Panther Lake, משפחת מעבדי Core Ultra Series 3 של אינטל, אינו רק דור חדש של מעבדים למחשבים ניידים. זהו גם המוצר הראשון של החברה המיוצר בהיקפים גדולים בתהליך Intel 18A, ולכן הוא משמש מבחן מרכזי ליכולתה של אינטל להחזיר את טכנולוגיית הייצור שלה לחזית התעשייה ולהציע אותה בעתיד גם ללקוחות חיצוניים.
בסרט תיעודי חדש שפרסמה החברה, באורך של כשעה וחצי, מתארים מנהלי התוכנית ומהנדסיה את תהליך הפיתוח, שהחל עוד בשנת 2021 והעסיק אלפי עובדים ברחבי העולם. הסרט הופק אומנם בידי אינטל ומציג את הפרויקט כסיפור הצלחה, אך הוא מספק הצצה מעניינת אל הקשיים שנוצרו כאשר המעבד ותהליך הייצור שעליו הוא מבוסס פותחו למעשה במקביל.
למרכז הפיתוח הישראלי היה תפקיד מרכזי בפרויקט. אנשי אינטל מספרים כי הגדרת המוצר החלה בחדר במרכז הפיתוח בישראל, שבו ניסו הצוותים להעריך כיצד ייראה שוק המחשבים כעבור שנתיים או שלוש. בישראל פותחו רכיב החישוב וליבות הביצועים, בעוד שהגרפיקה פותחה בצוותים בפולסום ובהודו, ורכיבים נוספים הגיעו מאתרים אחרים של החברה.
עם המרואיינים הישראלים בסרט נמנים זוהר צאבא, סגן נשיא ומנהל תוכנית Panther Lake; ירון אננקי, סגן נשיא ומנהל קבוצת פיתוח ה־Client; אריק גיחון, מהנדס ראשי בכיר לארכיטקטורת SoC; חגי בורשטיין, מנהל הנדסת פיתוח המוצר; וליאל אלגרבלי, מהנדסת שילוב פלטפורמות לקוח.
היעילות של Lunar Lake, הביצועים של Arrow Lake
נקודת המוצא הארכיטקטונית של Panther Lake הייתה ניסיון לחבר בין שתי משפחות המעבדים שקדמו לו. “Panther Lake הוא שילוב של Lunar Lake ושל Arrow Lake. לקחנו את הטוב משני העולמות וחיברנו אותו יחד”, מסביר בסרט אריק גיחון.
לדבריו, מ־Lunar Lake נלקחו היעילות האנרגטית, חיי הסוללה וה־NPU, ומ־Arrow Lake נלקחו הביצועים, יכולת ההתרחבות ומספר הליבות הגדול יותר. בתצורה המרבית כולל Panther Lake עד 16 ליבות, לעומת שמונה ב־Lunar Lake, וכן מערך גרפי משולב הכולל עד 12 ליבות Xe. ליבות הביצועים החדשות נקראות Cougar Cove וליבות היעילות Darkmont, והן הותאמו לתהליך 18A.
כדי להציע את המעבד בקשת רחבה של מחשבים, עברה אינטל ממבנה מונוליתי למבנה מודולרי. המשפחה כוללת אריחי CPU, גרפיקה ו־I/O בגדלים שונים, שניתן לשלב בשלוש תצורות מרכזיות. גרסה של שמונה ליבות מיועדת בעיקר למחשבים עסקיים; גרסת 16 ליבות עם רכיב I/O גדול מוסיפה שמונה נתיבי PCIe 5.0 ומתאימה למחשבים עם מעבד גרפי נפרד; וגרסת הדגל משלבת מעבד גדול עם GPU מובנה של 12 ליבות Xe.
תהליך הייצור עדיין היה בתנועה
האתגר החריג בפרויקט נבע ממעמדו של Panther Lake כ“לקוח האפס” של Intel Foundry בתהליך 18A. בניגוד לפיתוח על תהליך בשל, צוותי המוצר קיבלו במהלך העבודה גרסאות מתעדכנות של ערכת התכנון ומודלים משתנים של ביצועי הטרנזיסטורים. הם נדרשו להעריך מראש כיצד יתנהג התהליך כאשר יגיע לבשלות, ולעדכן בהתאם את התכנון.
Intel 18A משלב שני שינויים טכנולוגיים גדולים: RibbonFET, מבנה טרנזיסטור מסוג Gate-All-Around, ו־PowerVia, מערכת אספקת מתח מצדו האחורי של השבב. ביל גרים, מנהל הנדסת המוצר בחטיבת הפיתוח הטכנולוגי של Intel Foundry, מגדיר בסרט את 18A כ“תהליך מהפכני, ולא רק התפתחות הדרגתית של דור קודם”.
