在晶片製造核心製程,曾經領先的英特爾如今已失去優勢。2020724日,英特爾公布 2020 年第二季財報。財報透露,由於 7 奈米製程良率不理想,英特爾 7 奈米 CPU 產品較先前預期延後約 6 個月。英特爾首席財務長 George Davis 受訪時說,7 奈米晶片製造製程技術發現「嚴重缺陷」,英特爾正在調整。

這是英特爾第二次延後 7 奈米量產,較原先計劃共延期一年。英特爾 7 奈米晶片預計不會早於 2022 下半年推出。儘管英特爾 Q2 在資料中心和儲存業務收入大幅增長,但 7 奈米量產延後消息仍讓股價724日收盤下跌超過16%

自主生產和代工製造之別

財報電話會議,英特爾透露「可能會將主要零組件生產外包」。今年 3 月摩根士丹利會議,George Davis 對投資者承認,公司已落後競爭對手台積電,要追上至少要 2 年。

英特爾與台積電達成協議,後者將在 2021 年為前者代工 18 萬片 6 奈米晶圓。晶圓是製作晶片所用的矽晶片,通常一片晶圓可切出幾十個晶片。英特爾找台積電代工的消息已多次傳出,且集中於 6 奈米 GPU,並未涉及 CPU 產品。目前英特爾和台積電都沒有證實代工 6 奈米晶片的傳聞。

英特爾一直引以為傲的就是領導晶片製造。彭博社評論,英特爾考慮外包「預示美國統治半導體行業時代的終結」,「此舉可能會在矽谷以外引起迴響,影響全球貿易」。一些動作已反映現象:美國商務部壓力下,今年 5 月台積電表明會在美國建廠,生產最先進的 5 奈米晶片。

英特爾和台積電分別是晶片業兩種分工模式的典型,前者代表 IDM 模式,後者則是垂直分工模式的重要環節。

IDM 全稱 Integrated Device Manufacture(整合元件製造商),意指一家公司包辦晶片設計全部流程,從設計、製造、封裝測試到最後銷售。除了英特爾,三星也採用這種模式。

垂直分工模式裡,有些積體電路公司只做晶片設計和銷售,沒有晶片製造工廠(Fabrication,簡稱 Fab),這種公司通常稱為 Fabless,高通、NVIDIAAMD 和華為海思都是這種類型。

幫別人製造晶片、不設計晶片的廠商叫 Foundry(晶圓代工廠),典型廠商有台積電和中芯國際。這種模式開創,正是得益於台積電純晶圓代工廠。

很多曾是 IDM 模式的美國晶片公司,已陸續關掉或出售美國工廠,轉讓亞洲代工廠生產。只有英特爾一直堅持 IDM 模式,認為同時兼顧設計和製造,兩方面都能相互督促。

得益於這種模式,過去 30 多年,英特爾長時間處於技術領先地位。但從投入層面來看,IDM 模式需要大量資金,一條生產線動輒幾億美元,門檻非常高,對新進入者非常不友善。

垂直分工模式分離設計和製造,負責晶片設計做出方案,交給純代工的專業 Foundry 製造,讓晶片行業的準入門檻一下子降低很多。AI 晶片領域有這麼多創業公司,正是得益於這種模式。

但垂直分工模式也有缺點,最先進製造製程的產能有限,只有蘋果、AMD、華為和高通這種訂單量大的晶片設計廠商,才能爭取到優先產能。另外,代工廠也會因一些非商業因素,拒絕某家晶片設計廠商的訂單。最近的例子是,台積電因美國商務部制裁華為,暫時拒絕華為的新訂單。

台積電從追趕到超越

在晶片製造業,評價工廠高低的主要標準是製程,現在通常以「X 奈米」形式表示。製程數字越小,意味著能在更小體積的晶片塞進更多晶體管,且運算性能更高、耗電量更小。比如,5 奈米比 7 奈米先進,7 奈米比 10 奈米先進。大名鼎鼎的「摩爾定律」,描述的就是製程更新:單位面積上晶體管數量,每兩年(也有說法是18個月)增加一倍。

1987 年台積電剛成立,製程遠不如英特爾,落後兩代之多。當時台積電製程是 3µm(微米,1 微米=1,000 奈米),英特爾 1979 年推出 8086 處理器時,就採用 3µm 製程。1985年,英特爾發展到 1µm

但經過多年積累,台積電在智慧手機時代追上了英特爾。

由於命名混亂,台積電和英特爾製程節點並不一樣。半導體從業者認為,英特爾的 10 奈米=台積電的 7 奈米,英特爾 7 奈米=台積電或三星 5 奈米(台積電和三星一樣)。英特爾製程不商用,不開放,所以不能直接套用商用節點分類。

2017 年,台積電開始量產 10 奈米製程,此時英特爾是 14 奈米。2018 年,台積電開始大規模量產 7 奈米。一年後,英特爾達成 10 奈米晶片量產。這階段兩家製造實力大致持平。

但這樣的局面很快就打破。20204月,台積電 5 奈米製程進入量產階段。英特爾相對應的 7 奈米,內部目標是 2020 年中開始量產,卻一而再延後。據英特爾 2020 年第二季財報,7 奈米晶片要到 2022 下半年才能亮相。這樣一來,英特爾實實在在落後台積電。

面對這形勢,英特爾開始改變。727日,英特爾宣布首席工程師 Murthy Renduchintala 離職,領導的 TSCG(科技、系統架構和客戶事業群)將分為 5 個團隊,新領導者直接向 CEO Bob Swan 匯報。

離職的 Murthy Renduchintala 被認為是英特爾第二號人物,曾負責數據機業務,但最終以 10 億美元賣給蘋果。在英特爾工作了24 年的 Ann Kelleher 將領導 7 奈米和 5 奈米晶片開發。她之前是英特爾製造部門負責人,領導 10 奈米製程升級工作。

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