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??新智元報(bào)道??

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

編輯：小咸魚?好困

【新智元導(dǎo)讀】在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代及智能手機(jī)時(shí)代到來(lái)后，英特爾似乎開(kāi)始力不從心。按照臺(tái)積電公開(kāi)信息推演，至少在接下來(lái)的五年內(nèi)，英特爾趕上或超越臺(tái)積電的可能性幾乎為零，甚至可能永遠(yuǎn)追趕不上。

2025年，諸神之戰(zhàn)。

2021年7月，已經(jīng)落后許久的Intel公布了未來(lái)直到 2025 年的詳細(xì)發(fā)展路線：10nm之后是Intel 7，接著是 Intel 4，Intel 3，Intel 20A， Intel 18A，直至Intel在 2025 年重登王座，奪回領(lǐng)先的制程地位。??

2021年10月，三星在其晶圓代工論壇2021上，宣布自己的芯片制程遠(yuǎn)景規(guī)劃，將在2022 年上半年推出全新的3nm GAA（Gate-All-Around）工藝，在2025年，基于全新的GAA納米片結(jié)構(gòu)進(jìn)化出的MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場(chǎng)效應(yīng)管）讓2nm工藝量產(chǎn)。

同年十月，臺(tái)積電在2021年第三季度的法說(shuō)會(huì)上，透露了其技術(shù)目標(biāo)。雖然沒(méi)有公開(kāi)具體的3nm及以下工藝的詳細(xì)進(jìn)展，但信心十足：「不評(píng)論競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)藍(lán)圖，不過(guò)相信臺(tái)積電持續(xù)擁有最具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)乃至2納米技術(shù)，可以相信至2025年，該技術(shù)的密度與效能將居領(lǐng)先」，「競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手」一詞直指另外兩家公司。

從45nm制程節(jié)點(diǎn)的14家企業(yè)，28nm淘汰三分之一，16nm（14nm）再降一半，如今，仍然還在10nm制程以下艱難攻關(guān)的，只剩Intel，三星，臺(tái)積電這三家了。

但時(shí)至今日，三星，臺(tái)積電雙雄爭(zhēng)霸，Intel每年依舊推出新晉的x86芯片，但似乎它芯片制造的聲量越來(lái)越小了。

2014年是一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，Intel率先邁入14nm節(jié)點(diǎn)，卻沒(méi)料到那是Intel最后的輝煌。

之后5年，Intel在14nm節(jié)點(diǎn)停滯不前，過(guò)了好幾年，也只搞出14nm+，14nm++，10nm久攻不下，落下了一個(gè)「牙膏廠」的外號(hào)。

這個(gè)「藍(lán)色巨人」曾經(jīng)的輝煌是如何鑄就的？為什么能第一個(gè)拿下14nm這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之爭(zhēng)？

而它又是怎么樣在短短幾年從領(lǐng)先到落后的？

無(wú)人看好的代工業(yè)務(wù)

故事的開(kāi)始，需要倒退回20世紀(jì)中葉。

1965年，仙童半導(dǎo)體創(chuàng)始人之一摩爾發(fā)表論文，文中預(yù)測(cè)：半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍，這是之后半導(dǎo)體工藝之爭(zhēng)參照的依據(jù)。

1968年，摩爾從仙童半導(dǎo)體辭職后創(chuàng)建Intel。三年后，全球第一顆真正意義的CPU：i4004微處理器問(wèn)世，集成2250個(gè)晶體管，采用10um制程。

1975年，摩爾對(duì)摩爾定律進(jìn)行了修正，把「每年增加一倍」改為「每?jī)赡暝黾右槐丁埂５髞?lái)，更為讓人熟知的，是「每十八個(gè)月增加一倍」這個(gè)版本。

「每十八個(gè)月增加一倍」具體是什么意思呢？主要有以下三方面：

集成電路上容納的晶體管數(shù)目，每隔18個(gè)月增加一倍；
相同處理器的性能每隔18個(gè)月價(jià)格下降一半；
相同價(jià)格所買的電腦，性能每隔18個(gè)月增加一倍。

根據(jù)摩爾定律，制程節(jié)點(diǎn)將以大約0.7倍遞減，從0.8μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm、7nm，一直發(fā)展到現(xiàn)在的5nm，未來(lái)的3nm都是如此。在正?！溉构?jié)點(diǎn)中間，還出現(xiàn)一些「半」節(jié)點(diǎn)制程，如28nm、20nm、14nm。

