Intel正在努力奪回半導(dǎo)體工藝技術(shù)的領(lǐng)先地位。它正在取得一些進(jìn)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(ài)爾蘭Leixlip的Fab34工廠已啟動(dòng)，并開(kāi)始量產(chǎn)4nm芯片。另外，有人猜測(cè)TSMC可能會(huì)將其在臺(tái)灣的2nm工藝推遲到2026年。

自2021年2月Pat Gelsinger重返Intel以來(lái)，他在技術(shù)實(shí)現(xiàn)和財(cái)務(wù)業(yè)績(jī)方面一直許愿不斷，卻無(wú)法達(dá)成目標(biāo)。如果Gelsinger不盡快取得實(shí)際進(jìn)展，而Intel又持續(xù)在銷售額上不濟(jì)，那么整個(gè)Intel項(xiàng)目就可能開(kāi)始瓦解。

在Gelsinger回歸之前，人們已經(jīng)清楚地看到，自從Andrew Grove擔(dān)任CEO以來(lái)，Intel以往對(duì)工程技術(shù)的不懈關(guān)注已經(jīng)松懈，而這一直是Intel在計(jì)算機(jī)處理器業(yè)務(wù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)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(diǎn)的產(chǎn)品，導(dǎo)致其在foundry技術(shù)上落后于TSMC和Samsung。這也意味著x86的fabless競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD可以通過(guò)使用TSMC的foundry，以工藝制程優(yōu)勢(shì)向市場(chǎng)推出處理器。結(jié)果，如今AMD的市值超過(guò)了Intel。

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

肩負(fù)使命的CEO

Gelsinger回來(lái)了。他曾在Intel擔(dān)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(gè)積極的技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。

2020年8月，Intel聘用的愛(ài)爾蘭工程師Ann Kelleher被提升為技術(shù)開(kāi)發(fā)管理者。她的任務(wù)是在四年內(nèi)推出五個(gè)節(jié)點(diǎn)。這是前所未有的研發(fā)速度，但這也是Intel追趕對(duì)手必要的。

上周，Gelsinger和Kelleher都在Leixlip參加了Fab34的開(kāi)工儀式，并象征性地將“Intel 4”工藝移交給運(yùn)營(yíng)部門。位于愛(ài)爾蘭Leixlip的Fab34是Intel的Intel 4制造工藝卓越中心。

“Intel 4”是過(guò)去的7nm工藝，但由于Intel認(rèn)為它在能力上更接近其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(cè)量單位“angstrom”，即納米的十分之一。

根據(jù)Kelleher的說(shuō)法，這意味著5個(gè)節(jié)點(diǎn)中的2個(gè)已經(jīng)成功交接。她在開(kāi)幕式上說(shuō)：“Intel 4已經(jīng)完成：tick”。Intel 3即將問(wèn)世。它做得非常好。Intel 20A和Intel 18A也進(jìn)展順利。”

當(dāng)然，TSMC和Samsung已經(jīng)開(kāi)始了3nm的生產(chǎn)，TSMC在新竹、臺(tái)中和高雄建設(shè)2nm晶圓廠的計(jì)劃也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。

2nm工藝推遲

?? 然而，臺(tái)灣有報(bào)道稱，TSMC的2nm制程的主要工廠新竹寶山工廠的建設(shè)正在放緩。新竹寶山工廠原本預(yù)計(jì)在2024下半年開(kāi)始所謂的2nm芯片風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，并在2025年開(kāi)始量產(chǎn)。報(bào)道稱，由于半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)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(shí)間推遲到2026年。

與此同時(shí)，Intel聲稱其下一個(gè)節(jié)點(diǎn)“Intel 3”將于今年“準(zhǔn)備就緒”，這實(shí)際上意味著2024年上半年就能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)說(shuō)，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

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

而Samsung已在其3nm工藝上采用了GAA技術(shù)，該工藝在2022年中期推出。據(jù)報(bào)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(méi)有明確說(shuō)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(huì)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(zhǔn)備。Intel的設(shè)計(jì)有四個(gè)堆疊的納米片（nanosheet），每個(gè)納米片周圍都有一個(gè)柵極。Intel聲稱，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更快的晶體管開(kāi)關(guān)，同時(shí)使用與多個(gè)鰭片相同的驅(qū)動(dòng)電流，但面積更小。

20A還將引入背面配電技術(shù)。TSMC計(jì)劃到2026年才會(huì)采用這種技術(shù)。將晶體管的功率傳輸與晶體管之間的信號(hào)傳輸分離，據(jù)稱這會(huì)產(chǎn)生許多好處。它能使晶體管陣列更密集，信號(hào)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(huì)帶來(lái)了問(wèn)題和延誤。正如Future Horizons的Malcolm Penn最近斷言的那樣：誰(shuí)能率先完善GAA的引入，誰(shuí)就將“在未來(lái)十年內(nèi)擁有芯片制造”。

正如我們所見(jiàn)，Samsung、TSMC和Intel都有機(jī)會(huì)在2nm GAA節(jié)點(diǎn)上取得領(lǐng)先。而TSMC推遲推出2nm工藝的決定可能會(huì)是Intel的一個(gè)機(jī)會(huì)窗口。

制造正確的芯片

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不過(guò)，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(jì)算市場(chǎng)上，Intel一直受到來(lái)自AMD x86處理器和Arm架構(gòu)處理器的競(jìng)爭(zhēng)。Intel很早就與Apple Mac失之交臂，而Arm又在服務(wù)器中獲得越來(lái)越多的關(guān)注。

數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)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(yīng)減少。而這些領(lǐng)先的ASIC目前正由TSMC和Samsung代工。

Intel試圖通過(guò)收購(gòu)Tower Semiconductor在foundry市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟，最終卻因監(jiān)管審核的問(wèn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的壯舉，但這并不足以讓Intel起死回生。Intel不僅需要成為領(lǐng)先的foundry，還需要重新學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)和制造客戶所真正需要的領(lǐng)先半導(dǎo)體技術(shù)。TSMC之所以延遲是出于客戶實(shí)際需求情況。而這些客戶恰恰是Intel沒(méi)有的。