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Donnerstag, 8. April 2010

09:51 - Autor: Dr@

Spekulationen zu AMDs Refresh der Evergreen-Serie

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Beide großen GPU Hersteller haben endlich ihre neue DX11 Architekturen vorgestellt. Der Staub hat sich nach dem ersten Benchmark-Duell gelegt. Nvidia konnte auf Kosten extremer Leistungsaufnahme, hoher Wärmeentwicklung und daraus resultierenden Lärm der Kühllösung das Duell unter den Single-GPUs für sich entscheiden. Besonders in DX11 Spielen scheint die neue Fermi-Architektur der GTX 480 Vorteile gegenüber der HD 5870 von AMD zu haben. So kann die GTX 480 nicht nur im Heaven Benchmark, in dem massiv Tessellation zum Einsatz kommt, und im TWIMTBP Spiel Metro 2033, sondern auch im von AMD gepuschten Dirt2 die Konkurrenz zum Teil deutlich hinter sich lassen. Dies ist vor allem erstaunlich, wenn man bedenkt, dass AMD Hardware, Software und Know-how bei der Entwicklung von Dirt2 zum Einsatz kam. Neben den oben genannten gibt es weitere negative Punkte, die je nach persönlichem Anforderungsprofil mehr oder weniger stark ins Gewicht fallen. Dazu zählen die relativ hohe Leistungsaufnahme von 50 Watt für die GTX 480 (35 Watt GTX 470) im Idle und die Beschneidung der double precision Performance auf ein Achtel der Leistung für Berechnungen einfacher Genauigkeit. Damit will Nvidia wohl seine viel teureren professionellen Lösungen, auf denen die volle versprochene Leistung genutzt werden kann, deutlicher von den GeForce Karten abgrenzen. Erste Karten sollen wohl ab dem 12. April verkauft werden.

Da mit den Vorstellungen beider Architekturen nun die meisten technischen Fragen geklärt sind, stürzten sich aktuelle Spekulationen auf die nächste Generation. Charlie Demerjian will beispielsweise herausgefunden haben, dass AMD aufgrund verschobener und gecancelter Fertigungsprozesse bei TSMC gezwungen war, auf eine Mischung aus der aktuellen Architektur der Evergreens und der eigentlich geplanten Architekur umzustellen. Damit die Größe des Die trotz weiterhin genutzten 40 nm Prozess nicht zu stark zunimmt, soll seinen Spekulationen zu Folge nur der Uncore-Bereich der Northern Islands, so der Name der ursprünglich geplanten Nachfolger, mit den Shadern der Evergreen kombiniert werden. Das Ergebnis dieser Symbiose soll dann Southern Islands heißen. Ziel der neuen Karten soll es in erster Linie sein, die Leistung in DX11 Spielen zu erhöhen. Dafür soll die Tessellation Leistung eine deutliche Steigerung erfahren, um so den Rückstand zu den Fermi zu verkürzen oder gar zu egalisieren.

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Vergleicht man die Angaben allerdings mit einer alten offiziellen Roadmap von AMD, fällt eine unterschiedliche Angabe beim Fertigungsprozess für die Northern Islands Chips auf. Denn entgegen Charlies Angaben war diese Generation wohl ursprünglich für einen 32nm Prozess geplant und nicht, wie von ihm behauptet, für 28nm. Nur eben dieser 32nm Bulk Prozess wurde scheinbar von beiden in Frage kommenden Foundries gestrichen. Bei TSMC liefert Charlie Demerjian höchst selbst entsprechende Gerüchte und GlobalFoundries hat die Streichung, über die lange spekuliert wurde, mittlerweile bestätigt. So wird Jon Carvill, Vice President Global Communications, mit den Worten zitiert:
“All of our efforts around next-gen graphics and wireless are focused on 28nm with HKMG and we no longer have a 32nm bulk process. We removed this off our roadmap due to lack of customer demand as most are making the jump from 40/45nm right to 28nm.”

