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Prescott VS Northwood :
0.09 µm VS 0.13 µm
Après les présentations physique, nous allons maintenant rentrer dans les détails du core Prescott. Nous nous servirons bien sûr du bon vieux core Northwood comme comparaison. Pour commencer, il est important de distinguer les améliorations due à la finesse de gravure et les améliorations de la micro-architecture. Nous débuterons en voyant ensemble le procédé de gravure en 90nm (0.09µm) d'Intel et nous enchaînerons ensuite sur la micro-architecture et les changements radicaux effectués à ce niveau entre le core Prescott et le core Northwood.
- Procédé de gravure 90nm chez Intel
Préparé depuis longtemps, le procédé de gravure 90nm chez Intel fût un véritable casse-tête technologique. En effet, les finesses de gravures extrêmes actuelles tendent à rendre le pari de plus en plus difficile. Ceci dit, le procédé est maintenant au point après plus d'un an de test et prêt pour la production de masse. Nous ne rentrerons pas ici dans les détails, mais nous allons vous expliquer les grandes lignes du procédé de fabrication 90nm. On parle bien ici de procédé de fabrication car le passage en 90nm n'est pas uniquement une réduction de taille puisqu'il est aussi accompagné de plusieurs innovations majeures. Voyons tout ça point par point :
- Augmentation de la finesse de gravure
- Diminution de la taille des cellules de SRAM
- Transistors "Strained Silicon"
- Low-K CDO et interconnection supplémentaire.
Avant de parler des caractéristiques accompagnant le processus de gravure 90nm chez Intel, voyons d'abord les progrès effectués en ce qui concerne la finesse de gravure en elle-même. La gravure en 90nm utilise une lithographie en 193nm au lieu des 248nm du process 0.13 µm. La lithographie est le procédé de graver les circuits sur une plaque de silicium. Dans le cas de photolithographie, il s'agit donc "d'imprimer" sur la galette de silicium les circuits par exposition à la lumière et via une série de masque. En fait, c'est la lithographie qui joue le rôle le plus important dans le processus d'augmentation de la finesse de gravure. Nous avons pu trouver une roadmap des procédés de lithographie d'Intel :
Nous en sommes donc à 90 nm avec une lithographie en 193 nm. La prochaine évolution sera une gravure 45 nm avec une lithographie en 157 nm, déjà opérationnelle en stade de prototype chez Intel. A noter que la taille de la "porte" (ou gate en anglais) du transistor est maintenant de 50 nm. Concernant le yield, nous avons pu mettre la main sur les yields des différents procédés de fabrication d'Intel :
Comme on le constate, les yields des wafer 300mm en 90nm étaient au niveau de ceux 0.13 µm dés le troisième trimestre 2003. Le retard du prescott n'était donc pas dû au yield comme on a pu le lire ici et là. Intel reste sur les fameux wafers de 300mm qui permettent de réduire les coûts de fabrications.
Comme nous le savons, la majorité des transistors qui équipent un processeur servent maintenant au cache. Or, la mémoire cache est de type "SRAM" et pour faire fonctionner un bit de mémoire, il faut 6 transistors. Un groupe de 6 transistors servant à créer un bit de SRAM est appelée "Cellule" ou "Cell" en anglais. Indépendamment de la finesse de gravure, la taille, ou plutot la surface occupée par un "Cell" de SRAM est maintenant passée de 2 µm² à 1.15 µm², ce qui corresponds à une diminution moins importante que la seule finesse de gravure (-52%). Ceci permet de réduire la taille du die ou de mettre plus de mémoire sur une même surface. Voyons sur ce graphique l'évolution de la taille des Cell SRAM :
Puisque le passage des 6T SRAM Cells est passé de 2 µm² à 1.15 µm², on en déduit donc que le mégaoctet de cache du Prescott n'occupe que 15% plus de surface que les 512 Ko du Northwood. Un gain interessant.
Le core Prescott 90 nm apporte également la fameuse technologie 'Strained Silicon' d'Intel. Le but est ici de diminuer la résistance au passage des électrons dans les transistors. Pour ce faire, on écarte les atomes de silicium, ce qui permet un meilleur passage du flux d'électrons. Moins les électrons rencontrent de résistance, plus ils circulent rapidement, et plus le transistor peut commuter rapidement. Voyons un petit schéma :
On le voit clairement ici, la matrice d'atomes de silicium étant moins dense, le flux d'electron est plus rapide. Ceci permet principalement de monter en fréquence plus haut qu'actuellement sans changer de process de gravure. Ce procédé entraine également une baisse de la consommation.
CDO signifiant "Carbon-doped oxide", nous sommes ici en face d'un diéléctrique oxyde dopé au carbone et disposant d'un faible K. K est une variable qui influe fortement sur l'effet capacitif d'un condensateur. Le diéléctrique Low-K est présent entre les interconnections cuivres des cores et évite que l'effet capacitif, et surtout la chute de tension qui survient ne soit trop important. Plus 'K' est faible, moins l'effet sera important et moins le processeur aura besoin d'une tension importante pour fonctionner. Profitant de l'aubaine, Intel a également rajouté une couche d'interconnexion. Le nombre final passe donc de 6 pour le Northwood à 7 pour le Prescott :
Pour plus d'informations sur ce type de process et sur les diélectrics Low-K, nous vous conseillons d'aller consulter l'article de Onversity disponible ici qui est trés instructif.
- Vue approfondie d'un transistor 90 nm et process futurs
Lors de nos recherches, nous avons trouvé quelques documents interessants sur la gravure 90 nm et sur les évolutions futures des techniques de gravures chez Intel. Voici quelques informations sur un transistor 90 nm et sur les évolutions futures de la finesse de gravure :
- Vue d'un transistor 90 nm
A noter que le process 90 nm utilise des layers NiSi (Nickel Silicide)
- Futurs process et finesse de gravure
Intel travaille actuellement sur les futures générations de gravures et les portes des transistors, actuellement à 50 nm en 90 nm passeront bientot à 30 nm en 65 nm...
Les finesses de gravure de 65 nm, 45 nm et 35 nm ne sont décidemment pas si loin que ça.
Maintenant que nous avons fait le point sur le technologie de gravure qui est une jolie prouesse technologique, nous allons pouvoir nous interesser plus en détail à la micro-architecture du Prescott.