Kommentar Ende 2013 schlägt Fertigungsmeister Intel zurück

Bislang sind alle Versuche des größten Chipherstellers der Welt gescheitert, in der ARM-dominierten Welt der Mobilgeräte signifikante Marktanteile zu gewinnen – man hat die Entwicklung schlichtweg verschlafen. Interne Dokumente und ein IEDM-Vortrag geben jedoch Anlaß zu der Vermutung, dass Weihnachten 2013 für das ARM-Universum eine unerfreuliche Bescherung aus Santa Clara bereithalten könnte.

Als Intel 2008 seinen Atom-Prozessor vorstellte, handelte es sich um die einfachste Mikroarchitektur seit dem Pentium. Das Ziel: Irgendwie eine Leistungsaufnahme zu erreichen, die den Chip für Netbooks und embedded-Anwendungen verträglich macht. Auf der Strecke geblieben ist dank In-Order-Befehlsausführung und anderer Vereinfachungen gegenüber den iCore-Prozessoren die Rechenleistung, so dass am Ende des Tages ein vergleichsweise mieser Performance/W-Wert stand, der ARM-CEO Warren East und seinem Lizenznehmer-Universum keine Angst einzujagen brauchte.

Damals allerdings fertigte Intel in einem 45-nm-Prozess mit Planar-Transistoren, zudem brauchte der nicht in einem SoC integrierte Atom-Core noch diverse externe Chips, die zusätzlich Platz und Leistung verbrannten.

Spätestens seit der IEDM-Konferenz 2012, auf der Intel erstmals Details über seinen 22-nm-FinFET-SoC-Prozess enthüllte, hat sich die Welt für East & Co. verändert. Die von Intel präsentierten elektrischen Eigenschaften (deutlich schneller und sparsamer als 32-nm) sind bislang unerreicht, eine Vielfalt von applikationsbezogen optimierten Transistortypen und sogar Analogkomponenten und Speicherzellen stehen für die SoC-Entwicklung zur Verfügung. Damit bekommt Intel Spielraum, eine neue SoC-Generation mit einer neuen wesentlich leistungsfähigeren Atom-Mikroarchitektur zu bauen, die ARMs gerade erst vorgestellten 64-bit-Core Cortex-A57 deutlich „outperformen“ könnte.

Interne Dokumente zeigen, dass der neue 64-bit-Atom-Core mit dem Codenamen „Silvermont“ eine Out-of-Order-Befehlsausführung haben wird und in einer Quad-Core-Ausführung in Mobil-SoCs mit 1,6 GHz getaktet werden kann, im Burst-Modus sogar mit 1,9 GHz. Ebenfalls integriert ist Intels Virtualisierungs-Technologie und Multithreading, das man bei ARM-Prozessoren immer noch vergeblich sucht.

Zum Einsatz kommt “Silvermont” in Systems-on-Chips (SoC) mit dem Codenamen “Valleyview”, die es in vier unterschiedlichen Ausführungen für Desktops und Netbooks (D- und M-Familien), embedded- und Industrie-Anwendungen (I-Familie) sowie Mobilgeräte (T-Serie) geben wird. Die wesentlichen Unterschiede liegen in der Peripherie, unterstützt werden je nach Anwendung u.a. SATA 2.0, USB 2.0, USB 3.0, SDIO, SPI,  I²C, I²S, UART, Gbit-Ethernet und vier PCI-Express-2.0-Leitungen. Ansonsten wird „Valleyview“ eine „State-of-the-Art“-GPU und ganz wichtig eine Security-Engine enthalten, mit der man neben einem sicheren Booten auch glaubt, den Einzug von Viren und Malware hardwaremäßig unterbinden zu können.

Durch diese Erkenntnisse steigt der Druck vor allen Dingen auf sechs ARM-Partner: Apple, Qualcomm, Samsung, Nvidia, TSMC und Globalfoundries.

