Seite 2: Fertigung und Details zu Comet Lake-S

Fertigung weiterhin in 14 nm

Keinerlei Änderungen gibt es bei der integrierten Grafikeinheit. Diese basiert noch immer auf der Gen9.5-Architektur. Fast alle neuen Prozessoren verwenden die UHD Graphics 630 mit einem Basistakt von 350 MHz und einem Boost-Takt von 1,2 GHz. Bei den kleineren Modellen (Celeron G5920, G5900 sowie dem Pentium Gold G6400T und G5900T) kommt die UHD Graphics 610 zum Einsatz. Erst mit Rocket Lake-S im kommenden Jahr ist damit zu rechnen, dass die integrierte GPU ein wesentliches Update bekommen wird.

Wie bereits angesprochen fertigt Intel die Comet-Lake-S-Prozessoren weiterhin in 14 nm. Allerdings verändert sich der Aufbau des Chips leicht, da nun Varianten mit bis zu zehn Kernen verfügbar sein werden. Dies hat unter anderem zur Folge, dass der L3-Cache von 16 auf 20 MB anwächst – 2 MB pro Kern sind hier vorhanden. Da es sich noch immer um die Skylake-Architektur handelt, ändert sich an der Cache-Hierarchie nichts. Wir haben also noch immer 256 kB an L2-Cache pro Kern und jeweils 32 kB an L1-I/D-Cache (Data und Instruction) pro Kern.

Intel macht keinerlei Angaben dazu, ob es sich um eine weitere Verbesserung des 14-nm-Prozesses handelt. Im Rahmen der Präsentation sprach man von kleineren Optimierungen, es handelt sich aber offenbar nicht um ein 14nm+++ – 14nm++ kamen für Coffee Lake Refresh zum Einsatz. Diese Namensgebung ist aber ohnehin aus technischer Sicht irrelevant.

Ebenfalls keinerlei Angaben macht Intel zur Chipgröße und der Anzahl an Transistoren. Für die Coffee-Lake-Prozessoren gab es drei verschiedenen Dies – Quad-Core, Hexa-Core und Octa-Core. Da es nun auch einen Deka-Core-Chip gibt, sollte dieser um 24 mm² größer als die vorherige Octa-Core-Variante sein. Die Chipfläche dürfte sich also auf 198 mm² belaufen.

Intel bestätigte Hardwareluxx gegenüber, dass die Zehn- und Achtkerner den gleichen Die verwenden und alle darunter positionierten Prozessoren ab sechs Kernen ebenfalls auf dem gleichen Chip basieren – hier werden entsprechend zwei oder vier Kerne deaktiviert. Einen Octa-Core-Die gäbe es demnach nicht mehr. Alle K-Modelle verwenden ohnehin den Zehnkern-Die, auch der Core i5-10600K.

An dieser Stelle wollen wir auf die Mitigationen der Side-Channel-Attacken verweisen, die sich mit Comet Lake ebenfalls etwas ausgedehnter gestalten.

Mitigationen der Side-Channel-Attacken
  Comet Lake Coffee Lake Refresh Cascade Lake
Spectre V1 (Bounds Check Bypass) OS/VMM OS/VMM OS/VMM
Spectre V2 (Branch Target Injection) Firmware + OS Firmware + OS Firmware + OS
Meltdown V3 (Rogue Data Cache Load) Hardware Hardware Hardware
Meltdown V3a (Rogue System Register Read) MCU Firmware Firmware
Meltdown V4 (Speculative Store Bypass) Hardware + OS Firmware + OS Firmware + OS
Meltdown V5 (L1 Terminal Fault) Hardware Hardware Hardware

Comet Lake wurde in zweierlei Hinsicht gegenüber dem Coffee Lake Refresh und Cascade Lake angepasst. So gibt es einen Hardware-Fix für Meltdown in der Variante 4 und für Meltdown in der Variante 3a spricht Intel von einer Kombination aus Hard- und Softwarefix.

Thin STIM: Der Chip wird wieder dünner

Vermutlich um einen besseren Wärmeübergang im CPU-Package zu ermöglichen, geht Intel im Packaging bzw. der Fertigung des Dies wieder einen Schritt in Richtung der Core-8000-Serie.

Nicht alle Comet-Lake-S-Prozessoren verfügen über ein STIM – Soldered Thermal Interface Material. Sie sind also teilweise verlötet, wie dies bei den Coffee-Lake-Prozessoren schon der Fall ist. Alle Core-i9, i7- und i5-Prozessoren der 10. Generation haben einen verlöteten Heatspreader. Einzige Ausnahme bilden die Modelle Core i5-10400 und Core i5-10400F, die mal verlötet und mal mit  Wärmeleitpaste bzw. Polymer Thermal Interface Material (PTIM) auskommen müssen. Intel begründet dies mit Abhängigkeiten in der Fertigung dieser Modelle.

