Intel foundry能否實現(xiàn)趕超？

Intel正在努力奪回半導體工藝技術的領先地位。它正在取得一些進展，但挑戰(zhàn)也層出不窮。

Intel正在foundry上努力追趕與TSMC和Samsung的差距。

Intel在愛爾蘭Leixlip的Fab34工廠已啟動，并開始量產(chǎn)4nm芯片。另外，有人猜測TSMC可能會將其在臺灣的2nm工藝推遲到2026年。

自2021年2月Pat Gelsinger重返Intel以來，他在技術實現(xiàn)和財務業(yè)績方面一直許愿不斷，卻無法達成目標。如果Gelsinger不盡快取得實際進展，而Intel又持續(xù)在銷售額上不濟，那么整個Intel項目就可能開始瓦解。

在Gelsinger回歸之前，人們已經(jīng)清楚地看到，自從Andrew Grove擔任CEO以來，Intel以往對工程技術的不懈關注已經(jīng)松懈，而這一直是Intel在計算機處理器業(yè)務領域占據(jù)優(yōu)勢地位的基石。

然而，Intel先后多次推遲推出基于14nm和10nm FinFET工藝節(jié)點的產(chǎn)品，導致其在foundry技術上落后于TSMC和Samsung。這也意味著x86的fabless競爭對手AMD可以通過使用TSMC的foundry，以工藝制程優(yōu)勢向市場推出處理器。結(jié)果，如今AMD的市值超過了Intel。

與此同時，隨著Intel收購采用TSMC服務的fabless初創(chuàng)公司，Intel發(fā)現(xiàn)自己正逐漸淪為fab-lite。

肩負使命的CEO??

Gelsinger回來了。他曾在Intel擔任CTO，后被任命為CEO。從他到任的那一刻起，他就清楚自己的使命是重振Intel的foundry。他提出了Intel Foundry戰(zhàn)略。但是，Intel要想重新獲得世界一流的制造能力，就需要一個積極的技術發(fā)展計劃。

2020年8月，Intel聘用的愛爾蘭工程師Ann Kelleher被提升為技術開發(fā)管理者。她的任務是在四年內(nèi)推出五個節(jié)點。這是前所未有的研發(fā)速度，但這也是Intel追趕對手必要的。

上周，Gelsinger和Kelleher都在Leixlip參加了Fab34的開工儀式，并象征性地將“Intel 4”工藝移交給運營部門。位于愛爾蘭Leixlip的Fab34是Intel的Intel 4制造工藝卓越中心。

“Intel 4”是過去的7nm工藝，但由于Intel認為它在能力上更接近其競爭對手的4nm工藝，因此更名為“Intel 4”。Intel 3之后是“Intel 20A”和“Intel 18A”，其中“A”指的是測量單位“angstrom”，即納米的十分之一。

根據(jù)Kelleher的說法，這意味著5個節(jié)點中的2個已經(jīng)成功交接。她在開幕式上說：“Intel 4已經(jīng)完成：tick”。Intel 3即將問世。它做得非常好。Intel 20A和Intel 18A也進展順利?！?/p>

當然，TSMC和Samsung已經(jīng)開始了3nm的生產(chǎn)，TSMC在新竹、臺中和高雄建設2nm晶圓廠的計劃也在緊鑼密鼓地進行。

2nm工藝推遲??

然而，臺灣有報道稱，TSMC的2nm制程的主要工廠新竹寶山工廠的建設正在放緩。新竹寶山工廠原本預計在2024下半年開始所謂的2nm芯片風險生產(chǎn)，并在2025年開始量產(chǎn)。報道稱，由于半導體行業(yè)對前沿工藝的需求疲軟，以及主要客戶的意圖不明，TSMC正將2nm工藝的量產(chǎn)時間推遲到2026年。

與此同時，Intel聲稱其下一個節(jié)點“Intel 3”將于今年“準備就緒”，這實際上意味著2024年上半年就能實現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)說，Intel 20A“有望”在2024年投入生產(chǎn)，而18A也將在同年引入。

那么，這是否意味著Intel可以一舉趕上并超越TSMC和Samsung呢？也不盡然。

GAA??

比起2nm工藝，更重要的是可能是GAA（gate-all-round）技術的引入。這是自2011年推出FinFET以來芯片架構的首次重大變革。

而Samsung已在其3nm工藝上采用了GAA技術，該工藝在2022年中期推出。據(jù)報道，Samsung foundry早期的3GAE良率為10%-20%，且改善緩慢。2023年初，又有消息稱良率“完美”，但沒有明確說具體數(shù)據(jù)是多少。

TSMC將在2nm工藝上采用GAA工藝，有消息稱，該工藝可能要到2026年才會量產(chǎn)，而Intel聲稱其GAA工藝（稱為RibbonFET）將在2024年上半年做好生產(chǎn)準備。Intel的設計有四個堆疊的納米片（nanosheet），每個納米片周圍都有一個柵極。Intel聲稱，這種設計可以實現(xiàn)更快的晶體管開關，同時使用與多個鰭片相同的驅(qū)動電流，但面積更小。

20A還將引入背面配電技術。TSMC計劃到2026年才會采用這種技術。將晶體管的功率傳輸與晶體管之間的信號傳輸分離，據(jù)稱這會產(chǎn)生許多好處。它能使晶體管陣列更密集，信號路徑更短，工作頻率更高，而且由于互連電阻和電容更低，功耗更低。

但這種重大變化也會帶來了問題和延誤。正如Future Horizons的Malcolm Penn最近斷言的那樣：誰能率先完善GAA的引入，誰就將“在未來十年內(nèi)擁有芯片制造”。

正如我們所見，Samsung、TSMC和Intel都有機會在2nm GAA節(jié)點上取得領先。而TSMC推遲推出2nm工藝的決定可能會是Intel的一個機會窗口。

制造正確的芯片???

不過，還有一件事需要考慮。

能夠在2nm工藝下制造數(shù)十億晶體管集成電路是一回事，生產(chǎn)什么又是另一回事。在傳統(tǒng)計算市場上，Intel一直受到來自AMD x86處理器和Arm架構處理器的競爭。Intel很早就與Apple Mac失之交臂，而Arm又在服務器中獲得越來越多的關注。

數(shù)據(jù)中心市場正在轉(zhuǎn)向Nvidia GPU和定制化的加速器ASIC的組合，所需的x86通用處理器在相應減少。而這些領先的ASIC目前正由TSMC和Samsung代工。

Intel試圖通過收購Tower Semiconductor在foundry市場站穩(wěn)腳跟，最終卻因監(jiān)管審核的問題未能成形。

Ann Kelleher可能是工程界的英雄，她需要在四年內(nèi)完成推出五個節(jié)點的壯舉，但這并不足以讓Intel起死回生。Intel不僅需要成為領先的foundry，還需要重新學習如何設計和制造客戶所真正需要的領先半導體技術。TSMC之所以延遲是出于客戶實際需求情況。而這些客戶恰恰是Intel沒有的。