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英特尔芯片工艺的“掉队”究竟意味着什么?


英特尔芯片工艺的“掉队”究竟意味着什么? 1

文章经授权转自公众号:PingWest品玩(ID:wepingwest);作者:Decode

在芯片制造核心的工艺上,曾经领先的英特尔如今失去了优势。

2020 年 7 月 24 日,英特尔公布了 2020 年第二季度财报。财报透露,由于 7nm 制程良率不理想,英特尔的 7nm CPU
产品较先前预期推迟了大约 6 个月。英特尔首席财务官乔治·戴维斯(George Davis)接受采访时说,在 7nm
芯片制造工艺技术中发现一种“严重缺陷”,英特尔正在进行调整。

这是英特尔第二次推迟 7nm 量产,较原先计划一共延期一年。英特尔的 7nm 芯片,预计不会早于 2022 年下半年推出。尽管英特尔 Q2
在数据中心和存储业务板块的收入大幅增长,但推迟 7nm 量产消息仍让其股价在 24 日收盘时下跌超过 16%。

自主生产和代工制造之别

财报电话会议上,英特尔透露“可能会将主要零部件生产外包”。今年 3
月摩根士丹利一次会议上,乔治・戴维斯对投资者承认,公司已经落后于竞争对手台积电,要追赶上至少需要 2 年时间。

7 月 27 日,台湾《工商时报》报道,英特尔与台积电达成了协议,后者将在 2021 年为前者代工 18 万片 6nm
晶圆。晶圆是制作芯片所用的硅晶片,通常一片晶圆可以切出几十个芯片。

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· 晶圆

事实上,英特尔找台积电代工的消息,此前早已多次传出,并且集中在 6nm 的 GPU 上,并未涉及 CPU 产品。目前,英特尔和台积电都没有证实代工 6nm
芯片的传闻。

要知道,英特尔一直引以为傲的,就是其领先的芯片制造能力。彭博社发表评论,英特尔考虑外包这一决定“预示着美国统治半导体行业时代的终结”,“此举可能会在硅谷以外引起反响,影响全球贸易”。一些动作已经反映出这个现象:在美国商务部压力下,今年
5 月台积电表明会在美国兴建一个工厂,用以生产最先进的 5nm 制程芯片。

英特尔和台积电分别是芯片行业两种分工模式的典型,前者代表了 IDM 模式,后者则是垂直分工模式一个重要环节。

IDM,全称 Integrated Device
Manufacture(整合元件制造商),意指一家公司包办芯片设计全流程,从设计、制造、封装测试到最后销售。除了英特尔,三星也采用了这种模式。

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· 芯片制造流程

而垂直分工模式里,有的集成电路公司只做芯片设计和销售,没有芯片制造工厂(Fabrication,简称 Fab)。这种公司通常称之为
Fabless,高通、英伟达、AMD 和华为海思都是这种类型。

帮别人制造芯片、不设计芯片的厂商则叫
Foundry(晶圆代工厂),典型厂商的有台积电和中芯国际。事实上,这种模式的开创,正是得益于台积电这种纯晶圆代工厂的设立。

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很多曾经 IDM 模式的美国芯片公司,已经陆续关掉或出售其在美国国内的工厂,转而让亚洲的代工厂生产。只有英特尔一直坚持着 IDM
模式,这家公司认为同时兼顾设计和制造,两方面都能相互促进。

得益于这种模式,在过去 30 多年里,英特尔长时间处于技术领先地位。但从投入层面来看,IDM
模式需要大量资金,一条生产线动辄几亿美金,门槛非常高,对行业新进入者不友好。

而垂直分工模式把设计和制造分离,负责芯片设计的,把方案做出来,交给纯代工的专业 Foundry 去制造,让芯片行业的准入门槛一下子就降低了很多。AI
芯片领域有这么多创业公司,正是得益于这种模式。

但垂直分工模式也有弊端,最先进制造工艺的产能是有限的,只有苹果、AMD、华为和高通这种订单量大的芯片设计厂商,才能争取到排期靠前的产能。另外,代工厂也会因为一些非商业因素,拒绝某家芯片设计厂商的订单。一个最近的例子是,台积电迫于美国商务部制裁华为的压力,已经暂时拒绝了华为的新订单。

台积电从追赶到超越

在芯片制造行业,评价一家工厂水平高低的主要标准,是其制程工艺,现在通常以“Xnm”的形式表示。

制程工艺数字越小,意味着能在更小体积的芯片中塞进更多晶体管,并且运算性能更高、耗电量更小。比如,5nm 比 7nm 先进,7nm 比 10nm
先进。大名鼎鼎的“摩尔定律”,描述的就是制程工艺之迭代:单位面积上晶体管数量,每两年(也有说法是 18 个月)增加一倍。

1987 年,台积电刚成立时,制程工艺远不如英特尔,落后两代之多。当时,台积电的工艺是 3µm(微米,1 微米 = 1000 纳米),而英特尔在 1979
年推出 8086 处理器时,就采用了 3µm 工艺。1985 年,英特尔已经把工艺推进到了 1µm。

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但经过多年积累后,台积电在智能手机时代追上了英特尔。

需要说一下的是,由于命名上的混乱,台积电和英特尔在制程工艺节点上并不能划等号。一位半导体从业者“蜀山熊猫”概括道:大致认为英特尔的 10nm = 台积电的
7nm,英特尔 7nm = 台积电/三星 5nm(台积电和三星是一样的)。英特尔的工艺不商用,不开放,所以不能直接套用商用节点分类。

2017 年,台积电开始量产 10nm 工艺,此时英特尔是 14nm。2018 年,台积电开始大规模量产 7nm。一年后,英特尔实现 10nm
芯片量产。这个阶段两家制造实力基本持平。

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但这样的局面很快就被打破。2020 年 4 月,台积电的 5nm 制程工艺进入量产阶段。而英特尔与之相对应的 7nm,内部目标是 2020
年中开始量产,却一而再地推迟。据英特尔 2020 年第二季度财报,7nm 芯片要到 2022
年下半年才能亮相。这样一来,英特尔便实实在在地落后于台积电。

面对这样的形势,英特尔已经开始做出改变。7 月 27 日周一,英特尔宣布首席工程师穆西·伦杜钦塔拉(Murthy
Renduchintala)将离职,其领导的 TSCG(科技、系统架构和客户事业群)将划分为五个团队,新领导直接向 CEO 鲍勃·斯旺(Bob
Swan)汇报。

离职的穆西被认为是英特尔的二号人物,他曾负责调制解调器,但该业务最终以 10 亿美元卖给了苹果。在英特尔工作了 24 年的安・凯莱赫(Ann
Kelleher)将领导 7nm 和 5nm 芯片开发。她之前是英特尔制造部门负责人,领导 10nm 制程的升级工作。

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