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英特爾被擠下芯片王座

圖片來源@視覺中國

近日,全球芯片巨頭英特爾在新一季財報中披露,其原定於2020年底推出的7nm CPU芯片,將推遲6個月,而解決量產的良率問題將滯後12個月,同時計劃將部分高端芯片製造業務外包出去。

這一消息震驚了華爾街,直接導致英特爾當日市值暴跌415億美元。彭博社對此發表評論稱:“英特爾芯片自主製造是過去成功關鍵,一旦外包,將把龍頭地位讓給台積電,結束英特爾乃至美國稱霸半導體產業的時代。”

據悉,就在英特爾財報宣布後沒幾天,英特爾首席工程師Murthy Renduchintala離職,為7nm製程進展不順負責,更增添了一絲悲壯的意味。

相比之下,英特爾的“對手們”表現實在亮眼:AMD基於7nm架構的Ryzeen 4000芯片早已上市,台積電更是宣布其3nm製程將在2021年風險量產,2022年下半年量產,中國大陸的中芯國際到2020年底也能量產接近7nm的N+1工藝,根據高盛預測,中芯國際將在2022年升級到7nm工藝。

眾所周知,英特爾曾是芯片界無可爭議的巨無霸,如今在芯片製造核心工藝上徹底失去了優勢,緣由何在?

10nm製程“難產”五年,英特爾被擠下王座

過去幾十年中,英特爾一手包攬芯片研發、設計、製造、封測各個環節,在X86架構PC時代取得巨大成功,由此穩坐PC芯片製造領域的頭把交椅。

然而,隨著智能手機的普及,移動端處理器開始搶佔PC端處理器市場份額。彼時,蘋果、高通、聯發科紛紛拋棄了英特爾的X86架構,轉向了價格低廉、性能更為穩定的ARM架構。意識到危機的英特爾,推出了Atom低功耗X86處理器產品線,但完全被ARM壓製,不得不黯然離開移動處理器市場。

進軍移動市場失敗,英特爾重新將資源集中到PC芯片領域。2007年,英特爾推出了“Tick-Tock”戰略,每兩年為一個周期,Tick年升級工藝,Tock年升級處理器架構,按照這一節奏,英特爾大約每24個月可以讓晶體管數量翻一番。

到2014年,英特爾率先實現14nm製程量產,然而此時“Tick-Tock”戰略逐漸失效了。之後的5年裡,英特爾像擠牙膏一樣不斷優化14nm製程,先後推出第六代Sky Lake、第七代Kaby Lake、第八代Kaby Lake-R/Coffee Lake/Whiskey Lake,及第九代Coffee Lake-R酷睿處理器。

英特爾何嘗不想擺脫“牙膏廠”的名號,但遲遲無法突破更為先進的10nm製程技術瓶頸,讓這家芯片巨頭深陷泥潭之中。

那麽,英特爾的製程升級之路為何走得如此艱難?

據了解,英特爾在10nm製程上,運用後段的SAQP(自校準四重圖形)方法,憑借深厚的技術積澱,硬生生將DUV即深紫外線技術推到了10nm(以往這項技術在25nm就停滯不前了),但弊端是良率太低,導致其量產計劃一拖再拖。

同時,在導線材料上,英特爾聲稱將在10納米加工技術的兩層超薄布線層中使用“鈷”互聯,電遷移減少了1/10至1/5,電阻率是原來使用“銅”材料的一半。改善後的互連線路將有助於半導體行業克服線路問題,進一步縮小晶體管尺寸。

然而,由於鈷的延展性和導熱性很差,也非常脆弱,且基礎成本是“銅”材料的5到6倍,應用上的難產,導致英特爾在工藝上開始落後於對手。

另外,隨著技術進步,EUV光刻工具成為唯一能夠處理7nm和更先進工藝的設備,但英特爾在EUV工藝的導入上非常保守。

鈦媒體注意到,直到2018年12月,英特爾才對外界改口,將採用EVU技術來生產7nm芯片,而彼時台積電、三星等芯片巨頭已花費數年時間研發EVU技術,英特爾迎頭追趕也需時日,就這樣再次錯過超車機會。

直到2019年,英特爾的10nm製程才面世,這比原計劃足足晚了3年。作為對比,2018年,台積電就實現7nm量產,2020年實現5nm量產,2021年上半年將進行3nm製程試產,2022年實現3nm量產。

