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英特尔晶圆厂将何去何从?

2020-07-28
來源:半导体行业观察
關鍵詞: 英特尔 7纳米 台积电

     據華爾街日報報道,雖然英特爾的制造實力大打折扣。但是,這家芯片制造商不太可能擺脫業務的“制造”部分。

  但如今,這種猜測在華爾街普遍存在,此前公司的第二季度報告顯示,公司的營收數據相當可觀,但這被英特爾為其下一代芯片開發的7納米制造工藝的延遲披露所掩蓋。據介紹,他們最早采用該工藝制造的第一批芯片的交貨時間將推遲到2022年下半年,比該公司最初的計劃晚了一年。消息傳出后,英特爾股價周五下跌了16%,至少有六家券商將該股評級下調。

  這不是英特爾的第一個碰上這樣的絆腳石。實際上,該公司現在用于生產最先進芯片的10納米工藝此前就遭受了如此多的延遲,以至于與競爭對手——芯片制造商臺積電能夠領先于前者。現在,臺積電已經量產7納米芯片了一年,今年秋天還將有一些使用其5納米工藝生產的芯片隨著一些5G智能手機和其他設備投放市場。該公司還在本月初的財報電話會議中表示,預計2022年秋季將實現3納米芯片的量產,屆時英特爾可能至少落后兩代。

  對于曾經無可爭議的芯片制造技術領導者來說,這是一個謙卑的立場。而且關于它有很多想法,認為英特爾可能會退出生產制造業務。尤其是因為該公司制定了應急計劃,如果自己的生產技術不完善,它將外包一些最先進的芯片設計的生產。

  許多芯片公司已經采用了所謂的無晶圓廠模型,他們專門從事設計并將生產外包。鑒于缺乏建造,裝備和運營工廠所需的資本支出,這種模式可以帶來更高的營業利潤和現金流量。杰Jefferies的Mark Lipacis在給客戶的一份報告中說,無晶圓廠的英特爾將變成現金流和資本返還機器。Susquehanna的Christopher Rolland提議英特爾將自己的晶圓廠出售給臺積電,因為“幾乎沒有機會抓住/超越”臺灣巨人。

  但兩者都是不可能的結果。英特爾在全球擁有9個制造工廠,廠房和設備占其上一次報告的580億美元凈資產的大部分。這還不包括其超過50年制造半導體所積累的全部知識產權。英特爾制造業務的規模使臺積電和三星成為唯一可能的買家。鑒于近來整個行業高度政治化的氣候,美國監管機構不太可能允許外國實體,即使是來自友好國家的實體,也可以控制最先進的國內芯片制造設備。

  而且,英特爾在其核心PC和數據中心市場上的主導地位仍在繼續,這表明制造過程并不是全部。據Mercury Research稱,AMD已經出貨了由臺積電制造的7納米數據中心芯片一年了,但英特爾在今年第一季度仍控制著該市場約95%的份額。Morgan Stanley的約瑟夫Joseph Moore指出,英特爾的14納米芯片性能與AMD正在銷售的7納米芯片相比仍然具有競爭力。

  KeyBanc Capital的Wes Twigg則表示,即使英特爾最終外包一些新產品以按時生產競爭性產品,英特爾仍然可以通過生產自己的芯片來實現許多優勢。他補充說,英特爾“仍然出售他們能制造的一切。”

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  英特爾首席工程師在產品延遲后離開

  華爾街日報報道同時指出,在英特爾宣布7nm延遲之后,他們進一步披露,公司正在重組其技術團隊,而其首席工程官也將在幾天后離開該公司。據報道,其首席工程官Venkata “Murthy” Renduchintala在公司與臺積電和三星這樣的對手在先進工藝的競爭中扮演了一個非常重要的角色,但因為在7nm上的延遲,Intel方面表示,其將于八月三號后離開公司。