20世紀(jì)70年代，在加州理工學(xué)院擔(dān)任教授的Carver Mead希望由一部分人來(lái)設(shè)計(jì)芯片，并讓另一部分人去處理其余的事情，他認(rèn)為這個(gè)想法可能有一個(gè)可行的業(yè)務(wù)。

Mead表示，自己曾經(jīng)找到了包括Intel等各家公司的CEO，向他們解釋為什么這是一筆好生意。然而，所有人都拒絕了。

原因很簡(jiǎn)單，這些公司想擁有這些芯片的設(shè)計(jì)。

不過(guò)，當(dāng)他被邀請(qǐng)到臺(tái)灣的工業(yè)技術(shù)研究所時(shí)，命運(yùn)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

Mead回憶說(shuō)：「他們對(duì)此非常興奮。那是在20世紀(jì)80年代初，臺(tái)灣的目標(biāo)是使其經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化。工業(yè)技術(shù)研究院的任務(wù)是支持制造業(yè)。臺(tái)灣在設(shè)計(jì)、營(yíng)銷或銷售先進(jìn)的芯片方面沒(méi)有太多的專業(yè)知識(shí)，但它在制造芯片方面越來(lái)越出色?！?/span>

當(dāng)?shù)卣?qǐng)來(lái)了德州儀器的前高管Morris Chang，共同創(chuàng)辦了一家專門生產(chǎn)其他公司芯片的代工廠。

于是，臺(tái)積電在1987年成立了，資金來(lái)自政府和荷蘭的飛利浦公司。

多年來(lái)，臺(tái)積電吸引到了各種客戶，甚至Intel也開(kāi)始用臺(tái)積電生產(chǎn)其一些不太知名的芯片。

臺(tái)積電與Intel制程之爭(zhēng)，從臺(tái)積電的成立就已經(jīng)開(kāi)始，這是IDM（包括架構(gòu)、硅技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軟件、封裝/組裝/測(cè)試、制造的全部領(lǐng)域技術(shù)細(xì)節(jié)）廠商與晶圓代工廠兩種形態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)。?

扭虧為盈

成立之初的臺(tái)積電，制程只有3um和2.5um兩種生產(chǎn)工藝，產(chǎn)能低，良率也不高，接不到大公司的訂單，整個(gè)臺(tái)積電處于虧損狀態(tài)。

1988年，年輕的Intel的CEO格魯夫造訪臺(tái)積電，最終臺(tái)積電通過(guò)了Intel的生產(chǎn)認(rèn)證，這使得臺(tái)積電終于獲得了主流廠商的認(rèn)可。

1999年，從奔騰III 500E開(kāi)始，Intel導(dǎo)入了0.18um制程。

而同一時(shí)期，臺(tái)積電為全球第一款真正意義上的GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器），英偉達(dá)的GeForce 256代工時(shí)，成功量產(chǎn)0.18um。0.18um制程的量產(chǎn)，是臺(tái)積電第一次追上了Intel的制程。

新星誕生

21世紀(jì)初，臺(tái)積電將3D晶體管技術(shù)FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）和Low-K Dielectric（低介電質(zhì)絕緣）技術(shù)引入0.13um制程的攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)出全新的0.13um系統(tǒng)單芯片（System-on-a-Chip，SoC）。

這一技術(shù)，成為了臺(tái)積電發(fā)展史上最為重要契機(jī)，使得臺(tái)積電第一次重新定義晶圓制造技術(shù)，并有了自己的臺(tái)積電體系。

2002年，全球芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展瓶頸期，摩爾定律也因此止步不前，如何從65nm制程，跨入到45nm，是所有半導(dǎo)體廠商面臨的棘手問(wèn)題。

林本堅(jiān)回到中國(guó)臺(tái)灣后，在張忠謀及蔣尚義的支持下，開(kāi)始摸索「浸潤(rùn)原理」商用的研究。

最終，F(xiàn)inFET技術(shù)與193nm浸潤(rùn)式光刻機(jī)在臺(tái)積電的技術(shù)組合，使得「摩爾定律」得以續(xù)命，也使得制程得以繼續(xù)推進(jìn)，2005年，臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)65nm，2008年實(shí)現(xiàn)45nm，2009年實(shí)現(xiàn)了40nm。

臺(tái)積電不僅僅在技術(shù)上突飛猛進(jìn)，整個(gè)2000年代，臺(tái)積電迅速崛起，收入也不斷增加，使他們能夠投資于更大、更先進(jìn)的工廠。

