擠慣了牙膏的英特爾也有「殺瘋了」的一天?
兩個月前,當載著全球首台0.55NA EUV光刻機零件的卡車,出現在英特爾位於俄勒岡州的廠區時,半導體產業開始討論未來英特爾在晶片製程上追趕台積電的可能。然而,英特爾向世界表露了遠不止於此的野心。
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北京時間2月22日凌晨,英特爾召開了首屆Intel Foundry Direct Connect大會,與以往專注於產品展示和技術分享的活動不同,本次會議只有一個主題—晶片代工。
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圖片來源:Intel
在半導體產業鏈中,晶片代工是個不折不扣的「重要且枯燥」的環節,但這次活動所展現的亮點,隨便拎出一項都足以讓人感到驚訝:
- 採用Intel 18A製程(1.8奈米級)的Clearwater Forest至強處理器已完成流片,1.4奈米級的Intel 14A製程首次亮相。
- 首推AI晶片的系統級代工模式,提供從工廠網路到軟體的全端式最佳化。
- 已成功拿下微軟的晶片訂單,將採用Intel 18A代工。
- 代工服務的IP、EDA合作夥伴,包括新思科技、Cadence、西門子、Ansys、Lorentz、Keysight表示工具和IP都已準備就緒。
值得一提的是,活動現場英特爾也宣布了與ARM達成合作,未來將支援為基於ARM架構的SoC(系統級晶片)提供代工服務,這種強烈的違和感,就連前來站台的ARM執行長Rene Hass都打趣地說:
“感覺就像在Windows上運行iTuns一樣奇怪。”
過去一周,當全世界都在討論Sora的革命性進步時,英特爾悄悄拿出了應對AI算力需求爆炸的完整解決方案,再一次證明了這位昔日芯片行業霸主的地位。
IDM 2.0,絕境逢生?
當提起英特爾時,人們通常會習慣性地把它與英偉達或AMD做對比,但實際上,英特爾在半導體產業中的發展路徑與後兩者截然不同,一個最本質的差異是英特爾是業內少數採用IDM模式的晶片廠商。
所謂IDM,就是指從設計、製造、封裝測試到銷售自有品牌IC都一手包辦。
與之相對應的,一類是諸如英偉達、AMD的Fabless廠商,他們只做晶片的IC設計,晶片製造環節完全交由代工廠完成。另一類則是以台積電、格芯為代表的Foundry廠商,他們負責晶片的代工及封裝環節。
這種分工模式的好處在於,Fabless廠商無需承擔動輒數十億美元的產線建設成本,Foundry廠商也不需要維持體量龐大的產品開發團隊,可以專注於製程的提升。
這種分工明確且有效率的產業鏈上下游關係,是維持摩爾定律在今天仍能存續下去的前提條件。因此,現今仍在採用IDM 模式的晶片廠商某種程度上其實是「非主流」的存在。
而英特爾的商業模式則更「邪門」。
現任CEO帕特·基辛格在2021年上任後,提出了「IDM 2.0模式」。即堅持自己生產晶片的同時,也為第三方晶片設計公司提供代工服務,同時把部分製程晶片交給其他代工廠,來實現對自家製程的補充。
這個設想聽起來很美好,但即便是完全不了解晶片產業的人也能夠察覺到一絲端倪:第三方晶片設計公司,他們的產品可能本來就與英特爾存在競爭關係,那麼他們要如何放心把晶片製造環節交由後者呢?
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英特爾接收的全球首台0.55NA EUV微影機,圖片來源:Intel
打一個比方,這就像是蘋果對微軟說,“我們正在升級MacOS系統,如果有需要的話,也可以幫你一起開發Windows系統。”
還有一個無法忽略的問題是,晶片代工產業是個典型的「重資產、長週期」產業,如果建設能夠承接第三方晶片設計公司的產能,勢必會讓前期成本大幅增加,這一點在去年的多份財報中都已經有所體現,例如在2023年第二季度,英特爾在整體營業利潤率為33%的情況下,其負責晶片代工業務的IFS部門利潤率為-28%,嚴重拖累集團業績表現。
因此,在IDM 2.0概念被提出後,外界的質疑聲始終沒有中斷。
而在去年6月,意識到IFS部門已成為沉重負擔後,英特爾選擇了將該部門拆分出去,未來將獨立運營,並在財報中單獨核算損益。
在同一時間,半導體產業也迎來了一場巨變。
隨著算力需求在全球範圍內的激增,負責AI晶片代工的主要大廠台積電出現明顯的產能瓶頸問題,例如CoWoS先進封裝的月產能至今維持在1.3-1.5萬塊(晶圓),而其中部分產能還要被蘋果M1 Ultra等晶片分走,因此在2023年下半年,出現了英偉達高效能運算卡交貨週期普遍延長至12-16個月的情況。
考慮到目前具備先進製程的廠商,無外乎台積電、英特爾、三星電子三家,且三星電子的在5奈米製程節點後的良率問題至今仍是個謎,英特爾成為晶片設計廠商為數不多的代工可選項。
這也是英特爾此時提出「AI晶片系統級代工」的底氣所在。
潑天富貴,英特爾能接住嗎?