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  英特爾在開發某些最新處理器時遇到了麻煩。兩年前,它在將10納米技術推向市場時遇到了延誤。英特爾股價周四暴跌,此前該公司表示,其向7納米芯片的升級計劃比原定計劃推遲了一年。使用較小晶體管的芯片可以更高效地運行,并占用更少的物理空間。

  自上周披露以來,英特爾股價已下跌約18%。長期以來,英特爾一直是按價值計算的美國最大半導體公司,英特爾現在已將該頭銜授予競爭對手Nvidia Corp.。

  在公司的掙扎之際, AMD贏得了市場份額。較小的競爭對手通過一系列在性能指標上與英特爾相當或最好的新芯片贏得了投資者的熱情。自英特爾披露其最新產品開發挫折以來,定于周二公布季度收益的AMD股價已經上漲約16%。

  英特爾周一還表示,它將把其技術部門分成幾個團隊,直接向首席執行官Bob Swan匯報。該公司表示,負責英特爾公司制造業務的長期高管Ann Kelleher將接替技術開發部門的工作,該技術開發部門將接替將于今年年底退休的Mike Mayberry。她將負責監督甚至更小的芯片設計的開發。

  英特爾還表示,其制造和運營將由Keyvan Esfarjani領導,Keyvan Esfarjani此前曾負責該公司的部分內存制造。它還任命了設計工程部門的臨時負責人,同時保持了其芯片架構和軟件戰略以及供應鏈運營的領導地位。

  總體看來,TSCG被分為五個小組:

  技術開發:專注于開發下一代工藝節點,由Ann Kelleher博士領導。

  制造與運營:專注于提升當前的工藝節點并擴大新的晶圓廠產能。由Keyvan Esfarjani領導。

  設計工程:最近成立的小組,負責英特爾的技術制造和平臺工程。在Intel尋找永久領導人的同時,由Josh Walden臨時領導。

  架構,軟件和圖形:開發英特爾的架構和相關的軟件堆棧。由Raja Koduri領導(續)。

  供應鏈:處理英特爾的供應鏈以及與重要供應商的關系。由Randhir Thakur博士領導(續)。

  過去幾年,在Renduchintala先生的領導下,英特爾曾希望解決自10nm工藝以來,困擾其的芯片設計和制造問題。Renduchintala先生去年在向投資者的演講中曾表示說,該公司從設計14納米和10納米芯片中吸取了教訓,并且正在優先安排7納米后續產品的時間表。他們也表達過一個觀點,那就是如果公司完成了14nm到10nm的過渡,那么公司再演進到7nm就會相對簡單,但現在看來一切都成了泡影。

  英特爾表示,這些變化旨在體現公司加快產品領先地位,并提高工藝技術執行的重點和責任心。

  此前,另一位英特爾高級工程師Jim Keller于6月離職,他以未指明的個人原因離職。Keller先生是一位著名的芯片設計師,他是芯片結構的設計師,在芯片的性能方面起著重要作用。在英特爾工作兩年之前,他曾在蘋果公司、特斯拉公司和AMD工作過。

  在英特爾最新的產品開發陷入麻煩之際,這家總部位于加利福尼亞州圣克拉拉的公司受益于在冠狀病毒大流行期間轉向廣泛的遠程工作,帶動了對其芯片的需求,這些芯片為人們日益依賴的計算機和在線服務提供了動力。該公司周四公布了第二季度收益超出了華爾街的預期,盡管其股價因技術延遲而下跌。

  在這些問題中,該公司表示正在考慮將其一些核心產品的制造外包,以進一步轉變其長期以來以自己工廠為中心的美國科技偶像。

  英特爾能重新成為制程領先者嗎?