PowerVia מקרבת את חיבורי החשמל לטרנזיסטורים, במקום להעבירם דרך 14–15 שכבות מתכת בצדו הקדמי של השבב. התוצאה היא התנגדות נמוכה יותר, חיסכון בשטח ושיפור פוטנציאלי בביצועים ובצריכת האנרגיה. ואולם, השינוי גם חייב את המהנדסים לתכנן מחדש חלק מנתיבי האותות. רשת אספקת החשמל הקדמית שימשה בעבר גם לסיכוך בין אותות רגישים; לאחר העברתה לאחור, נדרשו הרחבה והרחקה של קווי מתכת כדי למנוע הפרעות ולשמור על איכות אותות השעון.
מתקדמים גם עם שבבים פגומים
עוד לפני שהגיע הסיליקון הראשון, נבדקו התכנון, הקושחה והתוכנה באמצעות סימולציות, אמולטורים ומערכות FPGA. לאחר מכן החל תהליך הדרגתי של דוגמאות הנדסיות: יחידות ES0 פעלו תחילה בתדרים נמוכים, ובהמשך השתפרו הביצועים דרך דורות ES1 ו־ES2, עד לגרסת B0 שנבחרה לבסוף כמועמדת לייצור.
מאחר שתפוקת השבבים בתהליך החדש עדיין הייתה מוגבלת, אינטל פיתחה דרך להשתמש גם ביחידות שאינן תקינות לחלוטין. אם רק חלק מסוים בשבב היה פגום, ניתן היה להעביר אותו לצוות אימות שלא נזקק לאותו רכיב. כך הצליחה החברה לנצל כמעט כל יחידה שהגיעה מהמפעל ולהמשיך בבדיקות אף שמספר הדוגמאות התקינות היה קטן.
המורכבות גדלה בשל המבנה המודולרי: כל מעבד מורכב מאריחי CPU, גרפיקה ו־I/O המגיעים מפרוסות שונות. לכן לא די למיין כל אריח בנפרד, ויש להתאים ביניהם באופן שיניב מוצר תקין ובעל רמת הביצועים המתאימה.
ההימור על B0
אחת ההחלטות הקריטיות התקבלה כחצי שנה לפני הסמכת המוצר. אינטל נדרשה להתחיל לייצר מלאי מסחרי כדי שיהיו ברשותה מאות אלפי ואף מיליוני יחידות במועד ההשקה, אף שבאותו שלב עדיין לא ידעה בוודאות אם גרסת B0 נקייה מבאגים שיחייבו גרסת סיליקון נוספת.
ההחלטה התקבלה על סמך התקדמות הוולידציה, מספר היחידות שנבדקו, מצב התקלות, תחזיות התפוקה ומשוב מיצרניות המחשבים. לצדם, מספרים אנשי התוכנית, היה גם מרכיב של שיקול דעת הנדסי הנשען על ניסיונם של האדריכלים, המפתחים וצוותי האימות. ההימור הצליח: B0 הפכה לגרסת הייצור של Panther Lake.
במקביל עבדה אינטל עם יצרניות המחשבים על כ־200 תכנונים שונים. “אילו כל 200 הדגמים היו מופעלים בפעם הראשונה במקביל, צוותי הוולידציה והנדסת הלקוחות שלנו היו מוצפים לחלוטין”, אומרת ליאל אלגרבלי. אינטל בחרה תחילה קומץ מערכות, הפעילה ואימתה אותן יחד עם היצרניות, ורק לאחר פתרון התקלות הראשונות הרחיבה את התהליך לשאר הדגמים.
החברה גם קיצרה משמעותית את שלב ההסמכה. בעוד שהסמכת החבילות השונות של Alder Lake ארכה יותר מרבעון, את כל משפחת Panther Lake נדרשה אינטל להסמיך בתוך חודש. הממצאים מהמוצר הראשון הועברו מדי יום לשאר התצורות, כדי למנוע חזרה על אותן בדיקות ותקלות.
מבחינת אינטל, Panther Lake הוא אפוא יותר ממעבד חדש. זהו הניסיון הראשון להפוך את RibbonFET ואת PowerVia מטכנולוגיות שפותחו במעבדה לבסיס של משפחת מוצרים המיוצרת בעשרות מיליוני יחידות. עם זאת, הסרט אינו חושף נתוני תפוקה, שיעורי פסילה או עלויות ייצור. הצלחת הפרויקט תימדד לבסוף לא רק בכך שהמעבד הגיע לשוק, אלא בביצועיו בפועל, בזמינות המחשבים המבוססים עליו וביכולתה של אינטל למשוך לתהליך 18A גם לקוחות ייצור חיצוניים.
צפו בסרט המלא: