2024真的會(huì)是英特爾奪回半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)先地位的一年嗎？

英特爾宣布計(jì)劃在2024年或2025年追趕并超過當(dāng)前公認(rèn)的半導(dǎo)體工藝領(lǐng)導(dǎo)者TSMC。這絕對(duì)是一個(gè)艱巨的目標(biāo)，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/英特爾">英特爾在推出其10納米SuperFin（現(xiàn)在稱為Intel 7）和7納米（現(xiàn)在稱為Intel 4）工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)推遲了計(jì)劃進(jìn)度。首先，我們將關(guān)注計(jì)劃中的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)以及它們將何時(shí)出現(xiàn)。然后我們將關(guān)注地點(diǎn)：英特爾正在投資新的晶圓廠和晶圓廠升級(jí)的地點(diǎn)。接下來，我們將討論誰，因?yàn)橛⑻貭栃剂艘恍┯腥さ木A廠合作伙伴。最后，我們將關(guān)注為什么。為了預(yù)示結(jié)論：英特爾將工藝節(jié)點(diǎn)領(lǐng)導(dǎo)地位視為其業(yè)務(wù)的生死攸關(guān)的方面。

英特爾打賭其10納米SuperFin節(jié)點(diǎn)不需要EUV光刻。這是一場保守的賭博，但并沒有取得成功。該10納米節(jié)點(diǎn)的推出被推遲，英特爾在摩爾定律曲線上失去了競爭優(yōu)勢。作為額外的后果，由于英特爾的工藝工程師需要學(xué)習(xí)EUV，因此進(jìn)入7納米節(jié)點(diǎn)時(shí)也推遲了。這兩個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在分別稱為Intel 7和Intel 4，已經(jīng)投入生產(chǎn)。

在Pat Gelsinger于2021年初接任英特爾首席執(zhí)行官不久之后，他宣布了截至2025年的工藝節(jié)點(diǎn)計(jì)劃。這些計(jì)劃要求在四年內(nèi)穿越五個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，包括新命名的Intel 7和Intel 4節(jié)點(diǎn)。英特爾于2023年中宣布，Intel 3工藝節(jié)點(diǎn)，公司的最終FinFET工藝節(jié)點(diǎn)，已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)量和性能目標(biāo)，并將準(zhǔn)備好在2024年量產(chǎn)Granite Rapids和Sierra Forest CPU。

下一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)是Intel 20A（“A”表示埃米），引入了公司工藝技術(shù)的兩個(gè)主要變化。首先，F(xiàn)inFET被淘汰，RibbonFET取而代之。 RibbonFET是英特爾對(duì)環(huán)繞FET通道以改進(jìn)對(duì)通道電流控制的門的門體所有區(qū)域（GAA）FET的稱呼，從而提高性能。許多公司都在開發(fā)GAA FET工藝。在2023年中，三星宣布已經(jīng)開始制造其基于該公司的Multi-Bridge-Channel FET（MBCFET）的3納米工藝技術(shù)。這是三星版本的GAA FET。

Intel 20A還將PowerVia，英特爾的背面電源技術(shù)，引入到制造工藝節(jié)點(diǎn)。 PowerVia技術(shù)將許多新的工藝步驟引入IC制造中，因?yàn)樗鼘⒄麄€(gè)電源傳遞系統(tǒng)從芯片頂部移動(dòng)到芯片的背面，這是自1959年Fairchild Semiconductor的Jean Hoerni為IC制造專利制定平面工藝以來的情況。將電源從芯片的背面?zhèn)鬟f到芯片正面上的晶體管需要通過薄化的硅晶片鉆孔，然后填充這些孔以通過從背面電源傳遞系統(tǒng)到晶體管的金屬連接。

背面供電有很多優(yōu)勢，但其中兩個(gè)最重要的優(yōu)勢是增加用于將電源傳遞到芯片晶體管的金屬，從而減少芯片上電源供應(yīng)的下降和噪聲，并且將電源分布布線從芯片的正面移除，從而釋放芯片頂部金屬層的空間，從而使信號(hào)路由變得不受限制。

RibbonFET和PowerVia技術(shù)都存在風(fēng)險(xiǎn)。通常，工藝開發(fā)團(tuán)隊(duì)每次只會(huì)引入一個(gè)重大變化。然而，Gelsinger很不耐煩，他正在推動(dòng)這個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的迅速推進(jìn)，因此這兩種技術(shù)將同時(shí)出現(xiàn)在Intel 20A工藝中。為了緩解一些風(fēng)險(xiǎn)，英特爾工藝工程師創(chuàng)建了一個(gè)僅供內(nèi)部使用的工藝節(jié)點(diǎn)，將PowerVia背面電源傳遞系統(tǒng)添加到Intel 4工藝節(jié)點(diǎn)中。在2023年中，英特爾報(bào)告稱，這一改變單獨(dú)帶來了6%的性能提升。英特爾聲稱，Intel 20A工藝將在今年上半年準(zhǔn)備好投產(chǎn)。在2023年底，首席執(zhí)行官Gelsinger宣布，后續(xù)工藝節(jié)點(diǎn)Intel 18A將在2024年底之前投產(chǎn)。 TSMC表示，其相當(dāng)?shù)墓に嚬?jié)點(diǎn)N2將在2025年下半年投產(chǎn)，因此看起來英特爾可能確實(shí)在今年年底之前處于領(lǐng)先地位，前提是一切按計(jì)劃進(jìn)行。

開發(fā)新的工藝節(jié)點(diǎn)是一回事。在生產(chǎn)規(guī)模上使用新工藝節(jié)點(diǎn)制造芯片則完全是另一回事，因此英特爾還啟動(dòng)了大規(guī)模的資本密集型項(xiàng)目，對(duì)其現(xiàn)有晶圓廠進(jìn)行升級(jí)，并建設(shè)全新的晶圓廠。這個(gè)建設(shè)熱潮需要英特爾的財(cái)政和相關(guān)政府投入數(shù)百億美元。英特爾升級(jí)了愛爾蘭Leixlip的一家制造晶圓廠，并最近在該地點(diǎn)啟動(dòng)了Intel 4工藝。英特爾正在亞利桑那州錢德勒建造兩家新晶圓廠，以運(yùn)行Intel 20A工藝。該公司在俄亥俄州利金縣建立了一個(gè)新的制造工地，并正在建設(shè)一個(gè)Intel 18A工藝的晶圓廠。英特爾還最近宣布計(jì)劃在德國Magdeburg建造一家新的晶圓廠，以使用Intel 18A工藝節(jié)點(diǎn)制造芯片。該公司還在以色列Kiryat Gat建造晶圓廠，以使用其較舊的FinFET工藝節(jié)點(diǎn)制造芯片，并計(jì)劃在馬來西亞和波蘭建造新的封裝設(shè)施。

有一句關(guān)于半導(dǎo)體行業(yè)的老話適用：“填滿晶圓廠?！边@是控制制造成本的唯一方法。一個(gè)空置的晶圓廠會(huì)浪費(fèi)很多錢。英特爾幸運(yùn)地一直擁有備受歡迎的產(chǎn)品，可以填滿其晶圓廠，但Gelsinger是半導(dǎo)體行業(yè)的老手，知道保持晶圓廠充實(shí)需要各種各樣的芯片。這就是他創(chuàng)辦英特爾晶圓廠服務(wù)（IFS）的原因之一。因此，英特爾一直與客戶達(dá)成晶圓廠交易，以幫助保持其晶圓廠充實(shí)。

除了直接的晶圓廠客戶之外，英特爾還與其他半導(dǎo)體晶圓廠達(dá)成交易。當(dāng)中國在2023年8月擱置了英特爾對(duì)Tower Semiconductor的收購時(shí)，兩家公司在隨后的一個(gè)月宣布了一個(gè)晶圓廠交易。英特爾將在其新墨西哥州里奧蘭喬的晶圓廠為Tower提供晶圓廠服務(wù)和300毫米制造能力。就交易而言，Tower將為新墨西哥州工廠購買高達(dá)3億美元的制造設(shè)備，以運(yùn)行其專有的半導(dǎo)體工藝。 Tower的半導(dǎo)體工藝雖然不處于光刻的前沿，但對(duì)于電源管理、射頻信號(hào)處理和低功耗操作等應(yīng)用來說，它們是領(lǐng)先的工藝。這個(gè)月，英特爾和聯(lián)電宣布了一項(xiàng)類似的合作協(xié)議，共同開發(fā)12納米FinFET工藝節(jié)點(diǎn)，在亞利桑那州錢德勒的Intel Ocotillo Technology制造工地的Fabs 12、22和32中進(jìn)行制造。

羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾于1968年創(chuàng)辦了英特爾。到1971年，該公司已經(jīng)開發(fā)出第一款商用DRAM，從而創(chuàng)造了DRAM市場，第一款商用微處理器，從而創(chuàng)造了微處理器市場，以及第一款EPROM，從而創(chuàng)造了非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場。英特爾一直在半導(dǎo)體制造商中保持著前十名的地位。該公司在1992年成為半導(dǎo)體銷售冠軍，并一直保持這一位置，直到2018年，三星因DRAM價(jià)格上漲而成為頂級(jí)半導(dǎo)體銷售商。然而，DRAM價(jià)格下跌，英特爾再次奪回了冠軍地位。

當(dāng)市場上某些產(chǎn)品失去高盈利性時(shí)，英特爾會(huì)退出整個(gè)市場。為了防止日本DRAM供應(yīng)商侵蝕英特爾的市場份額，該公司于1985年退出DRAM市場，以拯救公司免于消失。英特爾曾一度涉足非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，并且目前不在該市場上，因?yàn)樗?020年出售了其Flash存儲(chǔ)業(yè)務(wù)。此外，英特爾目前正在分拆2015年收購的Altera時(shí)從中獲得的FPGA業(yè)務(wù)，但這沒關(guān)系，因?yàn)榉植鸷蟮腇PGA公司將立即成為IFS的大客戶。 （新FPGA公司的大揭幕計(jì)劃于2月29日舉行。）

然而，英特爾不能放棄其微處理器業(yè)務(wù)中的核心產(chǎn)品線，否則就會(huì)滅絕，因?yàn)樗鼪]有其他大型業(yè)務(wù)可以退而求其次。為了保持這一業(yè)務(wù)，英特爾必須抵擋其長期競爭對(duì)手AMD，后者已經(jīng)在PC和服務(wù)器CPU業(yè)務(wù)中取得了一些進(jìn)展，部分原因是英特爾失去了工藝領(lǐng)導(dǎo)地位。因此，這對(duì)英特爾來說是一個(gè)生死攸關(guān)的問題。由于TSMC制造AMD的處理器，英特爾在領(lǐng)先微處理器領(lǐng)域的戰(zhàn)略必須包括在每個(gè)新的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)上超過TSMC，同時(shí)為每個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)先進(jìn)的處理器。輸?shù)暨@場比賽意味著英特爾最終將消失。

Gelsinger在四年內(nèi)穿越五個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃是贏得這場比賽戰(zhàn)略的一部分，我認(rèn)為Gelsinger的IFS及其擬議的作為主要半導(dǎo)體晶圓廠的角色是他確保英特爾技術(shù)開發(fā)和制造團(tuán)隊(duì)始終專注于積極的工藝開發(fā)和晶圓廠建設(shè)的方式之一。這并不是說Gelsinger的戰(zhàn)略中沒有其他無數(shù)元素。相信Gelsinger和英特爾所說的，以及TSMC所說的，英特爾今年確實(shí)有可能從TSMC奪回半導(dǎo)體工藝領(lǐng)導(dǎo)地位。如果Gelsinger和英特爾成功，這將是這家公司在過去半個(gè)世紀(jì)為半導(dǎo)體行業(yè)取得的又一場艱苦的勝利。