英特爾更新制程路線圖，18A將決定翻身仗“生死”

在2021年時，英特爾公司CEO帕特?基辛格曾表示：“基于英特爾在先進封裝領域毋庸置疑的領先性，我們正在加快制程工藝創(chuàng)新的路線圖，以確保到2025年制程性能再度領先業(yè)界。”而在最近，英特爾更新了制程路線圖，包括Intel 14A制程技術、專業(yè)節(jié)點的演化版本，及全新的英特爾代工先進系統(tǒng)封裝及測試（Intel Foundry Advanced System Assembly and Test）能力。那么英特爾的翻盤時間要到了嗎？


英特爾更新線路圖

英特爾在本次更新的路線圖中新增了Intel 14A和數(shù)個專業(yè)節(jié)點的演化版本。英特爾還證實，其“四年五個制程節(jié)點”路線圖仍在穩(wěn)步推進，并將在業(yè)內(nèi)率先提供背面供電解決方案。英特爾預計將于2025年通過Intel 18A制程節(jié)點重獲制程領先性。

對于演化版本，其型號后綴一般包含“E”、“P”或者“T”。其中：

E代表功能擴展（Feature Extension）

P代表性能提升（Performance Improvement）

T代表用于3D堆疊的硅通孔技術（Through-Silicon Vias）

此外，英特爾代工還宣布將FCBGA 2D+納入英特爾代工先進系統(tǒng)封裝及測試（Intel Foundry ASAT）的技術組合之中。這一組合將包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB、Foveros和Foveros Direct技術。

FCBGA 2D/2D+：倒裝芯片球柵陣列（FC-BGA）是比較成熟的封裝工藝，英特爾自2016年就進入大批量生產(chǎn)階段（HVM）。擁有最大的先進熱壓縮鍵合（TCB）工具和設備庫，具有很好的良率表現(xiàn)；

EMIB 2.5D：嵌入式多芯片互聯(lián)橋接（EMIB）技術是一種埋入傳統(tǒng)有機襯底的2.5D封裝工藝，適合邏輯-邏輯芯片或邏輯-HBM存儲芯片的互聯(lián)封裝，2017年開始批量生產(chǎn)；

Foveros 2.5D & 3D：Foveros是一種裸片堆疊封裝技術，適合PC和邊緣處理器芯片的封裝設計，2019年開始量產(chǎn)；

EMIB 3.5D：結(jié)合EMIB和Foveros（即原來的Co-EMIB），適合多個裸片的3D堆疊封裝，Intel數(shù)據(jù)中心GPU MAX系列SoC即采用這種3.5D封裝；

Foveros Direct 3D： Foveros Direct使用了銅與銅的混合鍵合取代了會影響數(shù)據(jù)傳輸速度的焊接，把凸點間距繼續(xù)降低到10微米以下大幅提高芯片互連密度和帶寬，并降低電阻。Foveros Direct還實現(xiàn)了功能單元分區(qū)，讓模塊化設計做到配置靈活、可定制。


押注于Intel 18A

近日，英特爾CEO Pat Gelsinger（帕特·基辛格）接受了Anandtech采訪，記者提問稱“英特爾整個公司押注下個先進制程是否仍正確”，基辛格回應稱，他確實將公司未來都押注于Intel 18A成功，引起現(xiàn)場人員驚訝。

基辛格進一步補充稱，“四年五個節(jié)點”當中一些制程將會長期與Intel 18A共存，包括僅適用于服務器CPU的Intel 3及Intel 18A升級版。同時還將與高塔半導體和聯(lián)電合作生產(chǎn)成熟制程，英特爾新墨西哥州新廠還將發(fā)力代工先進封裝。換句話說，盡管Intel 18A未來可能將會是英特爾代工業(yè)務的主要營收來源，但仍會有許多其他營收來源。

雖然目前Intel 18A尚未成功量產(chǎn)，但是在此之前英特爾已經(jīng)取得了很多進展。比如，2023年4月英特爾宣布與Arm達成協(xié)議，將基于Intel 18A打造定制化SoC；2023年7月中旬，英特爾宣布，作為美國國防部“快速保障微電子原型-商業(yè)計劃（RAMP-C）” 計劃第二階段的一部分，英特爾代工服務事業(yè)部將新增兩位客戶：波音 ( Boeing) 和諾斯羅普·格魯曼 (Northrop Grumman) ；2023年7月下旬，英特爾又宣布將與瑞典電信設備制造商愛立信合作，將利用其Intel 18A制程為愛立信制造定制 5G SoC（片上系統(tǒng)），為未來其 5G 基礎設施打造高度差異化的領先產(chǎn)品；2024年2月22日，在英特爾“ IFS Direct Connect ”活動上，微軟宣布計劃采用Intel 18A制程節(jié)點生產(chǎn)其設計的一款芯片。