臺(tái)積電證明了代工業(yè)務(wù)不僅是可行的，而且是非常有利可圖的。

很快，臺(tái)積電開(kāi)始追求蘋果，此舉最終將使這家臺(tái)灣公司躍居領(lǐng)先地位。

蘋果對(duì)臺(tái)積電的芯片進(jìn)行了幾年的測(cè)試，然后在2015年的iPhone 6s中與三星的芯片進(jìn)行對(duì)比。

在名義上三星是有優(yōu)勢(shì)的，相比于臺(tái)積電的16nm制程，三星的14nm晶體管更小，理論上會(huì)比臺(tái)積電的更有效率。

但在大多數(shù)情況下，事實(shí)并非如此。于是到了iPhone 7推出的時(shí)候，蘋果就只采用臺(tái)積電代工的芯片了。

臺(tái)積電（左）和三星（右）在iPhone 6s Plus上的Geekbench電池測(cè)試

對(duì)于臺(tái)積電在掌握低功耗處理器的技術(shù)方面的成功，其中部分原因是它在數(shù)百個(gè)不同的客戶中完善了其技術(shù)。

加州大學(xué)伯克利分校教授、臺(tái)積電前首席技術(shù)官Chenming Hu說(shuō)：「當(dāng)你有大量的代工客戶時(shí)，這些客戶的產(chǎn)品周期并不都是同步的。幾乎任何時(shí)候你有一項(xiàng)新技術(shù)，你都會(huì)有一些客戶愿意為它買單?！?/span>

那么，Intel呢？

曾經(jīng)Intel也是取得過(guò)成功的，在大部分歷史上反映了摩爾定律，遠(yuǎn)超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。在零幾年左右，Intel世界第一的位置，臺(tái)積電仍然不足以撼動(dòng)。

然而，到了2014年，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)了。此時(shí)，Intel實(shí)現(xiàn)了14nm制程量產(chǎn)，而臺(tái)積電也在一年之后完成了16nm的制造。

自此之后，Intel便進(jìn)入到了發(fā)展的瓶頸期。

由于無(wú)法再遵循2007年制定的「tick-tok」策略，Intel不得不宣布實(shí)施「架構(gòu)、制程、優(yōu)化」(APO，Architecture Process Optimization)的戰(zhàn)略。

這也就意味著，Intel新制程的更新周期變成了，每36個(gè)月晶體管數(shù)量才會(huì)翻一倍。

2015年后，Intel在14nm制程節(jié)點(diǎn)上停留了超過(guò)4年時(shí)間，從Skylake（14nm）到Kaby Lake（14nm+）再到CoffeeLake（14nm++），一直在「縫縫補(bǔ)補(bǔ)」14nm制程。

另一方面，同樣在2014年，臺(tái)積電在張忠謀回歸后，解決了所有的技術(shù)挑戰(zhàn)，并在2017年實(shí)現(xiàn)10nm制程的量產(chǎn)，這一制程，最先應(yīng)用到了iPhone 8上搭載的A11 Bionic芯片上。

自此，臺(tái)積電終于實(shí)現(xiàn)了對(duì)Intel在制程上的全面超越，而且，與對(duì)手三星、聯(lián)電也拉開(kāi)了一定的差距。

近幾年，各家公司也紛紛效仿蘋果，開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的芯片，而不是購(gòu)買Intel這樣現(xiàn)成的產(chǎn)品。

隨著臺(tái)積電的領(lǐng)先，更多的公司將他們的設(shè)計(jì)送到臺(tái)積電，這給了這家臺(tái)灣公司更多的機(jī)會(huì)來(lái)完善其工藝。

今天，大約90%的頂級(jí)芯片是由臺(tái)積電制造的，其余的由三星制造。

反觀Intel，自2015年開(kāi)始，就一再推遲新制程的發(fā)布，直到2019年年底才實(shí)現(xiàn)10nm的量產(chǎn)。

Intel這個(gè)曾經(jīng)的行業(yè)巨頭已經(jīng)不再能與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手持平，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落在了后面。

「開(kāi)發(fā)新一代技術(shù)是非常困難的，」Chenming Hu說(shuō)。「Intel在非常領(lǐng)先的技術(shù)方面落后于臺(tái)積電和三星，或許可以追溯到Intel沒(méi)有參與代工這件事上?！?/span>

不得不轉(zhuǎn)型代工廠？

而Intel面臨的真正的問(wèn)題是，即便進(jìn)入到代工業(yè)務(wù)之中，自己還能不能重新回到第一梯隊(duì)？

對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)，能否取得成功在很大程度上依賴于規(guī)模。更多的銷售意味著有更多的機(jī)會(huì)來(lái)完善你的工藝，而完善你的工藝有助于讓你進(jìn)入下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。而這就是臺(tái)積電的情況。