  在歷經7nm挫折之后,英特爾是否還能拿回曾經屬于他們的半導體制造的皇冠嗎?讓我們嘗試分析一下。

  我要稱贊英特爾CEO鮑勃·斯旺(Bob Swan)的一件事是——人們對英特爾喪失制程領導者的事實有了新的看法。但其實直到2017年9月的技術和制造日,英特爾仍聲稱自己在與TSMC的競爭中領先3年:

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  實際上,到那時,英特爾的領先優勢已經幾近于無。當時臺積電(TSMC)的10納米工藝已經投入量產幾個月,制造出iPhone X中使用的蘋果A11 Bionic SOC。

  英特爾在晶體管密度方面做了大量工作,稱其比制程節點所體現的更好。應該注意的是,英特爾的晶體管密度基于英特爾提出的綜合指標。實際密度因芯片設計而異。但是據英特爾自己的估計,臺積電的10納米工藝比英特爾的14納米工藝實現了更高的晶體管密度:

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  我指出這一點是因為,如果沒有有意義的批量生產,那么制程優勢的主張就不能僅僅是基于漂亮的數字。重要的是可以有有利可圖的產品投入生產,而不是僅在有限或實驗的基礎上才能生產的產品。這是我稍后將在本文中再次提到的重要一方面。

  英特爾要等到2019年才能在其10 nm節點上實現量產。正如我在2018年初指出的那樣,到2017年底,臺積電已經超過了英特爾領先的生產節點14 nm 的晶體管密度。

  快進到2020年,在英特爾的統治下,市場已經發生了很大變化。此時,英特爾也已經量產10納米產品,但它仍然僅適用于相對較小的移動計算芯片。與此同時,臺積電自2018年年中開始為蘋果iPhone XS生產A12 Bionic SoC,進入7納米工藝時代。

  臺積電的7納米制程與英特爾的10納米制程具有相同的晶體管密度,每平方毫米約1億個晶體管,但這并不意味著英特爾已實現與臺積電的制程同步。

  我這樣說有兩個原因。首先是臺積電的7納米工藝可以擴展到更大的芯片,包括英偉達(NVDA)的大型Ampere A100,該芯片包含540億個晶體管,表面積為826平方毫米。

  其次是臺積電再次采用其5納米工藝提高了標準,該工藝已在9月份發布的下一版iPhone中投入量產。

  英特爾已經承認自己已經落伍了,該公司首席財務官喬治·戴維斯(George Davis)在3月的摩根士丹利(Morgan Stanley)舉辦的一次會議上對10納米制程的現狀相當坦率:

  “正如我們在5月19日的分析師日上所說的那樣:瞧,這不只是英特爾有史以來最好的節點。它的生產率還將低于14nm,也將低于22nm,但我們依然對看到的改進感到很興奮,我們預計將于2021年底到來7nm會獲得更好的性能。”

  關于重新獲得制程領先,他說:

  “因此,除了CPU之外,我們還為我們的客戶帶來了很多功能,我們感覺我們已經開始看到我們一直在談論的要回到7nm上的工藝方面的加速。并將在5納米世代重新獲得領導地位?!?/p>

  那么英特爾可以趕上臺積電嘛?

  在英特爾于2019年5月舉辦投資者會議上,該公司首席工程官Murthy Renduchintala列出了英特爾制造流程的路線圖:

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  該圖表表明,英特爾的7納米工藝的晶體管密度較之10納米工藝的晶體管密度增加一倍,與臺積電的5納米工藝持平或略微領先。從表面上看,戴維斯似乎證實了人們普遍對7 nm的期望,但請注意這些期望的條件如何。他們只是在談論回到同臺競技(可能是臺積電的5納米節點),而7納米的開始時間似乎已經延后2021年底。

  過去的產能爬坡(甚至14 nm)已經非常緩慢地開始了,最初的可用性非常有限。即使英特爾在2021年的最后期限之前完成,產品可用性也可能僅限于數量有限的小型移動設備。

  但到2021年底,TSMC將在其5 nm節點上具有至少18個月的批量生產經驗。英特爾要達到與TSMC 5納米節點相當的性能和晶體管密度,才能實現可比的生產量,因此英特爾無法實現真正的追趕。

