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从摩尔定律到挤牙膏,英特尔终于承认自己落后了

iwangshang / 黄天然 / 2020-03-09

摘要:英特尔这回能“逆袭”吗?

天下网商记者 黄天然

英特尔终于承认自己落后了。

近日,英特尔首席财务官乔治·戴维斯在摩根士丹利TMT会议上对投资者发表讲话时坦言,10nm芯片所带来的利润收益,将不及22nm,更不及14nm。

“10nm不会成为英特尔历史上市场表现最好的工艺节点,它的产量也将低于14nm和22nm,我们预估在2021年年底前迈入7nm时代,并提供更卓越的性能表现。”戴维斯说。

英特尔第一代10nm处理器Ice Lake 图片来源:Intel

2019年5月,英特尔推出了第一代10nm处理器Ice Lake,而这距离其14nm处理器量产已有5年之久。去年7月,AMD推出7nm制程的Zen 2微架构的锐龙三代处理器。至少从名义制程上来看,英特尔已然落后。

AMD锐龙三代和四代处理器均为7nm制程,强势挑战英特尔 图片来源:AMD

目前看来,英特尔要到2021年底运用极紫外光刻(EUV)技术推出下一代7nm芯片时,才能在工艺水准上追平竞争对手。但是到了那个时间节点,台积电和三星可能都已经量产了制程更先进的5nm芯片。

从“领跑者”到“追赶者”,英特尔如今压力山大。

英特尔制程工艺王座不保

2007年起,电脑处理器“行业老大”英特尔就定下“Tick-Tock”战略,严格遵循着两年升级一次处理器芯片架构及制程工艺的计划。这正是英特尔创始人戈登·摩尔提出的“摩尔定律”——每过2年,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量就将增加一倍。

依靠这样的迭代速度,竞争对手跟不上英特尔的脚步纷纷出局,电脑处理器厂商,只剩下AMD在苦苦支撑。而英特尔几乎统治着全球电脑处理器数百亿美元的市场,完全把控着市场产品更新换代的节奏。

英特尔从65nm-22nm的Tick-Tock战略图 图片来源:Intel

2012年4月,英特尔22nm制程的 Ivy Bridge第二代酷睿处理器上市两年半之后,台积电才上马20nm工艺;2014年,英特尔推出全球首块14nm芯片Broadwell之时,AMD由台积电代工的16nm FinFET处理器芯片正陷入“跳票”困境。

然而,在从14nm进入10nm制程节点的路途上,英特尔却遇到了史无前例的大麻烦,两年升级一次芯片架构和制程工艺的进程一再拖延,以至于落下“牙膏厂”的外号。

英特尔原有的计划因10nm芯片进展而被延迟

直到2018年,英特尔才推出了10nm微处理器Cannon Lake,但这款产品并不成熟,仅用在一款中低端笔电中,由于性能不及预期且良率太低,这款10nm处理器最终没有大规模量产。

与此同时,智能手机处理器市场却异军突起。2016年10月,三星宣布量产全球首个10nm SoC芯片,抢先一步攻下10nm系统芯片制程。

2017年,台积电也成功量产10nm芯片。自此,在手机SoC领域,三星Galaxy S8、苹果iPad 2,iPhone 8以及iphone X系列都开始应用10nm制程芯片。

而在电脑处理器领域,“千年老二”AMD在台积电的加持下,也在制程工艺上反超了英特尔,于2019年1月推出了7nm锐龙三代系列处理器。

发布会现场,AMD展示了锐龙三代超越英特尔酷睿i9-9900K的性能跑分,英特尔终于败下阵来。

各厂商芯片量产工艺制程路线图 图片来源:IC Insights

当电脑处理器芯片进入“7nm”时代,甚至向“5nm”冲击时,英特尔才刚刚迈入10nm节点,巨大的工艺优势几乎已被消耗殆尽。也许英特尔自己也没有想到,从14nm到量产10nm芯片的历程竟是如此艰难。

芯片工艺节点进程滞缓,也影响了英特尔的市场表现。据Steam硬件调查报告统计的数据,从2018年9月到2020年2月,英特尔电脑处理器的市场份额呈下跌态势,从83.5%下降到了78.1%。