對(duì)于Intel和美國(guó)來(lái)說(shuō)，擁抱代工模式代表了一個(gè)重大的轉(zhuǎn)變。

歷史上，美國(guó)的公司要么是作為設(shè)計(jì)和制造芯片的IDM公司，要么是作為將生產(chǎn)外包給另一家公司的無(wú)工廠設(shè)計(jì)者。其中一部分原因是計(jì)算機(jī)芯片的大部分利潤(rùn)來(lái)自于設(shè)計(jì)和銷售，而不是制造它們。

加州州立大學(xué)蒙特雷灣分校創(chuàng)新和研究副主任Jennifer Kuan表示，臺(tái)積電作為一個(gè)純粹的晶圓廠的成功「在歷史上幾乎是反常的」。不僅如此，「臺(tái)積電已經(jīng)表明它是一項(xiàng)有利可圖的業(yè)務(wù)，大多數(shù)人都沒(méi)有想到會(huì)是這樣?！?/span>

現(xiàn)在，Intel似乎正大張旗鼓地追逐代工業(yè)務(wù)，到目前為止，Intel經(jīng)有了高通和AWS兩個(gè)客戶。

負(fù)責(zé)代工戰(zhàn)略和規(guī)劃的副總裁Klaus Schuegraf說(shuō)，還有100家公司表示了興趣。「這是一個(gè)很長(zhǎng)的訂單，他們來(lái)自各行各業(yè)?！?就目前而言，Intel似乎專注于高性能市場(chǎng)。「我們看到未來(lái)5年、10年的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)主要來(lái)自于前沿領(lǐng)域?！?/span>

不過(guò)，代工市場(chǎng)的真正挑戰(zhàn)不是爭(zhēng)取客戶，甚至不是開(kāi)發(fā)更好的技術(shù)，而是確保每個(gè)客戶的需求得到滿足。

喬治城大學(xué)的研究員Hunt說(shuō)，臺(tái)積電與眾不同的一點(diǎn)是它「有能力滿足廣泛的客戶需求」，特別是芯片設(shè)計(jì)公司的需求。而這一點(diǎn)Intel就沒(méi)什么經(jīng)驗(yàn)了。

而且，作為一個(gè)純粹的代工廠，臺(tái)積電的客戶不必?fù)?dān)心他們獨(dú)特的設(shè)計(jì)元素會(huì)以某種方式泄漏到制造商自己的芯片上。

「當(dāng)你與臺(tái)積電交談時(shí)，其中一個(gè)基本原則是客戶的信任，」斯坦福大學(xué)教授H.-S. Philip Wong說(shuō)，他曾經(jīng)在2018-2020年期間領(lǐng)導(dǎo)臺(tái)積電的研發(fā)工作。「這對(duì)他們來(lái)說(shuō)和制造能力一樣重要。」

在2013年的時(shí)候，Intel曾經(jīng)試圖建立自己的代工晶圓廠，然而五年之后還是宣告失敗了。

不過(guò)似乎與上次不同，新的Intel代工服務(wù)是一個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)部門，直接向Gelsinger報(bào)告，而客戶也不用再擔(dān)心他們的「秘方」會(huì)出現(xiàn)在其他芯片中。

今年早些時(shí)候，有傳言說(shuō)Intel正在與GlobalFoundries進(jìn)行談判，但到目前為止還沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)進(jìn)展。Maire說(shuō)：「Intel之前的代工嘗試的主要失敗在于沒(méi)有以客戶為中心，也沒(méi)有專注于為大量不同的客戶制造這種大量的零件，而GlobalFoundries已經(jīng)做到了這一點(diǎn)?！?/span>

Schuegraf承認(rèn)，適應(yīng)廣泛的客戶要求可能對(duì)Intel來(lái)說(shuō)會(huì)是一個(gè)考驗(yàn)，因?yàn)镮ntel在歷史上依賴于內(nèi)部設(shè)計(jì)師和制造部門之間的緊密合作。

不過(guò)，至少Intel認(rèn)為，自己是可以克服這些挑戰(zhàn)的。

參考資料：

https://arstechnica.com/tech-policy/2021/10/intel-slipped-and-its-future-now-depends-on-making-everyone-elses-chips/

特別鳴謝「財(cái)經(jīng)無(wú)忌」，本文在多處進(jìn)行了引用：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/165658828

牙膏廠變天！英特爾10nm落后，7nm難產(chǎn)，「藍(lán)色巨人」要靠「代工」謀生？

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牙膏廠變天！英特爾10nm落后，7nm難產(chǎn)，「藍(lán)色巨人」要靠「代工」謀生？