Aber wie lange weiß AMD von diesen Änderungen und welchen Einfluss haben sie wirklich auf die Pläne für zukünftige Produkte? Eines kann wohl als ein sicherer Fakt angenommen werden. Bei der Gründung von GlobalFoundries verpflichtete sich AMD gemäß einer Börsenpflichtmitteilung eine steigende Prozentzahl GPUs bei GF fertigen zu lassen, sobald ein 32nm Bulk Prozess bereit steht. Eine Änderung dieser Vertragssituation zöge sicher ebenfalls eine Börsenpflichtmitteilung nach sich. Eine solche Mitteilung ist aber bis heute nicht bekannt gemacht worden. Dementsprechend muss AMD zumindest damit begonnen haben eine GPU für den 32nm Bulk Prozess von GF zu entwickeln. Wobei die Planungen und Entwicklungen für diese GPUs sicher schon lang vor der Ausgründung der ehemaligen AMD Fabriken Anfang 2009 begonnen haben, schließlich zogen sich die notwendigen Verhandlungen ewig hin und auch davor wurde immer wieder über GPUs aus Dresden spekuliert, da so die beiden Module besser ausgelastet werden könnten, damit letztlich die Kosten pro Die sinken.

GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8 GlobalFoundries Fab8


Werfen wir einen kurzen Rückblick auf die Ankündigungen von GF zur Verfügbarkeit der einzelnen Prozesse. Kurz nach der Gründung des Unternehmens gab man recht selbstbewusste Ziele bekannt. Die beiden Fabriken Fab 30 bzw. Fab 38 und Fab 36 in Dresden führt die junge Foundry fortan als Fab 1 mit den Modulen 1 und 2. Im Modul 1, der alten Fab 36, sollen auch zukünftig die SOI Produkte, also bis auf Weiteres die x86 CPUs von AMD, hergestellt werden. Für das Modul 2 war eine Ausrüstung für die 32nm Bulk Produktion geplant. Außerdem hielt man an der ursprünglich von AMD geplanten neuen Fab in Saratoga County im U.S. Bundesstaat New York fest. Hier soll die Produktion im Jahr 2012 hochgefahren werden. Auch der Zeitplan für zukünftige Fertigungsprozesse hörte sich sehr ambitioniert an. In einem Interview am 26. Mai 2009 kündigte Tom Sonderman, vice president of manufacturing systems and technology, an, den Rückstand beim 32nm Bulk node zu Intel auf nur 1 Quartal verkürzen zu wollen.
“We're killing the latency between Intel and us in 32nm. AMD was late with 65nm and introduced 45nm with a nine month delay. With 32nm we are reducing this on just a single quarter or three months. Also, please note that we are implementing this model for a fraction of the cost, thanks to the shared cost model inside the IBM alliance.”

Im gleichen Interview kündigt er an, dass GF erste Kundendesigns für den 32nm Bulk Prozess im vierten Quartal 2009 annehmen wird und mit fertigen Produkten in der Mitte von 2010 zu rechnen sei. Außerdem verspricht er einen simplen optischen "28nm half-node die-shrink" der originalen 32nm Kundendesigns! Hier wird erstmals die enge Beziehung zwischen dem 32nm full-node und dem 28nm half-node bei GF deutlich. Als oberste Priorität nennt er eben diesen 32nm Prozess in der Fab 1 Module 2 fertig zu entwickeln und anschließend hoch zu fahren, da dieser als erster Bulk Prozess bei GF den Weg bereiten soll für zukünftige rasche Wechsel auf kleinere Strukturgrößen. Zu beiden Prozessen wird jeweils eine Folie präsentiert, die die jeweiligen Vorzüge aufzeigen soll. Auf der 32nm Folie wird unter anderem angegeben, dass bereits im Q4 2008 ein erster 32nm Bulk SRAM Testchip erfolgreich gefertigt wurde und auch bereits erste 32nm SOI Wafer durch die Fabrik laufen.

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In diesem und in einem früheren Interview vom 13.04.2009 betonte Sonderman, dass man technologisch nicht von unten, sondern von oben her die Mitbewerber angreifen will. APM soll dabei für robuste Prozesse und ein schnelles Hochfahren neuer Prozesse bei hoher Yield sorgen. Zunächst sollen neue Prozesse mit dem engsten Partner AMD hochgefahren werden, damit die anderen Kunden von den daraus gewonnen Erfahrungen profitieren können.
"Our business model is quite different in that we are leading-edge only. No other foundry company in the world has 100 per cent of their wafer starts on 45nm. We believe our ability to rapidly adopt new technologies and ramp to mature yields will provide tremendous competitive advantage to our customers. AMD provides a high volume customer to ramp new technologies thereby making it easier for other companies to adopt a robust leading-edge process. In addition, our Automated Precision Manufacturing (APM) capabilities are renowned as fueling the world’s most efficient fabs in Dresden. Nobody else has this technology, and now we can unlock it for the entire market."

