Panther Lake Teardown zeigt Intel 18A im Detail, TSMC bei Transistordichte weiter vorn

SemiAnalysis hat den Intel Core Ultra 7 365 aus der Panther-Lake-Reihe eingehend untersucht. Die Analyse liefert einen ersten unabhängigen Einblick in den Aufbau des Prozessors und in Intels bislang fortschrittlichste Fertigungstechnik. Im Mittelpunkt steht das 18A-Verfahren mit seiner neuen Transistorbauweise und der rückseitigen Stromversorgung. Intel betrachtet beide Technologien als entscheidend, um bei der Chipfertigung wieder wettbewerbsfähiger zu werden.

Entscheidend ist, dass Intel beide Technologien in einem Prozessor für Endkunden umgesetzt hat. Die Untersuchung deutet zugleich darauf hin, dass 18A bei der Logikdichte ungefähr auf dem Niveau von TSMCs N3E liegt. Die Bezeichnungen "18A" und "N3E" stehen dabei nicht für unmittelbar vergleichbare physikalische Abmessungen von 1,8 beziehungsweise 3 nm, sondern sind Namen für Fertigungsverfahren.

Panther Lake ist Intels erster Prozessor für Endkunden mit RibbonFET-Transistoren, der unternehmenseigenen Variante der Gate-all-around-Technologie (GAA). Bei älteren FinFET-Transistoren fließt der Strom durch schmale, senkrechte "Finnen". RibbonFET nutzt stattdessen vier übereinanderliegende, waagerechte Siliziumschichten. Das Gate umschließt jede dieser Schichten, wodurch Intel den Stromfluss genauer steuern und Leckströme verringern kann.

Die zweite große Neuerung ist PowerVia, Intels Technik für die rückseitige Stromversorgung. Bei herkömmlichen Prozessoren verlaufen Stromversorgung und Datensignale durch die Metallschichten oberhalb der Transistoren. PowerVia verlegt einen Großteil der Stromleitungen auf die andere Seite des Chips, unter die Transistorschicht. Dadurch bleiben auf der Vorderseite mehr Leitungen für Signale frei. Kürzere und breitere Stromwege könnten zudem den elektrischen Widerstand senken und die Spannungsversorgung besonders leistungsfordernder Chipbereiche stabilisieren.

Ein aufschlussreiches Ergebnis der Untersuchung betrifft die Transistordichte und ordnet die Wettbewerbsfähigkeit von 18A ein. SemiAnalysis hat die Logikbereiche des mit 18A gefertigten Compute-Tiles von Panther Lake vermessen. Sie erreichen ungefähr dieselbe Dichte wie die GPU-Logik aus TSMCs N3E-Fertigung. Für Intel ist das ein bedeutendes Ergebnis, nachdem das Unternehmen bei fortschrittlichen Fertigungsverfahren in den vergangenen Jahren hinter den größten Auftragsfertigern zurückgelegen hat. Laut SemiAnalysis erreicht 18A bei der maximalen Dichte allerdings nicht das Niveau von TSMCs neueren Verfahren N3P und N2 oder Samsungs SF2.

Die Transistordichte ist ein wichtiger Anhaltspunkt für mögliche Kosten- und Skalierungsvorteile eines Fertigungsverfahrens. Intels Ansatz kann bei der Stromversorgung, der Leitungsführung und der Leistung Vorteile bringen. Eine möglichst kleine Fläche für die Logikschaltungen ergibt sich daraus jedoch nicht automatisch.

Die Analyse zeigt zudem, wie Intel verschiedene Fertigungsverfahren mithilfe von Chiplets und fortschrittlicher Gehäusetechnik in einem Prozessor vereint. Separate Compute-, GPU- und I/O-Tiles sitzen mit Foveros-S-Packaging auf einer passiven Siliziumbasis. Das Compute-Tile wird mit Intel 18A gefertigt. Für die GPU gibt es zwei Varianten: ein Xe3-Tile mit vier Kernen aus Intels 3-Fertigung und ein größeres Tile mit zwölf Kernen, das TSMC in N3E herstellt. Die I/O-Tiles fertigt TSMC im älteren N6-Verfahren.

SemiAnalysis hat auch im Compute-Tile Veränderungen festgestellt. Laut der Untersuchung entwickelt Panther Lake die bisherige CPU-Architektur weiter, ohne sie grundlegend neu zu gestalten. Der Cougar-Cove-P-Kern benötigt ungefähr so viel Fläche wie der Lion-Cove-Kern der vorherigen Lunar-Lake-Generation, obwohl der L2-Cache pro Kern von 2,5 MB auf 3 MB wächst. Nach Schätzung von SemiAnalysis bringt Cougar Cove damit 20 Prozent mehr L2-Cache auf einer ähnlich großen Kernfläche unter. Der Cluster aus vier Darkmont-LP-E-Kernen ist hingegen etwa 5 Prozent kleiner als sein Vorgänger.

Die Untersuchung zeigt außerdem, dass Intel seinen KI-Beschleuniger mit Blick auf die Flächeneffizienz überarbeitet hat. Die NPU 5 in Panther Lake soll bei unveränderter Gesamtzahl an INT8-MAC-Einheiten 36,9 Prozent weniger Chipfläche benötigen als die NPU 4 in Lunar Lake. Intel bündelt die Verarbeitung in weniger, dafür größeren Neural Compute Engines und hat die Zahl der Scratchpad-Speicher und SHAVE-DSPs jeweils von zwölf auf sechs reduziert. Hinzu kommt native Unterstützung für FP8, ein Datenformat mit geringerer Präzision, das zunehmend für KI-Inferenz genutzt wird.

Auch beim Grafikprozessor zeigt sich ein deutlicher Unterschied. Ein Xe3-Kern im GT1-Tile auf Basis von Intel 3 ist etwa 55 Prozent größer als ein Kern im GT2-Tile mit zwölf Kernen, das TSMC in N3E fertigt. Intel kann die GPU zwar mit seinem eigenen Verfahren herstellen, auf derselben Chipfläche lässt sich mit N3E jedoch erheblich mehr Grafikhardware unterbringen.

Der Bericht von SemiAnalysis wertet Panther Lake nicht als Beleg dafür, dass Intel bei der Fertigung bereits wieder einen entscheidenden Vorsprung erzielt hat. Mit neuen Transistoren und einer rückseitigen Stromversorgung in einem kommerziellen PC-Chip hat das Unternehmen dennoch einen wichtigen technischen Schritt gemacht. Ob 18A Intel bei Leistung, Effizienz und Herstellungskosten dauerhaft einen Vorteil gegenüber TSMC verschafft, ist noch offen.