Erstere vier dominieren heute den Mobilmarkt, wobei Apple mit „Swift“ und Qualcomm mit „Krait“ extrem erfolgreich ihre eigenen Cores auf Basis der ARM-Architektur in der Klasse eines ARM Cortex-A15 gebaut haben. Beide und erst Recht Nvidia und Samsung, die bislang „nur“ die Original-Cores von ARM einsetzen konnten, müssen Nachfolge-Chips entwickeln, die vermutlich seitens der Fertigung nicht mit Intel konkurrieren können, zumindest nicht Ende 2013. Dass der Fertigungsmeister bereits 2014 SoCs in 14-nm-Technologie ausliefern will, macht die Sache nicht einfacher. Bislang konnten schon Dual-Core-Versionen von Qualcomms Snapdragon und Apples A6 den Atom leicht „outperformen“. Anlass zur Sorge gibt, dass der Cortex-A57 gegenüber dem Cortex-A15 einen nur limitierten Zuwachs an Rechenleistung verspricht. Dass dieser ausreichen wird, gegen „Silvermont“ zu bestehen, bezweifele jedenfalls ich sehr stark.

Apple hat dabei noch die besseren Karten, weil man integrierter Anbieter Chip und Betriebssystem optimal abstimmen kann, um hardwareseitige Defizite zu kompensieren. Qualcomms Wohl hängt wohl oder Übel auch an Google, dem Hersteller von Android. Man wird sehen müssen, ob der Nachfolger von „Krait“ die erwartete Leistung von „Silvermont“ wird toppen können, ich erwarte es eher nicht.

Einen Trumpf freilich hat Qualcomm immer noch in der Hand: Von einer Integration des Basisband-Prozessors auf einem „Valleyview“-SoC steht auf der durchgesickerten Folie nichts. So könnte man zumindest bei Smartphones die erste Wahl bleiben, da man mit Snapdragon konkurrenzlos günstig eine Ein-Chip-Lösung anbieten kann.

Eine weitere Frage stellt sich hinsichtlich der Fertigung, bei der Fabless-Hersteller wie Apple, Qualcomm und Nvidia bekanntlich von Foundries abhängig sind. Globalfoundries geht 2013 auf 20-nm-Planartransistioren und dank „Fin-freundlicher“ Design-Regeln bereits 2014 auf 14-nm-FinFETs. Dass man mit 20-nm-Planar-Chips trotz Fully-Depleted-SOI-Technologie an die von Intel kommunizierten Werte herankommt, ist kaum zu erwarten. Der fertigungstechnische Vorsprung könnte daher frühestens 2014 eingeholt werden, wenn Globalfoundries seine aggressive Roadmap tatsächlich umsetzen kann wie geplant.

Schlecht sieht es dagegen für Marktführer TSMC und seine Kunden aus: Erst ein Jahr später, also 2015, wird es FinFET-Chips in 16 nm geben. Dies könnte bedeuten, dass Kunden, die im Wettbewerb mit Intel stehen, wie z.B. Qualcomm, quasi gezwungen werden, vollends zu Globalfoundries zu wechseln – Qualcomm ist ja schon jetzt guter Kunde, die Frage wird sein, kann man die benötigte Produktionskapazität bereitstellen.

Unklar ist, wann Samsung welchen Fertigungsprozess wird liefern können und ob Apple schon aus politischen Gründen bei Samsung bleiben will oder kann. Fest steht, kann oder will Samsung nicht zeitnah konkurrenzfähige Chips liefern, wird die Luft auch für die selbsternannten Innovatoren aus Cupertino dünn.

Ein Gerücht, das ich kürzlich im Silicon Valley aufgeschnappt habe, besagt folgendes: Intel erklärt sich bereit, für Apple AX-Chips im eigenen Leading-Edge-Prozess zu fertigen. Im Gegenzug soll Apple dafür Intel-SoCs im iPad verbauen.

So sexy diese Idee klingen mag, sie hat einen entscheidenden Nachteil: Apple müsste in diesem Fall sein Betriebssystem iOS auf zwei Plattformen (ARM und x86) weiterentwickeln. Auf der anderen Seite, sollten die Intel-SoCs neue Maßstäbe setzen, wäre Apple quasi gezwungen, diese einzusetzen, um seine Hochpreispolitik auch weiter rechtfertigen zu können. Nichts wäre für Apple schlimmer, als wenn ein iPad zukünftig von einem potentiell deutlich billigeren HTC- oder LG-Tablet mit Intel-Chip vorgeführt würde.

Heute, fast genau 1 Jahr vor der Einführung der Intel-SoCs, gibt es noch viele Fragen und Wenn und Aber. Fest steht aber bereits heute Eines: Nicht nur innerhalb des ARM-Universums wird zukünftig um Design-Wins heftig gestritten werden. Mit „Valleyview“ wird sich die Situation technisch betrachtet deutlich verändern – zu Gunsten von Intel.