英特爾可以趕上臺(tái)積電嗎？

英特爾宣布，打算收回他們輸給臺(tái)積電中的半導(dǎo)體工藝領(lǐng)導(dǎo)者的“皇冠”。然而，令人懷疑的是，英特爾能否與臺(tái)積電平起平坐，更不用說(shuō)領(lǐng)先了。在本文中，我嘗試解讀一下。

英特爾關(guān)于制程領(lǐng)導(dǎo)者的坦誠(chéng)

我要稱贊英特爾CEO鮑勃·斯旺（Bob Swan）的一件事是——人們對(duì)英特爾喪失制程領(lǐng)導(dǎo)者的事實(shí)有了新的看法。

但其實(shí)直到2017年9月的技術(shù)和制造日，英特爾仍聲稱自己在與TSMC的競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先3年：

實(shí)際上，到那時(shí)，英特爾的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)已經(jīng)幾近于無(wú)。當(dāng)時(shí)臺(tái)積電（TSMC）的10納米工藝已經(jīng)投入量產(chǎn)幾個(gè)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(jié)點(diǎn)所體現(xiàn)的更好。應(yīng)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(biāo)。實(shí)際密度因芯片設(shè)計(jì)而異。但是據(jù)英特爾自己的估計(jì)，臺(tái)積電的10納米工藝比英特爾的14納米工藝實(shí)現(xiàn)了更高的晶體管密度：

我指出這一點(diǎn)是因?yàn)?，如果沒(méi)有有意義的批量生產(chǎn)，那么制程優(yōu)勢(shì)的主張就不能僅僅是基于漂亮的數(shù)字。重要的是可以有有利可圖的產(chǎn)品投入生產(chǎn)，而不是僅在有限或?qū)嶒?yàn)的基礎(chǔ)上才能生產(chǎn)的產(chǎn)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(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。正如我在2018年初指出的那樣，到2017年底，臺(tái)積電已經(jīng)超過(guò)了英特爾領(lǐng)先的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)14 nm 的晶體管密度。

快進(jìn)到2020年，在英特爾的統(tǒng)治下，市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生了很大變化。此時(shí)，英特爾也已經(jīng)量產(chǎn)10納米產(chǎn)品，但它仍然僅適用于相對(duì)較小的移動(dòng)計(jì)算芯片。與此同時(shí)，臺(tái)積電自2018年年中開始為蘋果iPhone XS生產(chǎn)A12 Bionic SoC，進(jìn)入7納米工藝時(shí)代。

臺(tái)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(gè)晶體管，但這并不意味著英特爾已實(shí)現(xiàn)與臺(tái)積電的制程同步。

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

其次是臺(tái)積電再次采用其5納米工藝提高了標(biāo)準(zhǔn)，該工藝已在9月份發(fā)布的下一版iPhone中投入量產(chǎn)。

英特爾已經(jīng)承認(rèn)自己已經(jīng)落伍了，該公司首席財(cái)務(wù)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(huì)議上對(duì)10納米制程的現(xiàn)狀相當(dāng)坦率：

“正如我們?cè)?月19日的分析師日上所說(shuō)的那樣：瞧，這不只是英特爾有史以來(lái)最好的節(jié)點(diǎn)。它的生產(chǎn)率還將低于14nm，也將低于22nm，但我們依然對(duì)看到的改進(jìn)感到很興奮，我們預(yù)計(jì)將于2021年底到來(lái)7nm會(huì)獲得更好的性能?！?/p>

關(guān)于重新獲得制程領(lǐng)先，他說(shuō)：

“因此，除了CPU之外，我們還為我們的客戶帶來(lái)了很多功能，我們感覺(jué)我們已經(jīng)開始看到我們一直在談?wù)摰囊氐?nm上的工藝方面的加速。并將在5納米世代重新獲得領(lǐng)導(dǎo)地位。”

英特爾可以趕上臺(tái)積電嗎？

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

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(tái)積電的5納米工藝持平或略微領(lǐng)先。從表面上看，戴維斯似乎證實(shí)了人們普遍對(duì)7 nm的期望，但請(qǐng)注意這些期望的條件如何。他們只是在談?wù)摶氐酵_(tái)競(jìng)技（可能是臺(tái)積電的5納米節(jié)點(diǎn)），而7納米的開始時(shí)間似乎已經(jīng)延后2021年底。

過(guò)去的產(chǎn)能爬坡（甚至14 nm）已經(jīng)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(chǎn)品可用性也可能僅限于數(shù)量有限的小型移動(dòng)設(shè)備。

但到2021年底，TSMC將在其5 nm節(jié)點(diǎn)上具有至少18個(gè)月的批量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。英特爾要達(dá)到與TSMC 5納米節(jié)點(diǎn)相當(dāng)?shù)男阅芎途w管密度，才能實(shí)現(xiàn)可比的生產(chǎn)量，因此英特爾無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的追趕。