  業界專家Scotten Jones在SemiWiki上發表的題為《TSMC是否可以保持其工藝技術領先地位》的最新文章討論了英特爾是否可以從TSMC手中奪回工藝領導地位。在本文中,瓊斯介紹了他對Intel,TSMC和Samsung各個節點的晶體管密度的分析(使用Intel方法計算)。

  他證實,英特爾的10納米制程可提供與競爭的7納米制程相同的晶體管密度,但不等于三星和臺積電的5納米制程。他預計英特爾的7納米工藝將比臺積電當前的5納米工藝稍好,但不會比臺積電的3納米工藝好:

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  在該表中,晶體管密度以每平方毫米數百萬個晶體管表示。

  瓊斯沒有提供有關英特爾5納米制程的任何計算,因為對這種制程及其何時發布的了解還不夠。臺積電表示,它預計將于2022年下半年開始在其3 nm節點上開始批量生產。

  關于英特爾的7 nm計劃,Jones指出:

  “現在情況變得越來越模糊,英特爾的7納米制程將于2021年開始以2.0倍的縮減率開始增長。三星和臺積電都將在2021年開始3nm風險試產。假設英特爾能追上他們,它們可能會短暫地具有生產密度優勢,但是英特爾的14nm和10nm工藝都已經晚了幾年。隨著COVID-19普遍影響整個半導體行業,尤其是美國,所以Intel在2021年的時間線完成這件事的可能性不高?!?/p>

  瓊斯在文章中總結道:

  “臺積電今年以其5納米工藝在工藝密度方面領先。未來則取決于Intel 7納米制程與臺積電3納米制程的確切時間,英特爾可能會暫時重新獲得制程密度的領先優勢,但臺積電將通過其3納米制程快速通過它們,屆時他們每平方毫米超過3億個晶體管!”

  我很希望看到英特爾以摩爾定律的步伐重回正軌。英特爾與代工廠商之間重新展開競爭對消費者和整個行業來說都將是一個巨大的進步。英特爾在其14納米制程上似乎無休止的迭代已成為PC技術評論家中的一個惡作劇。

  但我認為,就晶體管密度和進度而言,有關英特爾7納米制程的假設非常站不住腳。我不相信英特爾將能夠實現其7納米的目標,盡管它可能會試圖聲稱自己已經通過在2021年后期生產有限數量的7納米芯片來宣稱可以達到“同等水平”……但這樣的主張幾乎毫無意義。

  在給定節點上以實驗方式生產有限數量的芯片是一回事,而在該節點上以盈利方式生產大量芯片則是另一回事。英特爾的發展道路上將遇到許多障礙,其中最重要的一點是相對缺乏EUV光刻的生產經驗,英特爾必須將其用于7納米工藝。

  相比之下,臺積電將擁有超過2年的EUV生產經驗,以及超過18個月的5納米廣泛使用EUV的生產經驗。最重要的是,這確立了臺積電領先于英特爾的領先地位。假設英特爾按計劃在2021年底啟動7 nm。

  我的評估是,即使是短暫的,Intel甚至以其7納米節點趕上臺積電的機會也很小。而且,正如瓊斯指出的那樣,即使發生這種情況也不會持續很長時間,因為臺積電將迅速發展到3納米。

  正如戴維斯(Davis)提到的那樣,要重新獲得5納米節點的工藝領導地位,這當然不是不可能的,但我也不認為大家應該押注于此。即使英特爾設法重回摩爾定律的步伐,它仍將追趕臺積電的3納米制程。

  我認為英特爾更有可能實現其5納米制程(與臺積電的3納米制程相比)的工藝追趕。對于業界來說,這并不是一件壞事,但我認為這是英特爾可以期望的最好的結果。

  我本著盡職調查的精神和安迪·格羅夫(Andy Grove)著名的格言:“只有偏執狂才能生存”著手進行這篇評論。我認為這是與競爭態勢保持同步的重要角色之一。我當然希望英特爾更具競爭力,但是我不擔心英特爾在工藝技術方面會超越臺積電。


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