Am STIM ändert sich also nichts, dafür aber an der Dicke des Chips selbst. Auf einem Substrat sitzt der eigentliche Chip aus Silizium und dieser ist bei den Comet-Lake-S-Prozessoren etwas dünner. Bei Coffee-Lake-Chips beträgt die Dicke des Siliziums 800 µm, mit Comet Lake-S sollen es nur noch 500 µm sein. 0,3 mm weniger Material verwendet Intel hier also. Da Silizium kein guter Wärmeleiter ist, verspricht sich Intel hier eine bessere Wärmeableitung über einen dickeren Heatspreader. Dieser gleicht die fehlenden 0,3 mm wiederum aus und besteht weiterhin aus Kupfer. Dies spielt natürlich nicht nur für das Overclocking eine Rolle, sondern sollte sich auch positiv auf die Temperaturen im Normalbetrieb auswirken.

 

Den eigentlichen Chip um 0,3 mm dünner zu machen, stellt aus technischer Sicht kein großes Problem dar. Ein Core i7-8700K unter dem Rasterelektronenmikroskop offenbart, dass die Backend-of-Line (BEOL) einen wesentlichen Anteil an der Dicke eines Chips einnehmen, während die eigentlichen Transistoren Frontend-of-Line (FEOL) in einer nur sehr dünnen Schicht eingebracht sind.

Der Pfeil zur FEOL zeigt auf die Ebene, in der sich die Transistoren befinden ("eigentlicher Chip mit den Transistoren"). Die Transistoren befinden sich in einer nur sehr dünnen Schicht zwischen diesem Bereich und dem darüber liegenden Substrat. Hier werden die Größenordnungen deutlich, in denen wir uns bewegen.

 

Z490 und LGA1200: Die neue Plattform

Die Core-Prozessoren der 10. Generation alias Comet Lake-S setzen eine neue Plattform voraus. Diese besteht aus den Mainboards mit Sockel LGA1200 und den dazugehörigen Chipsätzen Z490, H470, H410 und B460.

Der Comet-Lake-S-Prozessor stellt 16 PCI-Express-3.0-Lanes zur Verfügung. Diese können als 1x x16, 2x x8 oder 1x x8 + 2x x4 ausgeführt werden. Der Chipsatz ist per DMI 3.0 und damit bietet die Anbindung eine Datenrate von 8 GT/s pro Lane für eine Bandbreite von insgesamt 3,93 GB/s.

Der Z490-Chipsatz bietet 24 PCI-Express-Lanes, beim H470 sind es 20 und beim H410 6. Für den B460 liegen uns derzeit keinerlei Informationen über die Anzahl an PCI-Express-Lanes vor. Am Chipsatz angebunden sind beispielsweise 6x USB 3.2 Gen 2x1, 10x USB 3.2 Gen 1x1, 14x USB 2.0, 6x SATA und ein integriertes Gigabit-Ethernet (diese Angaben gelten für den Z490). Per entsprechendem Controller und PHY können die Mainboards auch mit Intels Ethernet-Controller I225 (Codename Foxville) ausgestattet werden, der nicht mehr über den Interpacket-Gap-Fehler verfügt.

Die Mainboards mit H470, H410 und B460-Chipsatz verzichten neben einigen wenigen PCI-Express-Lanes auch auf so manchen USB-Anschluss.

Gegenüberstellung der Chipsätze
Modell Z490 H470 H410 B460
PCIe-Lanes vorhanden 46 (16 CPU + 30 PCH) 46 (16 CPU + 30 PCH) 30 (16 CPU + 14 PCH) 46 (16 CPU + 30 PCH)
PCIe-Lanes ausgeführt 40 (16 CPU + 24 PCH) 36 (16 CPU + 20 PCH) 22 (16 CPU + 6 PCH) 32 (16 CPU + 16 PCH)
PCIe-Lanes am PCH 24 20 6 16
SATA-Ports 6 6 4 6
USB 3.2 Gen 2x1/1x1 6 / 10 4 / 8 0 / 4 0 /8
USB 2.0 14 14 10 12
M.2-Ports 3 2 0 1

PCI-Express 4.0 und Rocket Lake-S

Eines der großen Diskussionsthemen rund um die Veröffentlichung der Comet-Lake-Prozessoren ist die fehlende Unterstützung von PCI-Express 4.0. Offiziell unterstützt Comet Lake-S den schnelleren PCI-Express-Standard nicht und dennoch sprechen fast alle Mainboardhersteller von einem entsprechenden Support.

Für Comet Lake-S spielt PCI-Express 4.0 keine Rolle mehr, wohl aber für Rocket Lake-S. Die nächste Generation wird im Frühjahr 2021 auf den Markt kommen und wird allem Anschein nach ebenfalls in den Sockel LGA1200 passen. Rocket Lake-S soll PCI-Express 4.0 über die Lanes des Prozessors unterstützen. Eben darauf bereiten sich die Mainboardhersteller vor.

Eine offizielle Bestätigung dazu gibt es natürlich nicht. Intel will sich dazu nicht weiter äußern. Gigabyte hat sich inoffiziell aus der Deckung getraut und will eine Bestätigung von PCI-Express 4.0 und Rocket Lake-S in einem YouTube-Stream ausgesprochen haben. Belastbar ist dies natürlich noch nicht, denn ein Blockdiagramm von Rocket Lake-S spricht von einer 500-Series an Chipsätzen.

Ob Z490-Mainboards in der Lage sein werden die Rocket-Lake-S-Prozessoren aufzunehmen, wird sich also noch zeigen müssen.