業(yè)界專家Scotten Jones在SemiWiki上發(fā)表的題為《TSMC是否可以保持其工藝技術(shù)領(lǐng)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(lǐng)導(dǎo)地位。在本文中，瓊斯介紹了他對(duì)Intel，TSMC和Samsung各個(gè)節(jié)點(diǎn)的晶體管密度的分析（使用Intel方法計(jì)算）。

他證實(shí)，英特爾的10納米制程可提供與競(jìng)爭(zhēng)的7納米制程相同的晶體管密度，但不等于三星和臺(tái)積電的5納米制程。他預(yù)計(jì)英特爾的7納米工藝將比臺(tái)積電當(dāng)前的5納米工藝稍好，但不會(huì)比臺(tái)積電的3納米工藝好：

在該表中，晶體管密度以每平方毫米數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管表示。

瓊斯沒(méi)有提供有關(guān)英特爾5納米制程的任何計(jì)算，因?yàn)閷?duì)這種制程及其何時(shí)發(fā)布的了解還不夠。臺(tái)積電表示，它預(yù)計(jì)將于2022年下半年開始在其3 nm節(jié)點(diǎn)上開始批量生產(chǎn)。

關(guān)于英特爾的7 nm計(jì)劃，Jones指出：

“現(xiàn)在情況變得越來(lái)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(zhǎng)。三星和臺(tái)積電都將在2021年開始3nm風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。假設(shè)英特爾能追上他們，它們可能會(huì)短暫地具有生產(chǎn)密度優(yōu)勢(shì)，但是英特爾的14nm和10nm工藝都已經(jīng)晚了幾年。隨著COVID-19普遍影響整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是美國(guó)，所以Intel在2021年的時(shí)間線完成這件事的可能性不高。”

瓊斯在文章中總結(jié)道：

“臺(tái)積電今年以其5納米工藝在工藝密度方面領(lǐng)先。未來(lái)則取決于Intel 7納米制程與臺(tái)積電3納米制程的確切時(shí)間，英特爾可能會(huì)暫時(shí)重新獲得制程密度的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但臺(tái)積電將通過(guò)其3納米制程快速通過(guò)它們，屆時(shí)他們每平方毫米超過(guò)3億個(gè)晶體管！”

總結(jié)

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(jìng)爭(zhēng)對(duì)消費(fèi)者和整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)都將是一個(gè)巨大的進(jìn)步。英特爾在其14納米制程上似乎無(wú)休止的迭代已成為PC技術(shù)評(píng)論家中的一個(gè)惡作劇。

但我認(rèn)為，就晶體管密度和進(jìn)度而言，有關(guān)英特爾7納米制程的假設(shè)非常站不住腳。我不相信英特爾將能夠?qū)崿F(xiàn)其7納米的目標(biāo)，盡管它可能會(huì)試圖聲稱自己已經(jīng)通過(guò)在2021年后期生產(chǎn)有限數(shù)量的7納米芯片來(lái)宣稱可以達(dá)到“同等水平”。。但這樣的主張幾乎毫無(wú)意義。

在給定節(jié)點(diǎn)上以實(shí)驗(yàn)方式生產(chǎn)有限數(shù)量的芯片是一回事，而在該節(jié)點(diǎn)上以盈利方式生產(chǎn)大量芯片則是另一回事。英特爾的發(fā)展道路上將遇到許多障礙，其中最重要的一點(diǎn)是相對(duì)缺乏EUV光刻的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，英特爾必須將其用于7納米工藝。

相比之下，臺(tái)積電將擁有超過(guò)2年的EUV生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，以及超過(guò)18個(gè)月的5納米廣泛使用EUV的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。最重要的是，這確立了臺(tái)積電領(lǐng)先于英特爾的領(lǐng)先地位。假設(shè)英特爾按計(jì)劃在2021年底啟動(dòng)7 nm。

我的評(píng)估是，即使是短暫的，Intel甚至以其7納米節(jié)點(diǎn)趕上臺(tái)積電的機(jī)會(huì)也很小。而且，正如瓊斯指出的那樣，即使發(fā)生這種情況也不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)榕_(tái)積電將迅速發(fā)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(jié)點(diǎn)的工藝領(lǐng)導(dǎo)地位，這當(dāng)然不是不可能的，但我也不認(rèn)為大家應(yīng)該押注于此。即使英特爾設(shè)法重回摩爾定律的步伐，它仍將追趕臺(tái)積電的3納米制程。

我認(rèn)為英特爾更有可能實(shí)現(xiàn)其5納米制程（與臺(tái)積電的3納米制程相比）的工藝追趕。對(duì)于業(yè)界來(lái)說(shuō)，這并不是一件壞事，但我認(rèn)為這是英特爾可以期望的最好的結(jié)果。

我本著盡職調(diào)查的精神和安迪·格羅夫（Andy Grove）著名的格言：“只有偏執(zhí)狂才能生存”著手進(jìn)行這篇評(píng)論。我認(rèn)為這是與競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)保持同步的重要角色之一。我當(dāng)然希望英特爾更具競(jìng)爭(zhēng)力，但是我不擔(dān)心英特爾在工藝技術(shù)方面會(huì)超越臺(tái)積電。
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