7nm工藝“卡殼”，英特爾“尚能飯否”？

超出預(yù)期的營收往往能增強(qiáng)資本市場的信心，帶動(dòng)股價(jià)市值的雙重增長，可剛剛公布第二季度財(cái)報(bào)的英特爾卻成了一個(gè)例外。明明手握營收同比增長19.53%、凈利潤同比增長22.16%的好成績，股價(jià)卻不升反降，在財(cái)報(bào)公布當(dāng)天重挫16%。

這一反?，F(xiàn)象的原因，是英特爾在制程工藝上的再度“卡殼”。英特爾CEO Bob Swan在投資者電話會(huì)議中透露，其7nm技術(shù)進(jìn)度已經(jīng)落后內(nèi)部計(jì)劃一年，面向消費(fèi)市場的7nm CPU將推遲到2022年末或者2023年初上市。

Swan同時(shí)表示，在制程研發(fā)上將更加務(wù)實(shí)，考慮使用自家代工，第三方代工廠代工，或者兩者皆有的方式來生產(chǎn)芯片。作為公眾視野中最為活躍的IDM，英特爾考慮使用第三方代工的消息也“一石驚起千層浪”。英特爾制程“卡殼”可能是哪些因素造成的？英特爾會(huì)失去在代工和計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢地位嗎？

技術(shù)指標(biāo)過于激進(jìn)

越來越小的數(shù)字，是代工廠商制程迭代最直觀的變化。雖然英特爾、三星、臺(tái)積電都以“14，10，7”等數(shù)字來命名制程節(jié)點(diǎn)，可相應(yīng)數(shù)字對應(yīng)的指標(biāo)卻大不相同。

業(yè)界知名專家莫大康向《中國電子報(bào)》記者指出，英特爾從10nm開始制程進(jìn)展緩慢，可能與其制程縮小過快以及采用鈷材料有關(guān)。

所謂制程縮小過快，是指英特爾對晶體管密度的提升力度相對激進(jìn)。按照摩爾定律，IC上可容納的晶體管數(shù)目約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍?？赡壳皝砜?，最貼近每一代工藝提升一倍晶體管密度的廠商，是英特爾。其10nm晶體管密度是14nm的2.7倍。根據(jù)韓國媒體曝光的英特爾2019年投資者會(huì)議資料，英特爾7nm晶體管設(shè)計(jì)密度較10nm翻了一番。而臺(tái)積電、三星并沒有死守摩爾定律。根據(jù)市調(diào)公司IC Knowledge公布的數(shù)據(jù)測算，臺(tái)積電10nm晶體管密度是14nm的1.8倍，7nm（N7FF）的晶體管密度是10nm的1.8倍。三星10nm晶體管密度是14nm的1.6倍，7nm晶體管密度（7LPE）是10nm的1.8倍。

因此，雖然臺(tái)積電、三星已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了7nm的量產(chǎn)，但兩家廠商的7nm晶體管密度略低于英特爾的10nm工藝。這也意味著，英特爾的7nm比臺(tái)積電和三星的7nm更難實(shí)現(xiàn)。

為了推動(dòng)摩爾定律在10nm以下繼續(xù)發(fā)展，英特爾將目光轉(zhuǎn)向了材料。在10 納米以下制程，以“銅”作為導(dǎo)線材料開始暴露導(dǎo)電速率不足等缺點(diǎn)，而鈷的填滿能力、抗阻力、可靠度正好能突破銅材料的瓶頸。資料顯示，英特爾將在 10 納米工藝節(jié)點(diǎn)的部分互連層上導(dǎo)入鈷材料。

曾經(jīng)，三星為了率先在7nm節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入EUV技術(shù)，導(dǎo)致量產(chǎn)時(shí)間落后于臺(tái)積電。如果說EUV的導(dǎo)入是“hard”模式，那材料的轉(zhuǎn)變就是“hell”模式。不僅難以突破，還需要材料、設(shè)備、制造廠商的共同轉(zhuǎn)變，可謂難上加難。

“如今英特爾正處于將連線金屬材料由銅轉(zhuǎn)向鈷的階段,遇到困難也很正常,因?yàn)椴牧献兏锟偸呛茈y的，責(zé)任也與設(shè)備供應(yīng)商有關(guān)。”莫大康表示。

但是，作為首個(gè)在代工業(yè)務(wù)中采用HKMG和FinFet的廠商，英特爾對于半導(dǎo)體制程的貢獻(xiàn)有目共睹。如果英特爾率先在鈷材料取得突破，加上每一代產(chǎn)品都在晶體管密度、鰭片間距、柵極間距有著更優(yōu)的指標(biāo)，依然存在反敗為勝的機(jī)會(huì)。只是，距離銅取代鋁作為導(dǎo)線材料已經(jīng)二十多年，英特爾何時(shí)能啃下這塊“硬骨頭”，還難以預(yù)料。

IDM模式有利有弊

半導(dǎo)體制造主要有兩個(gè)模式，一是純做代工的Foundry（晶圓廠），二是自有設(shè)計(jì)、代工、封測的IDM。臺(tái)積電是當(dāng)前市占率最高的Foundry，而英特爾作為2019年?duì)I收最高的半導(dǎo)體廠商，也是當(dāng)之無愧的IDM代表。

但是，10nm的反復(fù)拖延與7nm的再度延遲，也引發(fā)了業(yè)界對于Foundry和IDM模式的探討，有觀點(diǎn)認(rèn)為，IDM已經(jīng)跌下神壇，不再適合精尖制程的發(fā)展模式。