Außerdem gibt er zu Protokoll, dass GF bereits zusammen mit AMD zukünftige Prozesse auf die Bedürfnisse der hauseigenen GPUs abstimmt sowie entsprechende Libraries und Ressourcen aufbaut. Am 16. April 2009 gab man bekannt, ein "28nm evaluation kit" dem "general market" bereits im März 2009 zugänglich gemacht zu haben. AMD dürfte dementsprechend wesentlich früher Zugang gehabt haben.
"Absolutely not. Our Dresden fabs are regarded as the best in the world for ramping new processes and reaching mature yields. It is our intention to open up these capabilities to AMD’s Graphics Product Group moving forward. We are currently engaged with them to ensure we build the necessary design enablement capabilities to meet their needs."

Zur Computex zeigte ebenfalls Tom Sonderman dann am 1. Juni 2009 erste 32nm Bulk und SOI Testchip Wafer und einen 28nm SRAM Wafer. Außerdem bekräftige er die bisherigen Pläne, Kundendesigns für den 32nm Bulk Prozess Ende des Jahres 2009 in Auftrag zu nehmen. Mit fertigen Produkten sei dann in 2010 zu rechnen. Für den 28nm Bulk will GF dann Anfang 2010 Aufträge entgegen nehmen und ebenfalls noch in 2010 fertige Produkte liefern. Die ursprünglichen Planungen sahen also bereits keinen großen Abstand zwischen 32nm und 28nm Bulk vor. In einem weiteren Interview zur Feier anlässlich der Grundsteinlegung der neuen Fab in Saratoga County am 24.07.2009 wurden obige Angaben, speziell auch die zum 32nm Bulk Prozess, nochmals bestätigt. Nachdem man anfänglich auch über den 32nm Prozess sprach, wurde mit der Zeit immer mehr der Fokus auf den 28nm Prozess gelegt. Dies führte zu ersten Spekulationen GF hätte den 32nm Bulk Prozess gestrichen. Auf den öffentlichen GlobalFoundries Roadmaps tauchte genau genommen der 32nm Bulk Prozess nie auf. Er wurde nur anfänglich in der Roadmap geführt, als das neue Unternehmen noch keinen Namen besaß und schlicht als "The Foundry Company" geführt wurde.

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Nach meinen Recherchen wurde dann im August 2009 erstmals auf einer Folie von Tom Sonderman die Beschreibung der Fab 1 Module 2 von "32nm process technology and beyond" in "28nm process technology and beyond" geändert. Dies werte ich als Zeichen dafür, dass spätestens zu diesem Zeitpunkt die Streichung des 32nm Bulk Prozesses beschlossen war. Tom Sonderman sollte es wissen, schließlich ist er der oberste Chef der APM- und Prozesstechnologie-Entwicklung bei GlobalFoundries. Diese Entwicklung kann natürlich völlig unterschiedlich gewertet werden. Entweder hatte man sich mit den bisherigen Planungen übernommen und bei der Entwicklung des 32nm Prozesses traten massive Probleme auf, oder man entschloss sich die 28nm Entwicklung zu beschleunigen und dafür die 32nm Bulk nicht zur Marktreife weiter zu entwickeln. Da keiner der präsentierten Neukunden 32nm Produkte plant, ist dieser Schritt durchaus nachvollziehbar. Andererseits erstaunt die Entscheidung, denn bereits damals zeichneten sich lange die massiven Probleme bei TSMCs 40nm Prozess ab (Lieferschwierigkeiten der im April vorgestellten HD 4770), außerdem verschiebt sich dadurch der Zeitpunkt, ab dem eine nennenswerte Auslastung des Module 2 in Dresden erreicht wird. Bekanntlich erzeugen nicht ausgelastete Fabs immense Kosten. Jedenfalls hat GF seine Mannschaft im Oktober 2009 mit ehemaligen Qimonda Mitarbeitern weiter verstärkt. Schließlich will man unbedingt Erster beim 28nm Prozess sein, für den bereits seit dem ersten Quartal erste Shuttle-Service laufen.

