Intelの立体トランジスタ

Intelが主力CPUに3次元トランジスタを搭載すると発表した。2011年中には製品がでてくる。
Fin FETというものの一種で、厳密にはTriGateという、上面にもゲートの乗った、すこし扁平率の高いものである。これは、ゲート長 22nm (最近は実効ゲート長を指すはず)のプロセスである。

なぜわざわざ3次元にする必要があるのか、以下に書いた。

2012年1月15日日曜日: IntelとARMの戦いの予想: Intel TriGate Trのすごさ

これを主力CPU であるIvy Bridge から適用する。これで停滞していたCPUがちょっとは速くなるし、低電力化も進む。

PCwatch後藤弘茂さんの記事はいつも正確で分かりやすい: http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20110915_477478.html

発表時点の記事)

http://www.engadget.com/2011/05/04/intel-will-mass-produce-22nm-3d-transistors-for-all-future-cpus/

以下にIntel FellowのMarkのvideoを埋め込んであります。クリックすれば動きます。

速度を決めるIonというトランジスタの駆動能力が向上するので、速度は37%向上し、リーク（もれ電流)が減少するので、50%低電力化される。CPUという巨大マーケットをもち、専用に最適化された自前の半導体製造ラインを持つIntelだからこそできる力業でしょう。
ゲート長22nmといいますが、たしか1998年頃の主力プロセス0.25um=250nmのゲート酸化膜厚が20nm弱。それで、すでに量子効果が見えると騒いでいたのに、それがすでにゲート長(横幅)になってしまいました。

2011 夏のIDF (Intel Developer Forum)で、Intel FellowのMark Bohrから発表があり、満場の観客からの質疑で答えていました。末尾に掲載します。

http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/443/998/html/intel-02.jpg.html

に写真もあります。

http://www.engadget.com/2011/05/04/intel-will-mass-produce-22nm-3d-transistors-for-all-future-cpus/

の一番上にある、Markの宣伝ビデオも大変分かりやすいです。

以下原文)

Looks like 3D isn't just a fad, folks, so long as we're talking about silicon -- Intel just announced that it has invented a 3D "Tri-Gate" transistor that will allow the company to keep shrinking chips, Moore's Law naysayers be darned. Intel says the transistors will use 50 percent less power, conduct more current and provide 37 percent more speed than their 2D counterparts thanks to vertical fins of silicon substrate that stick up through the other layers, and that those fancy fins could make for cheaper chips too -- currently, though, the tri-gate tech adds an estimated 2 to 3 percent cost to existing silicon wafers. Intel says we'll see the new technology first in its 22nm Ivy Bridge CPUs, going
into mass production in the second half of the year, and it's planning 14nm chips in 2013 and 10nm chips in 2015. Also, 3D transistors won't be limited to the cutting edge -- Intel reps told journalists that they "will extend across the entire range of our product line," including mobile devices. Three videos and a press release await you after the break.

ここから下は2011/12/30に大幅に追記しました。
CPUの性能)

2002年ごろからIntel CPUの性能向上はとまっています。発熱ネックなのでいかんともしがたいですね。

ただ、2012年のSandy Bridgeに実搭載されて商品化する上記TriGate Tr (いわゆるFDのFIN Tr)で、37%も性能改善します。
また、Near Threshold論理もかなり画期的です。 2011 IDFでもintelが発表しています。IntelはそのQ&Aで、800人のPhDが一人１テーマで研究しているから、世界のだれも追いつけないと豪語していました。利益率の大きいCPUからの潤沢な利益で、やるべきことを地道にやってこれたIntelは立派です。2000年頃には、まだIntelのプロセスは、かなり遅れていて、世界トップ水準はIBMやNECだったのですから。

カリフォルニアにあるintelの研究所には3000人の社員のうち、2000人がインド人と聞きました。クリエイティブな白人の管理者と、高いリテラシ教育を受けた東洋人という最強の組み合わせを立ち上げた米国にどうやって勝つのか。これがこれからの日本の課題かも知れません。

intelのしたたかさと思うところを、いくつか掲載しておきます。

1. Tick-Tack方式とintelが呼ぶ方式。上記の図で水色とピンクの性能向上分が交互に来ているのがそれです。
   同時に沢山の新技術を導入するとデバッグしきれないとか、開発時間がかかるので2チームで論理的な改良(パイプラインとかスーパスカラーとか)と、プロセス的なShrinkと回路改良を、半分ずつずらして開発して、ユーザには常に進化を示して、お客を引きつける=他社を寄せ付けない とか言う狙いもあると思います。
2. Intelは高性能を実現するために、かなり広範囲に人手でレイアウト設計をしてきました。(いまは大分自動化されたようですが。。) Intelはレイアウト設計教室というのを開校してお金を取って教えています。そして優秀な生徒をアルバイトで雇い、さらに優秀だと正社員にしています。知り合いの奥さんが、これで正社員になっています。
3. 作業納期が厳しい。Appleもかなり厳しいようです。そういう厳しい会社が成長しているようにも思います。
4. 特許の連名数も制限されているとか(無駄な作業と報奨金支払いを減らすためでしょうか..) 
5. 情報管理も厳しい。また他社との交渉には、特許弁護士がかならずついてくるらしい。
6. Intelの学会発表には、かなり昔から、注意書きがついています。「これは技術報告だから、内容は変わる恐れがあり、製品とは関係しない。投資の参考にもするな。」と、長々と書いてある。最近は、これをやる会社もだいぶ増えました。
7. また、社員のやった論理設計の量を監視するシステムができていて、作業量がすくないとマネージャに呼び出されるとか1995年頃に聞きました。また、始業時間が朝8時だったが、遅刻すると理由にかかわらず減給、低評価の原因になる。一方で早く来ても残業代は出ない。渋滞が理由で遅刻できないので、社員は皆早く出社して余計に働く。今どうなっているのかは知りませんが、この締め付けを嫌って、他社に転職した元Intel社員も多かったようで、そういう一人から聞いた話です。かなり日本的な感じのする管理の仕方だと思いました。