值得注意的是,英特爾的製程標準跟台積電有所不同,在10nm工藝上的微縮水準達到2.7倍(晶體管密度是14nm的2.7倍),遠超業界正常情況下2倍密度的水準。而據市調公司IC Knowledge公布的數據測算,台積電10nm晶體管密度是14nm的1.8倍,7nm(N7FF)的晶體管密度是10nm的1.8倍。

以上數據可以看出,台積電的7nm晶體管密度略低於英特爾的10nm工藝,這也意味著,英特爾的7nm比台積電的7nm更難完成。

據了解,由於英特爾採用EUV雙重曝光技術已有提前布局,不再面臨SAQP四重曝光技術難題,從理論上來講有望於2020年量產7nm製程,然而隨著量產計劃再度擱淺,英特爾在製程上的劣勢越發明顯。

芯片人才的流失,更為英特爾的未來蒙上一層陰影。

今年6月,英特爾宣布芯片總設計師吉姆·凱勒因個人原因辭職,引起了半導體圈的軒然大波。資料顯示,吉姆·凱勒在PC處理器、移動處理器、AI芯片處理器方面均有建樹,曾效力過AMD、蘋果等多家公司,是AMD K8和Zen芯片的設計師,也領導蘋果開發出A4和A5芯片,更是特斯拉自動駕駛芯片的打造者,是不折不扣的芯片大師。

吉姆·凱勒,圖片來源:網絡

一個優秀的芯片人才對半導體公司發展有多重要?

當年張忠謀手下乾將梁孟松加盟三星之時,台積電14nm已經投產,三星卻還在為搞定20nm發愁,梁孟松任上,不僅幫助三星完成14nm量產,更從台積電手中搶到了蘋果A9的大訂單。此後,梁孟松加盟中芯國際,僅用一年半時間,中芯國際從28nm的工藝,直接邁入了14nm的芯片工藝。

而此次,英特爾失去的是吉姆·凱勒如此級別的 “矽仙人”,這對於其重新奪回芯片領導地位無疑是致命一擊。製程上落人一步,又留不住芯片人才,未來英特爾將何去何從?

轉型數據公司扳回一城,製程工藝仍“卡脖子”

在全球PC市場逐漸沒落的背景下,英特爾也在尋求多元化業務轉型,隨著5G、物聯網、人工駕駛、人工智能等技術的發展,這家老牌半導體巨頭迎來了重大發展機遇。

2016年,英特爾啟動了新一輪轉型,數據中心業務及AI、物聯網等新興業務浮出水面。

據《財經》報導,數據中心業務代表英特爾未來定位的基礎業務,主要出售基於伺服器的芯片和模組;AI、物聯網等新興業務部門則代表英特爾在新賽道上的新業務,它基於數據中心業務,但又覆蓋了數字化應用市場。

2018年底,英特爾正式對外宣布,從“以晶體管為中心”向“以數據為中心”轉型,並提出六大技術支柱,即製程封裝、XPU 架構、記憶體存儲、互聯、安全和軟體,以及布局物聯網、自動駕駛等方式支撐自身在智能時代的轉型。

為了提升市場競爭力,英特爾先後斥資300多億美元,收購了FPGA大廠Altera,自動駕駛大廠Mobileye,人工智能芯片初創公司Nervana和Habana Labs,AI芯片公司Movidus等,以推動人工智能、雲、物聯網、自動駕駛及芯片技術發展。

巨大的技術投入,換來了不菲的回報。

近日英特爾發布的二季度財報顯示,以數據為中心的業務營收達到101.7億美元,包括數據中心集團、物聯網集團、自動駕駛技術部門Mobileye、存儲業務事業群(NSG)以及可編程解決方案事業群(PSG),其中數據中心集團營收71億美元,同比增長43%。

雖說業績亮眼,但在戰略轉向以數據為中心後,保持先進的製程工藝就成為關鍵,英特爾的製程技術落後一個身位,一定程度上製約著新業務的開展。

作為英特爾最大競爭對手,AMD在工藝製程上獲得了和英特爾匹敵甚至領先的優勢。其中,AMD基於7nm架構的Ryzen 4000芯片已上市數月,最新7nm桌面版APU,相關產品線和布局也已充分鋪開,未來雙方在CPU市場競爭或更加激烈。

更糟糕的是,包括谷歌、亞馬遜、阿里巴巴在內的科技巨頭,也在大力發展AI芯片技術,不可避免與英特爾展開廝殺,鹿死誰手還很難預料。

英特爾想要重登巔峰,只能死磕芯片製程技術,回到“Tick-Tock”戰略上來,未來三到五年或有望趕上最新製程,如此方可保持在數據業務上的技術優勢。

半導體商業模式之爭:IDM退位,Foundry上位?