2018年9月至2020年2月桌面处理器市场份额 图片来源:Steam

AMD正在挑战英特尔的市场控制力,尤其是在Linux系统用户群体中,AMD锐龙系列处理器的使用比例已占到了27.4%。

玩不转的“老大哥”

制程工艺陷入落后,一部分要归咎于英特尔集成化的生产模式。

英特尔创办51年来,一直是一家集成化的元件生产厂(integrated device manufacture,简称IDM),从设计到制造、封装测试全都一手包办。

1968年戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯创立英特尔,办公室位于加利福尼亚山景城的一座写字楼里。图片来源:Intel

这种模式的好处显而易见,一方面可以严格保障芯片设计和制造的专利,留住大部分利润,另一方面可以控制产业链上下游,建立起很高的行业壁垒,把控市场中产品更新速度,通过新品迭代节奏挤兑竞争对手。

然而,随着芯片制程节点逐渐缩小,这种模式近年来有点“玩不转”了。

当制程进入10nm、7nm,芯片工艺不可避免地受到微观物理规律的影响,近乎物理极限的栅极距离有赖于新的工艺,制造成本也加速上涨,动辄上千亿元的流片成本,新一代光刻技术的应用,都让传统IDM模式的厂商难以负担。

AMD设计了锐龙Ryzen处理器之后,由格罗方德和台积电代工制造,而英特尔则受集成思维的限制,坚持认为芯片设计和生产制造应该处于永远同步的状态。

为保持较高良率和市场利润,综合考虑投入收益比,英特尔认为最佳的策略是坚持在原有模式上改进,而非投入风险较高的新制程处理器研发。后续推出的14nm+的Kaby Lake、14nm++的Coffee Lake都是基于最初14nm Sky Lake版本架构上的更新,而没有重构级别的制程迭代。

而智能手机处理器的爆发也让英特尔始料不及。智能手机处理器与桌面电脑处理器架构不同,但功耗更低、且性能提升的空间巨大,对于先进制程工艺的要求也更高。

受手机市场激烈竞争驱动,苹果、三星、华为等厂商是以每年一代的速度更新迭代,这也让台积电等晶圆代工厂迅速崛起,进一步推动了芯片工艺制程的突飞猛进。台积电目前已经可以提供5nm晶圆代工服务,目前将试产苹果A14处理器,良率已突破八成。

2019年10月,由于各大智能手机厂商对7nm制程芯片代工需求激增,台积电市值一路高涨,以300亿美元超过英特尔,位列全球半导体行业第一位。

台积电与英特尔的芯片战 图片来源:经济学人

英特尔也试图涉足智能手机处理器领域,但耗资上百亿美元也未成功,只能在巨亏中忍痛退出,基带芯片业务也全部被苹果收购。

如何找回昔日的荣光

在此次摩根士丹利TMT会议上,英特尔首席财务官戴维斯也表示英特尔将“迎头赶上”,新一代改良的10nm+制程工艺的Tiger Lake处理器将会在今年底推出,同时会加快7nm和5nm产品的研发进程,重夺制程工艺的领导地位。

今年CES上英特尔展出电路板上的芯片Tiger Lake 图片来源:AnandTech

从英特尔公布的制程工艺路线图来看,下一个十年将告别“挤牙膏”:

2021年,英特尔计划应用极紫外光刻技术EUV进入7nm制程时代;

2023到2029,每两年都将让光刻技术实现一次升级,完成7nm+、7nm++、5nm、3nm、2nm的研发;

2029年,建立1.4nm制程的处理器芯片。

不同制程的芯片叠加在一起同时研发,意味着资金和人力都将倍增,而英特尔已经做好为此投入的准备。

英特尔发布的芯片研发路线图 图片来源:Intel、AnandTech

而据国外科技媒体TechRadar消息,英特尔正在也正在寻求模式转变。2021年,英特尔准备将6nm芯片制造外包给台积电生产,2022年进一步使用台积电代工的3nm芯片,目前正在对其进行测试。分析人士预测,首款外包给台积电的芯片将是Intel Xe DG2图像处理器(GPU),台积电在代工GPU方面已有经验。

这一消息,并没有得到英特尔和台积电的官方证实,因此英特尔最终是选择台积电的代工,还是自己研发生产还将未能下定论。但对于英特尔而言,外包生产无疑是超越AMD等竞争对手最经济、最快速的手段,是万般无奈之下的最终选择。

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