Ontleding van Panther Lake onthult Intel 18A in detail — TSMC loopt nog steeds voorop wat betreft dichtheid

SemiAnalysis heeft de Intel Core Ultra 7 365 (Panther Lake)-processor grondig onder de loep genomen en biedt daarmee een eerste onafhankelijk inzicht in de inhoud van de chips en in Intels meest geavanceerde chipfabricagetechnologie tot nu toe. De analyse richt zich op het 18A-proces van Intel, met inbegrip van het nieuwe transistorontwerp en het stroomtoevoersysteem aan de achterzijde — twee technologieën die het bedrijf als cruciaal beschouwt voor zijn comeback op het gebied van productie.

De belangrijkste bevinding is dat Intel erin geslaagd is beide technologieën in een echte consumentenchip te integreren. Uit de analyse blijkt echter ook dat 18A qua logische dichtheid ruwweg vergelijkbaar is met TSMC’s N3E. De benamingen „18A“ en „N3E“ mogen echter niet worden opgevat als letterlijke fysieke afmetingen van respectievelijk 1,8 en 3 nm: het zijn knooppuntlabels en geen direct vergelijkbare metingen.

Panther Lake is de eerste consumentenprocessor van Intel die gebruikmaakt van RibbonFET-transistors, de eigen versie van het bedrijf van de gate-all-around (GAA)-technologie. In plaats van stroom door de smalle verticale „vinnen“ te leiden die in oudere FinFET-ontwerpen worden gebruikt, maakt RibbonFET gebruik van vier gestapelde horizontale siliciumlagen. De transistorgate omringt elk laagje, waardoor Intel meer controle heeft over de elektrische stroom die door de transistor vloeit en lekkage wordt helpen verminderen.

De andere belangrijke verandering is PowerVia, Intels implementatie van een systeem voor stroomtoevoer aan de achterzijde. In een conventionele processor lopen stroom- en datasignalen door de metalen bedradingslagen boven de transistors. PowerVia verplaatst een groot deel van het voedingsnetwerk naar de andere kant van de chip, onder de transistorlaag. Dit maakt bedrading aan de voorzijde vrij voor signalen en maakt kortere, bredere stroompaden mogelijk, waardoor de elektrische weerstand mogelijk wordt verminderd en de spanningsstabiliteit voor de meest veeleisende blokken van de chip wordt verbeterd.

Een van de meest interessante bevindingen uit de analyse betreft de transistordichtheid, die ons een genuanceerder beeld geeft van de concurrentiepositie van 18A. SemiAnalysis heeft de 18A-rekenlogica van Panther Lake gemeten en vastgesteld dat deze ongeveer dezelfde dichtheid heeft als de GPU-logica die wordt vervaardigd met het N3E-proces van TSMC. Dit is een belangrijk resultaat voor Intel, dat de afgelopen jaren achterbleef bij de grootste contractchipfabrikanten op het gebied van geavanceerde fabricageprocessen. SemiAnalysis stelt echter dat 18A qua piekdichtheid geen voorsprong heeft op de nieuwere N3P- en N2-knooppunten van TSMC, noch op de SF2 van Samsung.

Dat is van belang omdat de transistordichtheid een van de duidelijkste indicatoren blijft voor de potentiële kosten- en schaalvoordelen van een fabricageknooppunt. De aanpak van Intel kan nog steeds voordelen opleveren op het gebied van stroomvoorziening, routingflexibiliteit en prestaties, maar dit vertaalt zich niet automatisch in een zo klein mogelijk logisch oppervlak.

Uit de analyse blijkt ook hoe Intel gebruikmaakt van chiplets en geavanceerde verpakkingstechnieken om verschillende procestechnologieën in één product te combineren. De processor combineert afzonderlijke reken-, GPU- en I/O-tiles op een passieve siliciumbasis met behulp van Foveros-S-verpakking. De rekenmodule is vervaardigd op Intel 18A, terwijl de GPU in twee versies verkrijgbaar is: een vier-core Xe3-module geproduceerd op Intel 3, en een grotere 12-core-versie vervaardigd door TSMC met behulp van N3E. De I/O-modules worden eveneens door TSMC vervaardigd, met behulp van het oudere N6-proces.

SemiAnalysis constateerde ook opmerkelijke veranderingen binnen de compute-tile. Uit de ontleding blijkt dat de CPU-architectuur van Panther Lake eerder een doorontwikkeling is dan een volledig nieuw ontwerp. De Cougar Cove-prestatiekern heeft qua oppervlakte nog steeds veel weg van de Lion Cove-kern die in de vorige generatie, Lunar Lake, werd gebruikt, ook al is de L2-cachecapaciteit gestegen van 2,5 MB naar 3 MB per kern. SemiAnalysis schat dat Cougar Cove 20 % meer L2-cache in een kernoppervlakte van vergelijkbare grootte kan onderbrengen. Tegelijkertijd is het vierkernige Darkmont LP E-kerncluster ongeveer 5 % kleiner dan zijn voorganger.

De teardown wijst ook op een op efficiëntie gericht herontwerp van de AI-versneller van Intel. De NPU 5 van Panther Lake zou 36,9 % minder oppervlakte innemen dan de NPU 4 in Lunar Lake, terwijl het totale aantal INT8 MAC’s gelijk blijft. Intel heeft de verwerking geconsolideerd in een kleiner aantal, grotere neurale rekenengines en het aantal scratchpad-geheugens en SHAVE-DSP’s teruggebracht van 12 naar zes. NPU 5 biedt bovendien native FP8-ondersteuning, een gegevensformaat met lagere precisie dat steeds vaker wordt gebruikt voor AI-inferentie.

De GPU biedt nog een interessante vergelijking. Een Xe3-kern in de op Intel 3 gebaseerde GT1-tegel is ongeveer 55 % groter dan die in de op N3E gebaseerde GT2-tegel met 12 kernen. Simpel gezegd: met zijn eigen proces kan Intel de GPU produceren, maar dankzij TSMC’s N3E-proces kan Intel aanzienlijk meer grafische hardware in hetzelfde siliciumoppervlak onderbrengen.

Het rapport van SemiAnalysis stelt Panther Lake niet voor als bewijs dat Intel reeds een beslissende voorsprong op het gebied van het productieproces heeft herwonnen. In plaats daarvan toont het een bedrijf dat technisch gezien iets belangrijks heeft bereikt: het heeft nieuwe transistor- en stroomtoevoermethoden in een commerciële pc-chip geïntegreerd. Maar 18A moet nog bewijzen dat het Intel een blijvend voordeel kan opleveren ten opzichte van TSMC op het gebied van prestaties, efficiëntie en productiekosten.