另外再之前的2023財年第四季財報會議上，英特爾CEO基辛格透露，Intel 20A和Intel 18A都將在今年就緒，作為首家將GAA晶體管和背面供電技術同時納入單個工藝制程節(jié)點的公司，其背面供電技術（backside power delivery）更是領先競爭對手兩年。其中，英特爾首個基于Intel 20A工藝Arrow Lake處理器將于今年推出。Intel 18A預計將在2024年下半年實現(xiàn)制造就緒。目前，英特爾第一個基于Intel 18A工藝的服務器處理器Clearwater Forest已經(jīng)進入晶圓廠，面向客戶端的基于Intel 18A制程的Panther Lake處理器也很快將進入晶圓廠。

相比之下，臺積電和三星的2nm制程工藝的量產(chǎn)時間都需要等到2025年，此外，在背面供電技術方面，臺積電也要等到2026年量產(chǎn)的N2P制程采用采用。也就是說，最快今年英特爾就將會實現(xiàn)在先進制程上對于臺積電的反超。預計英特爾2025年上半年商用的Inte 18A將會進一步擴大領先優(yōu)勢。

此前，基辛格在接受采訪時表示，Intel 18A制程性能表現(xiàn)將領先于臺積電N2（2nm）制程。雖然Intel 18A制程與臺積電N2制程的晶體管（transistor）密度似乎差不多，但英特爾的背面供電技術更加優(yōu)秀，這讓硅芯片擁有更好的面積效率（area efficiency），意味著成本降低，供電較好則代表表現(xiàn)性能更高。不錯的晶體管密度、極佳的供電讓Intel 18A制程略領先臺積電N2。此外，臺積電的封裝成本非常高，英特爾毛利率有望緩步增加。


獨立運營代工業(yè)務

英特爾芯片制造的歷程頗為坎坷。

此前多年英特爾曾是芯片制造上的王者，憑借在芯片設計與制造的雙重領先，在全球PC（個人筆記本電腦）和服務器芯片領域占據(jù)統(tǒng)治地位，至今仍有超過七成的市場份額。以英特爾為代表的IDM模式（從設計到生產(chǎn)全流程自主化）也被視為業(yè)內(nèi)主流。

但從約十年前開始，英特爾從10納米制程工藝起逐漸被臺積電、三星超過。IDM模式一度飽受質(zhì)疑，AMD、IBM等科技公司逐步放棄了自主生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而采用更輕資產(chǎn)的Fabless模式（只設計，不生產(chǎn)），這也是高通、蘋果、英偉達、華為等企業(yè)共同的商業(yè)模式。IDM模式只剩下英特爾、三星等為數(shù)不多的企業(yè)。

有觀點認為，英特爾已在制程工藝競賽中落后于臺積電、三星，不必再追趕。但英特爾確實有其優(yōu)勢：它當今半導體行業(yè)為數(shù)不多的同時具備先進芯片設計、制造能力的企業(yè)。為了適應新時代、新形勢、新需求的發(fā)展，英特爾沒有固守以往的模式，也沒有簡單粗暴地拆分設計與制造，而是提出了全新的IDM 2.0模式。但基辛格反其道而行之，2021年他啟動的IDM2.0戰(zhàn)略，核心是以合縱連橫的姿態(tài)，重啟晶圓代工業(yè)務。

此次英特爾代工的一大變化是，在組織架構(gòu)上將產(chǎn)品與代工拆分，打破了自家芯片自家造的傳統(tǒng)。英特爾芯片可以找臺積電代工，英特爾代工也可以生產(chǎn)其他芯片公司的芯片。

英特爾高級副總裁兼代工服務事業(yè)部總經(jīng)理Stu Pann對《財經(jīng)》記者說，英特爾內(nèi)部實行了嚴格的防火墻制度，代工與產(chǎn)品業(yè)務將成為兩個分離的法律實體，采用兩套ERP企業(yè)管理系統(tǒng)、兩套員工團隊。