IDFでのQ&Aより)

以下、Q&Aから。16件もQ&Aがありましたが、Markは自信にあふれ、よどみなく

答えていました。印象深いものを抜粋すると。

Q1(私). bulkyな感じだが、エリアはシュリンクするのか。

-> bulkyではないよ。32nmよりも50%微細化している。14nmでもエリアは

ちゃんとスケールする。

Q2. プレーナとの混載は考えていないのか? いない。

-> High K を振り返るといい。他のベンダは混載といっていたが、Intelは全部High Kで作り、世の中は結局そうなった。

Q3. Intelのデバイス技術だけ先に進むのは、どこにマジックがあるのか?

-> Intelラボには800人のPhDがいる。彼ら1人が1つのnew technologyをやっている。さらに、研究から量産までがきわめて効率よく流れる仕組みができている。(この仕組みはCopy Exactと呼ばれています。日本では、生産現場が独自に改良する仕組みだったので、ライン立ち上げに手間が掛かりました。)

Q4. 製造コストはあがらないのか。

-> マスクは増えない。2-3%コストが上がるだけだ。メタルを増やしたりする影響のほうが大きい。

Q5. （プロセスの)開発投資をそんなにして回収できるのか?

-> それはファイナンス（経理）のVPが考えることだから、私は関知しない。

これだけ自信のある発表をされると、3rdベンダは、Intelと組みたいなと感じる

のではないのでしょうか。

それもあって、1Fの広大なフロアで関連会社が展示していたが、そのインテルのエコシステムは、ARMとは比べ物にならない気がします。

Q5がすごいなと思いました。CTOがいなくて、みんな金勘定ばかりしている日本

の会社と違って、本当にいいものを目指して、研究しているように感じてしまい

ます。もちろん程度問題でしょうが。。

Intelにデバイスに勝つには、青色レーザとか、iPS細胞のように誰も考えつかな

かったことをやらないと、あたりまえのことでは難しいように思います。

一方、Intelはアーキテクチャは弱い。どうも後追いしかやらない。

Mikeと名前をかえたLarabbyも何だか意味不明。PCIeじゃバンド幅がたらないんじゃないのと会場から質問を受けても、onchipアクセラレータにする予定はどうなのと言われても釈然としない。さらに、なぜx86互換のコア(それも性能がでないsingle pipeを中途半端に40個)。の理由も不明。しきりに、GPGPUと違って使い慣れたx86命令セットだからと主張するが、スレッドスケジューリングとかあるので、命令セットが使い慣れていてどれだけ役に立つのか。。

さらに、ソフトはもっと弱い。taskという軽量スレッドの操作のライブラリ、CilkとTBBというのを説明していたが、OpenMPとどう違うのかよくわからない。その割に記述量が多い。threadの制御はできるらしいが、threadアロケーション(HTか、OnDieか、socket間か)の制御をするのに、OSとのインタラクションはどうするのかと聞くと。affinityがあるとだけ。。

PCwatchで有名な後藤さんともお友達になり立ち話をして合意したのですが、Intelは、デバイスと生産技術がやたら強い。Intel Labのトップ　Shekhar Borker は、NVRAMは来ないといっていたのだが、13:05からのDiving Towards Cloudでは、Stephen PawlowskiIntel Senior Fellow, CTO, Intel Architecture Group,Intel Corporation　が、R RAMが有望だといっていたり、結構、階層ごとに言っていることが違っています。

日本の会社は...)


とにかく、他社を徹底的に調査研究するのが一番肝心だと思います。以下にも書いたとおり、情報戦に弱いのが日本の従来からの弱点だと思います。また、日本の会社は成功体験があって、直ぐ調子にのって勝ち誇って他社を突き放す工夫をしない。なので、負ける。するとしょげてしまって、撤退するか後追いに走るところがあるように思います。技術者の能力は高いし、世界の中でもとりわけ勤勉なのでまけるはずがないのに何故そうなるのでしょうかね。情報戦に弱いところは、第二次大戦の大本営から変わっていませんしね。。

2011年12月29日木曜日: 旧日本軍の問題 

日本の会社は、上から下まで知識があるので、コアにFPGAを乗せようとかいろいろアイディアを出すものの、アイディアだおれで成功しにくいように思います。器用貧乏というか。。とにかく何事もじっくりと考えることが重要だと思います。そのために必要なのが、余裕だと思います。負けループに入り始めるとなくなるのが、この余裕です。

コアにFPGAを乗せるのは、Dynamic Reconfigurable Processorをやっていた研究者の話を聞けばわかりますが、コアループで10倍くらい加速するのがやっとなので、その他を入れると、うまみが見えなくて、どうしてもニッチにとどまる。

ニッチじゃなくて大きく加速するグラフィックとかビデオは、専用エンジンを作ってきてなかなか入れない。

とにかくボリュームがでる部分は、Intelがどんどん専用エンジンを作りこむし、今後チップが3Dスタック(重ね合わせ積層)するようになると、フレキシビリティもでる。

FPGAは論理ゲートのエリアを15倍食うというのも、最後まで足かせになりそうです。

結局技術だけではだめで、どれだけ量が出るかがコスト競争に響くので、マーケットや投資戦略も大きく関わってくるのが、今のグローバル競争の時代だと思います。従来のやりかたを踏襲していても勝てないでしょう。