Intel Core i7 4960X / 4930K / 4820K Ivy Bridge-E review: high-end naar 22nm

22nm transistors

Ivy Bridge is in Intels tick/tock-strategie een tick, ofwel een bestaande architectuur, maar nu uitgevoerd met nieuwe, kleinere transistors. Net als bij de Socket 1155 Ivy Bridge processor maakt Intel bij Ivy Bridge-E de overstap naar de 22nm tri-gate transistors. Je hoeft overigens niet bang te zijn dat Ivy Bridge-E exact het ontwerp van Sandy Bridge-E met kleinere transistors is, er zijn toch wel de nodige veranderingen en optimalisaties, waarover meer op de volgende pagina.

Eerst een stukje herhaling over de transistors. De nieuwe transistors waaruit de processors zijn opgebouwd zijn niet alleen een stuk kleiner dan de 32nm exemplaren die we kennen van de Westmere en Sandy Bridge processorgeneraties, ze zijn ook fundamenteel anders ontworpen dan hun voorlopers. Intel spreekt zelf over Tri-Gate 3D-transistors: het channel van de transistors waar in ingeschakelde staat de stroom door gaat van source naar drain is immers niet langer plat, maar is verhoogd tot een soort muur die in de gate is verwerkt, waardoor er een grote gate-oppervlakte is en stroom zodoende beter geleid kan worden.

Bij conventionele transistors gaat het kanaal onder de gate door. 

Bij Intels nieuwe 22nm 3D-transistors gaat het kanaal fysiek door het gate-materiaal. Zo is er een grotere oppervlakte tussen gate en kanaal.

Door dit drievoudig uit te voeren (tri-gate) is er nog meer oppervlakte, waardoor nauwkeuriger geschakeld kan worden.

Voor wie geen expert is op het gebied van procestechnologie, is vooral het resultaat van belang. Dat is niet onaanzienlijk: de 22nm transistors kunnen bij een gelijkblijvend voltage tot bijna 40% sneller schakelen. Je kunt het ook omdraaien: bij gelijkblijvende snelheid kunnen de transistors werken met zo’n 0,2 volt lagere spanning. Dat kan tot een reductie van het stroomverbruik tot 50% leiden. Dat zagen we al duidelijk terug bij Sandy Bridge vs. Ivy Bridge en verderop nog meer bij Sandy Bridge-E vs. Ivy Bridge-E.

Op de x-as het voltage, op de y-as de schakeltijd. De nieuwe 22nm transistors zijn met hetzelfde voltage tot 37% sneller of kunnen bij gelijke snelheid met 0,2 volt minder voltage af.

Bovenal zijn de nieuwe transistors natuurlijk kleiner. Dat betekent dat een chip met dezelfde functionaliteit en hetzelfde aantal transistors fysiek kleiner wordt en dus goedkoper te produceren. Die redenering kun je ook omkeren: op hetzelfde chipoppervlak kun je met kleinere transistors er simpelweg meer kwijt en dus complexere, snellere processors maken.