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Dieser Zeitpunkt für die Entscheidung zur Streichung passt auch mit der alten "The Foundry Company" Roadmap zusammen, die den Start der Prozess-Qualifikation für die Serienfertigung ab dem 4. Quartal 2009 vorsah. Denn es würde keinen großen Sinn machen einen Prozess zur Serienreife zu entwickeln, um ihn dann nicht kommerziell zu nutzen. Auch aus Kostensicht ist es sinnvoll die Entwicklung frühest möglich zu stoppen, denn gerade zum Ende eines Entwicklungsprojekts steigen die Kosten rapide an. Irritierend ist allerdings die Tatsache, dass man danach noch mehrfach darauf hinwies, wie 28nm Kunden von einem vorangegangenen "high-volume ramp of leading-edge technology at the 32nm node" profitieren können. Dieses Anspruch wird in einer Pressemitteilung vom 30. September 2009 formuliert und auch in einer Präsentation vom 12. Februar 2010, die vom Senior Manager of GLOBALFOUNDRIES Technology Research Group John Iacoponi gehalten wurde, angedeutet. Dabei wird allerdings nicht wirklich klar, ob Bulk oder SOI gemeint sind. 32nm Bulk soll gestrichen sein und der einzige 32nm SOI SHP Kunde AMD will erst im Jahr 2011 32nm x86 CPUs auf den Markt bringen. Und selbst wenn die Produktion der Llano CPUs bereits im Jahr 2010 starten sollte, ist es fraglich, ob dann noch genug Zeit für Optimierungen am 28nm Bulk Prozess übrig bleibt. An dieser Stelle passen also die bekannten Fakten nicht richtig zusammen. Damit bleibt trotz der Aussagen von GF zur Streichung von 32nm Bulk weiterhin die Möglichkeit, dass AMD doch GPUs in 32nm bei GF fertigen lässt, auch wenn die Wahrscheinlichkeit dafür wohl eher als sehr gering anzusehen ist. Allerdings bietet GF einen großen Vorteil gegenüber TSMC, die Geheimhaltung aktueller Fortschritte gegenüber Nvidia dürfte wesentlich einfacher sein. Daher müssen öffentliche Roadmaps (Blendgranate?), die ein Anhaltspunkt für die Konkurrenz wären, nicht zwangsläufig den realen Stand der Dinge wiedergeben.

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Wer der eher trockenen Geschichtsstunde bis hierher gefolgt ist, soll nun mit ein paar Schlussfolgerungen meinerseits beglückt werden.

Dirk R. Meyer (Interview), President and Chief Executive Officer, kündigte während der Q&A zu den Quartalszahlen für das vierte Quartal 2009 und damit dem fiskalischen Jahresabschluss ein Refresh des gesamten GPU Line-ups für das 2. Halbjahr 2010 an. Wie oben bereits geschildert, muss ihm zu diesem Zeitpunkt meiner Meinung nach bereits die Streichung des 32nm Bulk Prozesses bekannt gewesen sein. Diese Ankündigung passt gut mit der verkündeten Strategie zusammen, alle sechs Monate eine neue High-End und Performance GPU auf den Markt bringen zu wollen. Außerdem will AMD jedes Jahr einen neuen Prozess für die GPUs nutzen. Da der 40nm Prozess bei TSMC bereits seit April 2009 Verwendung findet, steht auch hier ein Wechsel an. Und genau dieser war wohl ursprünglich auf den 32nm node bei GF geplant. Denn darauf deutet die 32nm Angabe bei den diskreten Notebook Grafikkarten (im Rahmen der Danube-Plattform?), auf der oben gezeigten Notebook-Plattformroadmap. Das macht auch Sinn, die ersten GPUs aus Dresden nicht in neuer unbekannter Architektur zu fertigen sondern nur als Refresh der aktuellen. Außerdem wären größere Probleme beim Refresh nicht von so großer Bedeutung für das operative Geschäft, wie ein Totalausfall oder signifikante Verzögerungen bei der nächsten Architekturgeneration und man könnte so bei geringem Risiko wichtige Erfahrungen für die Zukunft sammeln. Da AMD sich trotz Yield-Problemen bei TSMC eine Streichung vom 32nm Bulk Prozess leisten konnte, gehe ich davon aus, dass nicht alle GPUs des Refreshs bei TSMC in 40nm gefertigt werden, sondern auch mindestens ein Chip aus Dresden mit Strukturbreiten von 28nm kommen wird. Dies wird sicher wieder ein Chip von der Größe des RV740 sein. Denn diese Chipgröße hat sich ja bereits beim Wechsel auf 40nm bewährt, wie im Artikel zur Entstehung des Cypress nachzulesen ist. Auch dieser war als Ergänzung (Mobility Radeon HD 4860 und HD 4830) für das Notebook Line-Up der 4800er Serie gedacht. Auf Grund der engen Beziehung zwischen dem 32 und 28nm Prozess bei GF sollten die notwendigen Anpassungen am ursprünglichen Design nicht allzu umfangreich ausfallen, sodass die resultierende Verschiebung sich in Grenzen halten dürfte.