復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長周鵬向《中國電子報(bào)》表示，IDM模式有利有弊。英特爾堅(jiān)持的IDM模式優(yōu)勢在于從芯片設(shè)計(jì)、制造到最終銷售全部自成一體，無需依賴其他半導(dǎo)體企業(yè)，但也存在顯著的劣勢。尤其是對于半導(dǎo)體先進(jìn)工藝制程研發(fā)的高精尖領(lǐng)域，制程節(jié)點(diǎn)的提升推進(jìn)，動(dòng)輒需要幾十億甚至上百億美元的研發(fā)投入，并對回報(bào)周期給予耐心，這與看重財(cái)報(bào)的企業(yè)管理層顯然是矛盾的。這可能是英特爾近年來在制程進(jìn)展緩慢，工藝競爭上略顯疲態(tài)的重要原因。

“相對Foundry，IDM公司將承擔(dān)更高的投資風(fēng)險(xiǎn)，市場風(fēng)向的改變或者芯片產(chǎn)業(yè)流程任何環(huán)節(jié)的延遲都將影響公司整體的資本回流與營收，因此IDM對于公司的規(guī)模、資本運(yùn)營以及管理成本提出了更高的要求?！敝荠i指出。

但是，英特爾的失利，并不意味著IDM模式的失效。周鵬表示，IDM公司具備更加明顯的品牌優(yōu)勢，以英特爾、三星為例，在足夠的運(yùn)營資本和市場規(guī)模條件下，具備率先實(shí)驗(yàn)推行先進(jìn)的FinFET、GAA半導(dǎo)體工藝技術(shù)，將芯片的設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，最大化地完成芯片性能的提升。相較而言，F(xiàn)abless廠商缺少實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)品化的關(guān)鍵步驟，其芯片設(shè)計(jì)離不開Foundry產(chǎn)商的合作參與。

莫大康表示，把英特爾的7納米受阻與IDM模式聯(lián)系起來是不客觀的。

“英特爾開始尋求第三方的代工是個(gè)信號(hào)，表示英特爾工藝受阻，或產(chǎn)能不足。但它的代工僅是部分產(chǎn)品,英特爾自身的產(chǎn)能并沒有停止生產(chǎn)。”莫大康表示，“全球IDM模式仍然興旺,中國半導(dǎo)體許多企業(yè)也開始邁向IDM，這是市場、產(chǎn)品、技術(shù)共同作用的結(jié)果?！?/p>

與AMD的競爭更加焦灼

與英特爾受到資本市場質(zhì)疑的境況相反，AMD在英特爾公布財(cái)報(bào)當(dāng)天，股價(jià)飆漲了16%。2019年，AMD推出采用臺(tái)積電7nm制程的銳龍3000系列CPU及Radeon系列顯卡，而5nm的Zen4系列正在按照計(jì)劃研發(fā)。AMD路線圖顯示，Zen4架構(gòu)的EPYC處理器代號(hào)“Genoa”，預(yù)計(jì)在2022年以前推出。

即便英特爾的10nm能夠和臺(tái)積電的7nm對標(biāo)，一旦AMD率先邁入5nm，依然會(huì)在制程上領(lǐng)先英特爾的處理器產(chǎn)品。周鵬表示，盡管英特爾已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的10nm芯片在邏輯晶體管密度上相當(dāng)于臺(tái)積電與三星的7nm芯片，但前兩者正逐步量產(chǎn)5nm芯片，早前臺(tái)積電更是宣布2nm工藝取得重大技術(shù)進(jìn)展，三星也積極開展3nm制程研發(fā)，反觀英特爾遲滯于7nm制程，同時(shí)因良率問題而不得不延期，讓其在先進(jìn)半導(dǎo)體工藝制程上明顯掉隊(duì)，離臺(tái)積電和三星至少4-5年的距離。

更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)能帶給AMD兩個(gè)利好。一是有利于提升CPU主頻。周鵬表示，CPU主頻受限于工藝參數(shù)與組成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)技術(shù)對應(yīng)的晶體管延時(shí)更低，器件單元的響應(yīng)速度也將更快；二是同樣的晶圓上，工藝制程越小，切出的芯片越多，有利于控制成本。這讓原本就以“性價(jià)比”著稱的AMD在價(jià)格上更具優(yōu)勢。

但是，制程并不是唯一決定CPU性能的因素。周鵬告訴記者，對于CPU主頻，指令集并行流水線設(shè)計(jì)的引入，同樣可以降低電路延時(shí)，提升系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率。其次，系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化使得CPU在單位時(shí)間執(zhí)行的指令數(shù)目更多，數(shù)據(jù)處理性能也得以提升。隨著單核CPU的性能提升逐漸接近瓶頸，多核CPU協(xié)同運(yùn)作的時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生，核心數(shù)量也對CPU性能產(chǎn)生影響。因此，即便Zen4架構(gòu)在2021年推出，AMD的CPU能否超越英特爾的10nm CPU，也要綜合指令集、架構(gòu)、核心數(shù)等多重因素考量。

目前，在服務(wù)器和消費(fèi)市場，AMD可謂高歌猛進(jìn)，在性能和市場份額上有了進(jìn)一步的提升。不過，英特爾也在積極備戰(zhàn)，在7月27日調(diào)整了公司的技術(shù)部門和高管團(tuán)隊(duì)，原硬件負(fù)責(zé)人Murthy Renduchintala將在8月3日離開英特爾，原技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)和客戶端事業(yè)部一拆為五，在制程技術(shù)執(zhí)行中加強(qiáng)專注力和責(zé)任制。未來，是AMD進(jìn)一步突圍英特爾在服務(wù)器市場的軟硬件生態(tài)和C端市場的消費(fèi)慣性，還是背水一戰(zhàn)的英特爾繼續(xù)維持優(yōu)勢，令人拭目以待。唯一可以確定的是，兩者的拉鋸會(huì)刺激CPU設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、成本控制的進(jìn)一步演進(jìn)，為消費(fèi)者帶來利好。