CPU-Fertigung: Intel hat ein Netburst-Déjà-vu

Intels Marketing hat mal wieder zugeschlagen - mit Sternchentext versteht sich. Der Hersteller spricht vom schnellsten Prozessor für Notebooks, ganz unten auf der Präsentationsfolie steht dann auch die Begründung: Mit 5,3 GHz taktet der neue Core i9-10980HK höher als alle anderen bisherigen Mobile-CPUs. Die Zeiten, in denen Intel mit Frequenzen wirbt, sollten eigentlich längst Geschichte sein. Sind sie aber nicht, weil der Hersteller bei CPU-Architektur und Fertigungsverfahren seit Jahren nicht vorankommt.

Ältere Semester erinnern sich: Mit der Netburst-Technik, vermarktet als Pentium 4, setzte Intel einst auf eine extrem lange Pipeline und sehr hohe Taktraten. Von 2000 bis 2006 musste Intel im Eilverfahren den Herstellungsprozess von 180 nm auf 65 nm verkleinern, um die Frequenzen bei halbwegs akzeptabler Leistungsaufnahme schaffen zu können. Die 4-GHz-Grenze wurde außerhalb von Intels Testlaboren nie erreicht, das Tejas-Design für über 5 GHz wurde eingestampft.

Über ein Jahrzehnt später steht Intel vor einem ähnlichen Problem: Bis heute ist die 2015 eingeführte Skylake-Architektur abseits von Ultrabooks weiterhin vorherrschend, das dazugehörige 14-nm-Fertigungsverfahren ist gar seit 2014 in Verwendung. Seitdem hat Intel die Anzahl der Kerne im Notebook-Segment von vier auf acht verdoppelt und den Turbo-Takt von 3,7 GHz auf 5,3 GHz gesteigert. Hierzu wurde mit 14+ nm sogar der Transistor-Gate-Pitch gestreckt, Intel opfert also Chipfläche für noch höhere Frequenzen.

Im Desktop-Segment wird es mit dem Core i7-10900K bald einen Zehnkerner mit bis zu 5,3 GHz geben. Hier ist Intel gezwungen die dauerhafte thermische Verlustleistung (PL1) von 95 Watt auf 127 Watt zu erhöhen, womit der Takt dennoch stark gebremst wird - erst mit locker 200 Watt dürften 5 GHz auf allen Cores anliegen. Kurios wird es mit Rocket Lake S: Die CPUs für 2021 haben eine drastisch verbesserte Micro-Architektur (Sunny/Willow-Cove), allerdings nur acht Kerne. Obendrein musste Intel das Design auf 14 nm rückportieren, weil der 10-nm-Prozess offenbar immer noch so schlecht läuft, dass der gewünschte Takt mit dem vermeintlich moderneren Node nicht erreicht wird.

Einst waren Intels eigene Fertigungsanlagen ein Garant für hohe Performance und hohe Effizienz, längst aber erwächst dem Hersteller aus genau diesem Tick-Tock-Modell ein großes Problem. Seit vielen Jahren sind Architekturen und Nodes eng verwoben und aufeinander optimiert, erst im September 2019 hatte Intel die Idee des Backporting als geplanten Ausweg öffentlich gemacht. Bei Rocket Lake S scheint es sich um eine erweiterte 14-nm-Rückportierung von Tiger Lake zu handeln, dem für Herbst 2020 als Ultrabook-Chip entwickelten 10-nm-Design. Wie danach im Detail mit Alder Lake S weitergeht, wird sich zeigen - erste Berichte sprechen von 16 Kernen bei 150 Watt statt 127 Watt.

Konkurrent AMD wiederum hatte schon 2009 die eigenen Werke als Globalfoundries ausgegliedert, das Unternehmen wurde also "fabless". Über Jahre hinweg waren die Prozesse von Globalfoundries mal besser und mal schlechter, vor allem aber teilweise verspätet. Das ständig aktualisierte Wafer Supply Agreement erlaubt es AMD jedoch, auch beim weltgrößten Auftragsfertiger TSMC produzieren zu lassen. Dank deren N7-Verfahren (7 nm DUV) und dem eigenen Chiplet-Ansatz ist AMD mittlerweile in allen Segmenten extrem gut aufgestellt; der feinere N5-Node läuft zudem bereits schon.

Es wird spannend zu sehen, wann Intel wie damals bei Netburst mit der Core-Technik ein Comeback feiern kann. Die Weichen sind mit Backporting, den Cove-Architekturen und dem Fokus auf die 7-nm-EUV-Fertigung gestellt. Zudem sei erwähnt, dass Intel allen Problemen zum Trotz ein Rekordquartal nach dem anderen aufstellt.