2025年Intel真有機會重回王座嗎?

作者 : 黃燁鋒,EE Times China

自Intel默秒全時代結束之後,PC、資料中心CPU市場的競爭格局正發生變化。該公司十多年的技術霸權,在短短2年間就不見了…

自英特爾(Intel)默秒全(編按:指Intel Core i3處理器預設頻率秒殺AMD品牌下所有處理器產品)時代結束之後,PC、資料中心CPU市場的競爭格局正發生變化。很多人將其歸因於Intel製程從原先的稱霸全場,到如今儼然落後於台積電(TSMC)和三星(Samsung)。無論這個說法對不對,似乎從Intel被AMD蠶食市場,到蘋果(Apple) Mac棄用Intel處理器,以及10nm和7nm製程難產,逐漸跟不上台積電的腳步開始,就出現了這樣的說法。

Intel十多年的技術霸權,在短短2年間就不見了。雖說像Intel這種大公司,業務範圍、營收量級並非AMD這類企業可比;而且在市場大趨勢下,其營收表現也遠遠談不上岌岌可危;但前年在談到Intel的時候,筆者就提到其狀態是「struggling」;即便今年的第12代Core,以及Sapphire Rapids、Ponte Vecchio為Intel討回了不少顏面。

IDM 2.0計畫誕生,Pat Gelsinger接任CEO,並表示要帶Intel重回技術領導者地位。這條路一點都不好走,尖端製程的難度和成本投入都在加大,要追趕絕非一朝一夕可成。去年7月,Intel Accelerated活動宣佈製程改名,以及後續包括Intel 4、Intel 3、Intel 20A、Intel 18A在內的製程節點邁進計畫,可說此計畫表對Intel而言是巨大考驗,尤其要求Intel嚴格按照其中的時間規劃推進製程節點,本身就潛藏相當大的挑戰。

上個月Intel召開投資者會議,再度展望了未來計畫,也談到了如何奪回技術制霸地位的問題。這對理解Intel這家公司,以及尖端半導體製造製程未來的發展很有價值。

一份激進的計畫表

先來看看大部分人關心的製程問題。雖然去年的Accelerated活動已經談到了不少的未來規劃,也提到了2024年追上競爭對手,2025年重回領導者地位;但Intel這次又把時間提前了。其中Intel 18A (A是指埃,angstrom,1奈米= 10埃)原計劃於2025年問世,但這次Intel宣佈將其提前到了2024年下半年(應該是指量產,或準備好量產)。

而且Intel還表示當前已經給一家客戶提供了18A的測試晶片,並預計在今年會有2次18A製程的流片,明年上半年會有4顆測試晶片。這表示18A的規劃真的很早,Intel是鐵了心要在18A重回昔日領導者地位。投資者會議上,Gelsinger還展示了一張據說是18A SRAM測試晶圓。

 

 

如此一來,Intel的製程節點更新計畫表就顯得更激進了,4年要推進5個主要製程節點,雖然這其中還是有製程上的小改款。以下回顧接下來一段時間內Intel的製程推進計畫:

  • Intel 7:原10nm Enhanced SuperFin製程,去年到今年已經大規模量產。Intel 7比10nm SuperFin有10%的每瓦性能提升。
  • Intel 4:原7nm製程。很久以前Intel對於這代製程的預期是達成2倍的電晶體密度提升,但現在似乎不再提,可能是路線有變。Intel表示,Intel 4相比於Intel 7有20%的每瓦性能提升,也是Intel首個採用EUV微影技術的製程;今年下半年量產(或準備好量產)。
  • Intel 3:從Intel的規劃來看,Intel 3屬於Intel 4的同代演進,也就是半代改款製程;預計會有密度更高的庫,最佳化過的金屬堆疊、更低的VIA電阻、應用更多的EUV微影層;實現18%的每瓦性能提升;計畫量產(或準備好量產)時間為2023年下半年。
  • Intel 20A:Intel首個採用GAAFET電晶體結構的製程,Intel將這種電晶體稱作RibbonFET;另外會有一種名為PowerVia的Backside Power Delivery技術隨之而來。20A預計實現15%的每瓦性能提升,量產(或準備好量產)時間設定在2024年上半年。
  • Intel 18A:與20A相比18A又算是個半代製程,實現大約10%的每瓦性能提升,預計2024年下半年量產(或準備好量產)。從這個時間來看,Intel 18A量產的時間將早於台積電和三星的2nm製程。

 

 