事實上，Intel公司現(xiàn)在分為兩大部分，一是負責產(chǎn)品設計的Intel Product，二是負責代工制造的Intel Foundry。二者相輔相成但又相對獨立，財務單獨核算，彼此互相激勵。

研究公司Creative Strategies首席執(zhí)行官兼首席分析師Ben Bajarin在接受采訪時稱，此前英特爾向客戶提供代工服務存在兩個問題，一是更重視英特爾自身的芯片產(chǎn)品和技術，二是潛在客戶會擔心英特爾既是供應商又是競爭對手的雙重角色。

將組織架構(gòu)分離，是英特爾吸取教訓后作出的調(diào)整，目前看來初有成效。據(jù)媒體報道，英特爾最早將于今年二季度成為英偉達芯片封裝的供應商，預計月產(chǎn)能5000片，約占英偉達訂單量的10%。盡管只是封裝而不是晶圓生產(chǎn)，這也是兩家競爭對手少見的合作。


新賽點出現(xiàn)

Intel代工的目標，是在2030年成為全球規(guī)模第二的代工廠，僅次于臺積電。

此次英特爾公布的新制程節(jié)點14A，將是英特爾能否趕超的關鍵。與14A制程對應的臺積電、三星1.4納米制程也已在研發(fā)中。二者均預測將于2027年前后實現(xiàn)量產(chǎn)，與英特爾的時間表相當。

這項關鍵性技術需要借助荷蘭光刻機公司ASML的High-NA EUV（高數(shù)值孔徑極紫外光刻），英特爾2023年底就已率先采購。

臺積電與三星也將采購這款最新的光刻機設備，但暫未公布時間表。一位芯片設計公司人士對《財經(jīng)》記者評價，由于High-NA EUV定價高昂，臺積電仍在觀望中，更傾向于采用低成本的成熟技術。

芯片代工是一個高度集中的寡頭市場，臺積電與三星兩家企業(yè)占據(jù)過七成的市場份額，留給英特爾的空間是有限的。

第三方研究機構(gòu)Counterpoint數(shù)據(jù)顯示，2023年三季度，全球半導體代工企業(yè)收入市場份額中，臺積電以近六成位居第一，三星以13%的市場份額排名第二，聯(lián)電、格羅方德、中芯國際均以6%左右的份額排名第三至第五。余下代工廠共占10%市場份額。

英特爾與前二者相比還有較大差距。據(jù)另一家研究機構(gòu)Trendforce統(tǒng)計，2023年三季度英特爾在全球晶圓代工行業(yè)中首次躋身前十，以1%的市占率排名第九。

以財務指標來看，英特爾代工業(yè)務2023年實現(xiàn)營收10億美元，營業(yè)虧損5億美元。與此同時臺積電營收規(guī)模為693億美元，凈利潤269億美元。

英特爾代工市場營銷副總裁Craig Org告訴《財經(jīng)》記者，英特爾為外部客戶代工芯片的業(yè)務僅啟動三年，目前仍在設計和產(chǎn)能爬坡階段，尚未實現(xiàn)量產(chǎn)，因此營收規(guī)模有限。只有芯片封裝業(yè)務已取得可觀的實際收益。

盡管營收規(guī)模不大，但以技術儲備來看，全球具備角逐先進制程實力的公司只剩臺積電、三星和英特爾。

既然是定位為“系統(tǒng)級芯片代工廠”，英特爾代工即便積淀深厚，也無法單打獨斗，而是與整個產(chǎn)業(yè)的眾多生態(tài)伙伴都密切合作。英特爾官方公布的芯片制造伙伴目前有30多家，包括IP(知識產(chǎn)權(quán))、EDA(電子設計自動化)領域的新思科技、Cadence、西門子、Ansys、Lorentz、是德科技，以及Arm、Rambus等IP廠商。他們對于英特爾的意義在于在各個制程節(jié)點上，可以加速基于Intel 18A工藝的先進芯片設計。

Craig Org沒有披露英特爾具體的產(chǎn)能及良率。他表示，良率正以越來越快的速度提升，最終將至少達到業(yè)內(nèi)常規(guī)或“更好一點”的水平。

基辛格透露，在晶圓制造和先進封裝領域，英特爾代工的預期交易價值在很短的時間內(nèi)從40億美元提升至100億美元，如今已超過150億美元。如果以2030年前成為全球第二大代工廠來看，英特爾的目標是1000億美元。