandtech.com/showthread.php?t=2409131 of http://intelstudios.edgesuite.net/im/2014/live_im.html
[19] http://community.cadence....-finfet-plus-10nm-and-7nm
[20] http://semiengineering.com/moores-law-slips-again/
[21] http://arstechnica.com/ga...ip-moving-beyond-silicon/
[22] nieuws: IBM heeft werkende 7nm-chips van germaniumsilicium via euv
[23] http://forums.anandtech.c...p?p=37557165&postcount=43
[24] http://www.fool.com/inves...d-ip-model-explained.aspx
[25] http://semiengineering.co...lenges-at-advanced-nodes/
[26] http://semiengineering.com/fab-challenges-at-7nm-and-5nm/
[27] http://www.intel.com/cont...n/quality/exact-copy.html
[28] http://www.extremetech.co...conductor-manufacturing/2
[29] Knights Landing: http://www.nextplatform.c...e-systems-with-omni-path/ en http://www.nextplatform.c...-xeon-phi-rollout-begins/ en http://www.nextplatform.c...eon-phi-secrets-unveiled/ en http://www.nextplatform.c...ding-chips-next-to-xeons/ en http://files.shareholder....SiPh_Final_BJORLIN_nn.pdf
[30] IM 2015 (PDFs): http://intelstudios.edgesuite.net/im/2015/start.html en http://forums.anandtech.com/showthread.php?t=2454836

Intels innovatie kwantiatief: http://gathering.tweakers...message/45253667#45253667.

Artikel over problemen met EUV: http://semiengineering.com/gaps-remain-for-euv-masks/
TSMC tidbit: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1328283
EETimes interview BK: http://www.eetimes.com/do..._id=1327478&page_number=2
Recente SE-artikels: http://semiengineering.co...tterning-save-moores-law/ en http://semiengineering.co...-finfets-will-get-harder/

Slotwoord. Ik heb niet de tijd gehad om dit artikel volledig af te werken. Ik heb ongeveer 24 uur aan dit artikel besteedt over een tijdspanne van vier dagen. Maar ik heb het niet nagelezen om het helemaal op punt te zetten, waardoor de kwaliteit wellicht wat ondermaats is. Ik dacht dat sommigen het desondanks wellicht wel interessant zouden vinden, vandaar dus toch de publicatie.

Volgende: Calculus in 1000 woorden 12-'15 Calculus in 1000 woorden
Volgende: 10nm - Intel en Innovatie (1/2) 11-'15 10nm - Intel en Innovatie (1/2)

Reacties


Door Tweakers user Giesber, vrijdag 11 december 2015 14:11

Bedankt voor deze blog. Ik vond het vorige deel nog iets beter, maar het blijft een van de beste blogposts die ik al gelezen heb. Waar de vorige nog meer van toepassing was op alle fabrikanten lijkt dit meer op een reclamepraatje voor Intel, al begrijp ik dat je de economische kant van het verhaal wil benadrukken. Die vergeet ik zelf ook wel eens (schande, vanwege mijn interesse in de economie).

Die negatieve bijklank van Intel zal voornamelijk komen omdat ze graag de concurrenten uit de markt drukken, of tenminste drukten. Ze zijn zo dominant geworden omdat ze de concurrenten een hak hebben gezet met vuile praktijken. Praktijken waarvoor bijvoorbeeld Qualcomm eerder deze week nog op de vingers getikt is. Daar oogst je winst mee, maar geen sympathie.

Reageren is niet meer mogelijk