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Angesichts der immer größeren Probleme bei der Fertigung immer kleinerer Strukturgrößen, wird es zukünftig immer wichtiger kurzfristig auf Probleme beim Fertigungs-Partner oder -Prozess reagieren zu können. Deswegen hatte AMD auch nie die Absicht erklärt, vollständig die GPU-Fertigung auf GF umstellen zu wollen. Vielmehr will man sich beide Optionen für die Zukunft offen halten. Außerdem plant AMD jedes Jahr eine aktuelle Zusammenstellung aus GPU- und CPU-Technologie in Form einer APU auf den Markt zu bringen. Auch hier muss nicht zwangsläufig der gleiche Prozess wie bei den jweils aktuellen GPUs zum Einsatz kommen. Für die erste APU Llano ist beispielsweise 32nm SOI vorgesehen. Erstmals wird also eine AMD GPU im SOI Verfahren hergestellt. Demnach muss AMD bei der Planung der aktuellen und noch viel mehr bei zukünftigen GPU-Architekturen diese Flexibilität beim Fertigungsprozess (Foundry, Strukturbreite) sowie Modularität der einzelnen Einheiten, aus denen dann die einzelnen Produkte zusammengestellt werden, berücksichtigt haben. Hinzu kommt die steigende Bedeutung von DFM-Methoden, da nur hiermit eine ordentliche Yield bei zukünftigen Nodes erreicht werden kann.

DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries DFM @ GlobalFoundries


Bei den weiteren Änderungen, die mit dem Refresh einhergehen, ist die Faktenlage noch viel dünner. Da die rohe Rechenleistung der aktuellen Generation bereits mehr als ausreichend ist, gehen die meisten weniger von einer Erhöhung der Anzahl an Streamprozessoren aus. Vielmehr werden Detailverbesserungen erwartet. Es ist immer wieder die Rede von schnelleren 6Gbps GDDR5 Chips, allgemein höheren Taktraten, verbesserter UVD-Einheit, Optimierungen für GPGPU (z.B. "richtiger" L2-Cache wie beim Fermi) und einer Verbesserung der Tessellation-Leistung. Wobei gerade bei letzterem angesichts der Fermi-Werte wohl eher der Wunsch Vater des Gedanken ist. Außerdem könnten Features ihren Weg zurück in das Design finden, die der Abspeckung des Cypress-Die zum Opfer gefallen sind. Da auch der gestutzte Cypress noch immer ein ganzes Stück über dem ehemals definierten Sweetspot liegt, kann ich mir ein weiteres Wachstum des Die nicht vorstellen. Womit 40nm als Option für einen Cypress-Refresh, der nicht nur minimale Änderungen und höhere Taktraten bringt, in meinen Augen ausfällt, weil eine Erhöhung der Packungsdichte wie beim Wechsel vom R600 auf den RV670 mit dem problematischen 40nm Prozess von TSMC wohl eher nicht möglich ist. Wirklich große Änderungen sind erst erst mit der nächsten Generation zu erwarten, also den Northern Islands und Southern Islands, die bereits in den Catalyst Treibern aufgetaucht sind. Entgegen Charlie Demerjian Spekulationen könnten dies auch die Codenamen für die gleiche Architektur aber unterschiedliche Foundries sein.


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