英特爾在芯片製程上的“掉隊”,也再度掀起業界對半導體商業模式孰優孰劣的爭論。

據鈦媒體了解,半導體產業有兩種商業模式,一種是IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件製造)模式,即從設計、製造、封裝測試再到投向消費市場一條龍全包,代表企業為英特爾和三星。

另外一種為垂直分工模式。不建工廠,隻做設計,稱之為Fabless,代表企業為AMD、高通、NVIDIA及華為海思等;自建工廠,隻做代工,稱之為Foundry,台積電、中芯國際等是其中的代表企業。

從整個半導體產業來看,這些商業模式各有利弊,各具價值。

一般來說,IDM模式的品牌優勢更為明顯,依靠大廠資源及自身經驗,可以將芯片的設計與製造等多個環節進行協同優化,及時完成芯片性能的提升。缺點是大象轉身難,一旦工藝出現問題,就會影響一系列產品路線圖,英特爾就是典型的反面案例。

Fabless模式下,企業無需投入巨額資金自建工廠,也能持續推出有競爭力的芯片。以AMD為例,其在2008年就賣掉了晶圓廠,從重資產轉向輕資產。今年7月初,其市值首次超越英特爾,被認為是Fabless模式里程碑的成就。

不過,有業內人士評論稱,與IDM模式相比,Fabless模式無法與工藝協同優化,因此難以完成指標嚴苛的設計,同時輕資產恐無法撐起高市值。

Foundry模式的優點是製程迭代速度快、客戶更多元化,市場前景向好,缺點是建立一條生產線動輒幾億美金,門檻太高,且需要持續投入維持工藝水準,一旦落後追趕難度較大。目前,台積電可謂將這一模式發揚光大,逾4000億美元的市值,在全球半導體行業中也是首屈一指。

從迭代效率和成本來看,Foundry模式正成為主流。2009年,AMD剝離晶圓廠業務,成立了格羅方德,其在2018年純晶圓代工行業全球市場中高居第二位;2017年,三星也將晶圓代工業務獨立出來,以增強與台積電的競爭力。

如今,英特爾也考慮將部分芯片生產外包出去,有消息稱,英特爾已與台積電達成協議,預定了台積電明年18萬片6nm芯片產能。

對於英特爾的這一舉動,業界眾說紛紜。不少觀點稱,英特爾將全面擁抱產業協作,宣告了全球IDM模式走向終結,也有聲音指出,英特爾將需求優先度不高且出現延期的7nm交由第三方代工,本就是利益權衡之下的選擇,其14nm產線仍正常運轉,IDM模式依舊是英特爾未來製勝關鍵。

IDM模式究竟行將死亡,還是浴火重生?原中芯國際創始人張汝京給出了更具前瞻性的推斷。

在近日由中信建投證券與金沙江資本聯合主辦的“中國第三代半導體發展機遇交流峰會”上,張汝京發表演講,稱新能源汽車、5G通信、數據中心等領域都將規模應用第三代半導體,在線寬不是很小、設備不特別貴、芯片設計、資本投資都佔優勢的情況下,唯有材料突破不易,這正是IDM模式的優勢。

“中國半導體教父”張汝京,圖片來源:網絡

他表示:“第三代半導體中碳化矽為例,新能源車中應用較多,特斯拉Model 3已開始使用。這些功率模組主要由意法半導體、英飛凌兩家供應,而這兩家基本上都是IDM公司,看起來第三代半導體中較大公司都是IDM公司,產業鏈從頭到尾是一家公司負責,做出來效率較高。”

從當前全球形勢來看,中國半導體企業更容易受到歐美國家的限制,發展IDM模式已勢在必行。目前,中國市場IDM份額很小,中國台灣地區僅為2%,而中國大陸則小於1%,發展空間相當大。同時,國家集成電路產業基金也在布局IDM模式,再加上芯片產業扶持政策(《新時期促進集成電路產業和軟體業高質量發展的若乾政策》)的利好,或將掀起新一輪的IDM產業浪潮。

在這一過程當中,英特爾將會有哪些新的動作,值得業界及市場期待。(本文首發鈦媒體App,作者 | 柳牧宗)

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