這張計畫表進度之快,基於現在的產業現狀,似乎是很難想像。畢竟在此之前的14nm和10nm已浪費Intel多少年的時間,尤其10nm走向成熟真可謂一路跌跌撞撞,坎坷不斷。

值得一提的是,要奪回領導者地位的18A製程節點,Intel很早之前就強調會率先用上ASML的高數值孔徑(High-NA) EUV微影機台,0.33NA。不過從Scotten Jones的消息來看,這台微影機固然能夠提供一定的競爭優勢,但台積電預計也能很快拿到(在Intel拿到的1個月之後),那麼Intel在工具方面的優勢或許就沒那麼顯著了。

 

 

製程模組化方案來得及嗎?

在如何快速實現製程推進的問題上,Intel在投資者會議上也提供了一些資訊。除了人才回流及與供應商打好關係之外,Intel導入一種「模組化設計架構」,並稱之為Tick-Tock。這個Tick-Tock和早年Intel處理器的滴答更新計畫不一樣。

在此,主要的電晶體pitch scaling稱為tick節點,而tock則是指基於此的最佳化和更新。Intel 4、Intel 20A都屬於tick更新;而Intel 3和Intel 18A就是tock節點。

 

 

為了確保製程升級不受制於某些瓶頸,Intel對開發製程流程做了簡化,而且對創新、執行和可預測的一些變數做了反覆考量。也就是要讓製程開發的不同組成部分,實現更大程度的解耦或者獨立,讓某一部分的進度不至於影響到整個製程的更新。比如說訊號、供電、電晶體這幾個部分就可以由不同的團隊去做,實現製程的「模組化」。

舉個例子,PowerVia——也就是backside power delivery網路。簡單來說,現有絕大部分方案是把供電和訊號層放在同一個互連堆疊中,而PowerVia是將所有的供電部分放到了電晶體的後方,不僅可以讓訊號互連更密集,訊號傳輸效率、延遲表現也有了提升,供電互連的電阻也降低了,實現了性能、功耗、面積的最佳化。

 

 

Intel 3製程節點有個客製版本,可用於測試製程流程,包括電晶體層、訊號互連,以及打線到載體晶圓(carrier wafer),並翻轉晶圓後,再去後方建構供電網路。那麼這個測試流程就能完全獨立於RibbonFET電晶體之外去進行;兩者的開發進度受到彼此的影響更小。

這類風險比較大的製程流程,也就會相對更少地影響到整個製程節點的更新。還有像20A、18A的開發就有不同的團隊在執行,應當都屬於加速製程更新的組成部分。

另外,Intel的IDM 2.0計畫中提到更積極地對外提供晶圓代工服務。在投資者會議上,Intel提到對外只提供tock節點,而tick節點是完全對內,確保晶片設計客戶拿到的是成熟版的製程。這其實某種程度上消除了客戶所需承受的製程風險;也讓最尖端的技術始終掌握在了自己手裡。

傳說中的代工業務如何?

作為IDM 2.0計畫的重要組成部分,Intel先前就宣佈晶圓代工廠會更積極地接外部訂單(也就是所謂的IFS服務)。這部分Intel談到了如何充分利用舊製程的製造設備,實現更高效的資源轉化和重複使用,以及儘早實現較高的產能輸出和工廠利用率。Intel表示,自己在這些領域都是有經驗和優勢的。

 

 

這對Intel的價值很重要的一點,在於讓現有資產的使用壽命更久,這對於提升Intel的毛利率有價值。2001前後,Intel和台積電都開始上線130nm製程,到現在為止,台積電也還在運作130nm、90nm、65nm、40nm製程產線,但Intel就全線轉向32nm和更新的製程節點。而更大程度給外部晶片設計企業提供晶圓代工服務,也就實現了資產更高、更長時間的複用,如上圖所示。

針對晶圓代工服務的開展,Intel也強調了會建更多的Fab廠;建廠資金部分來源於現有業務、借貸、政府補助和客戶的預付款;在建廠資金問題上有可能會和Brookfield Asset Management資產管理公司合作。

 

 

在晶圓代工計畫方面,2022年Intel可能更多將投資集中在技術開發上;今明兩年是大範圍地把廠(所謂的fab shell)蓋起來,雖然可能在真正需要擴充產能的時候才會全面啟用;這兩年當然同時也會購置生產工具和設備,但2025、2026年會是工具資金投入上的主要年份。

Intel長期計畫在CapEx資產成本投入大約是25%,其中2022、2023年會有35%,這在Intel歷史上應該都是前所未見的。

 

 

上面最左側的圖展示的是建一個Fab廠各個部分的時間和資金投入。先是把fab shell蓋起來——這在整體成本中是佔比相對較少的組成部分,但所需時間跨度比較久;然後往工廠裡填充設備(equipment)。這套方案其實在台積電就已經有了較長時間的實踐。

另外,CapEx投入會部分由政府補貼、客戶預付款之類的組成部分抵消。不過Intel強調如果這部分資金抵消有更多盈餘,則Intel還會持續做進一步的CapEx投資。

而對Tower的收購(以及先前傳言說Intel考慮收購GlobalFoundries)事實上都能為其晶圓代工業務提供不少助力。比如近期對Tower的收購就很好地填補了尖端製程之外的製程節點技術;與此同時,在PDK方面,Intel一直以來以IDM為主的營運模式,致其製程流程都是為其內部需要所設——Tower這方面的能力就能彌補Intel晶圓代工服務先天的不足;而且Tower本身涉足的領域涵蓋RF CMOS、鍺化矽功率IC、CMOS影像感測器、SOI等…

在收購Tower之後,Intel說現在全球只有兩家晶圓代工廠橫跨了微米級節點到<10nm製程節點。其一自然就是台積電;Intel顯然是將台積電作為自家晶圓代工服務的直接競爭對象了。據說去年Intel在晶圓代工服務上的營收達到8億美元,不知道這筆收益的具體構成情況如何。Intel晶圓代工服務現有的大客戶至少包括了思科(Cisco Silicon One)、亞馬遜(Amazon)、高通(Qualcomm)、美國政府機構等。

時代在變,文化在變

上個月SemiAnalysis的分析文章提及Intel的企業文化轉變,其中談到了很有意思的一點:2010年代中期,Intel的半導體製造製程仍然領先其他競爭對手好幾年。當時的Intel是相當不可一世的,對上游設備供應商都是愛理不理的態度。

眾所周知,10nm製程的一大特色在於導入了鈷材料。當時美國應用材料(Applied Materials)曾告誡Intel,具體的製程尚未完全準備就緒,Intel完全沒有理會。當然不能說後來10nm製程的難產一定與鈷材料的應用有關,但當年的Intel真是有著學霸的架勢。

不過現在的Intel情況就很不一樣了。現在Intel會去主動強調和上游企業之間的合作,例如Intel對外發聲很積極地提到與ASML之間的合作,ASML幫助Intel共同解決EUV微影製程的量產問題,還有反覆提及的Intel成為第一個獲得High-NA EUV微影機的企業。

Intel說:「我們不僅採用來自設備領域的專業知識,還有EDA領域,而且正轉向產業標準設計工具和PDK……這是個全新的Intel,比以前都更加開放、積極和主動。」

另一方面,近一年涉及Intel的人才回流報導相當普遍。近1年時間裡,Intel擴招超過17,000人,企業內部的變化確實在發生中。

以Intel的PC業務為縮影做觀察,在這一市場上,今年Intel應該會比前兩年好過不少,因為第12代Core Alder Lake處理器總算在性能表現上搶回些風頭。可說去年和前年Intel是被AMD和蘋果先後戲謔,只不過2025年之前,PC處理器市場恐怕會表現為不同參與者的差拍競爭,彼此各有看點,短時間內很難再有Intel「默秒全」的局面出現。

在這次投資者會議上,Intel就PC處理器產品已經展望到了第16代Core (Lunar Lake,Intel 18A),給人以非常美好的展望和嚮往;被很多人形容「曾經的學霸終於發憤圖強」。筆者認為Intel公佈的路線圖更多的是給投資者以信心,規劃真的不可謂不激進。

未來幾年內的市場對Intel而言還有很大的不確定性和機會,比如說Intel準備大規模上市的GPU產品——無論是針對消費用戶,還是資料中心,這對Intel而言是全新的領域(而且還涉及到與台積電之間的合作);究竟好不好也待市場檢驗。在伺服器CPU的市場競爭中,Intel在堆核大戰裡相較AMD暫時還處在弱勢。Intel在networking領域新開闢的IPU戰場又充滿機會…

Intel為自身和市場發展傳達了很積極的訊號:2025年重回王座的基礎,就是嚴格依照這份計畫表執行。這對Intel而言是有機會、卻也充滿挑戰的一條路。

本文原刊登於EE Times China網站

 

 

 

 

 

加入我們官方帳號LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論