儘管眼下的英特爾似乎佔據天時地利,但這家公司現在有實力在代工行業中大展拳腳嗎?如果單以市佔率來看,根據TrendForce的統計數據,英特爾在全球晶片代工業佔比僅1%。
不過,就技術而言,英特爾仍然算得上是業界的領先者。
首先是其製程流程目前處於穩定推進狀態。在2021年7月,英特爾曾公佈了「四年五製程節點」的計劃,即利用四年時間推進Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A和Intel 18A五個過程節點,目的是到2025年重新獲得全球晶片代工的製程領先性。
就目前已公開的資訊來看,兩款以Intel 3為基礎的產品Sierra Forest和Granite Rapids已經分別完成流片及設計認證後的試生產工作。「埃米級」的Intel 20A及Intel 18A也預計在今年投入生產。
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英特爾製程節點規劃圖,圖片來源:Intel
值得一提的是,這兩個製程節點將搭載,可能是英特爾未來十年最重要的兩項技術:RibbonFET閘極全環繞場效應管,以及PowerVia背部供電網路。
簡單來說,前者可以推動晶片上的電晶體尺寸進一步微縮;後者則是將晶片的電源線及訊號線移植到晶圓背後,降低功耗。
這兩項底層技術共同奠定了英特爾代工業務的技術基座,也確保了摩爾定律仍可延續。
當然,眼下業界還不大需要如此高精尖的技術,畢竟AI從業人員所依賴的主力晶片——英偉達A100,其製程也不過7奈米。
而就短期來看,AI產業可能更需要英特爾在封裝環節的技術累積。
在本次會議上,英特爾宣布將FCBGA 2D+納入英特爾代工先進系統封裝及測試的技術組合中。這一組合將包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB、Foveros和Foveros Direct技術。
這一連串晦澀難懂的技術名詞,讓英特爾具備了滿足不同代工客戶的異質集成需求,也讓來自不同供應商、用不同製程節點打造的「芯粒」能夠更好地協同合作。
這裡有必要解釋下「芯粒」的概念:可以簡單地理解為一種小型的模組化晶片。它對於AI產業的意義在於,能夠將CPU、GPU、NPU高速連接在同一個系統中,大幅提升異構核之間的傳輸速率,在提高資料存取速度的同時,降低資料處理功耗。
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英特爾2.5D封裝產線,圖片來源:Intel
此外,英特爾也為AI晶片創業公司,如近期風頭正盛的Groq和SiMa.AI,這些潛在的新創公司客戶做足了準備。這些公司普遍認為專用晶片比通用晶片效率更高,因此在產品研發上也多集中於建構專門用於某些架構的晶片,但問題在於這些新創公司在晶片版圖設計上可謂五花八門。
因此,在本次會議上前來為英特爾月台的合作夥伴中,可以看到晶片產業內的「EDA五巨頭」(新思科技、Cadence、西門子、Ansys、Lorentz)悉數到場,以展示英特爾為各型軟體及工具認證做出準備。
總的來說,無論是製程製成或封裝技術,亦或是開發工具,英特爾已初步具備「AI晶片的系統級代工」能力,但英特爾自此之後真的可以高枕無憂了嗎?
顯然不是,一個最直接的隱患在於,儘管晶片代工部門未來在財報上將獨立核算,但產線的前期建設及調試費用依然需要英特爾支付。
這將是一筆天文數字。就目前英特爾官方揭露的專案進度來看,這家公司未來將分別在波蘭、以色列和德國共投資626億美元,用於晶圓代工產線興建。在晶片補貼法案的資金遲遲無法到位的情況下,這些投資幾乎完全需要由英特爾承擔。
另外不得不提的一點是,英特爾CEO帕特·基辛格曾多次表示,獨立之後的晶片代工部門與晶片設計部門完全切割,後者在有代工需求時將評估市場上的不同方案,綜合成本選擇代工廠,絕對公平競爭。
基辛格的確做到了。目前,英特爾內部代號為「Arrow Lake」與「Lunar Lake」的兩款處理器的Computer Tile部分就是交給了台積電代工。
但長此以往,如果英特爾自家處理器的核心模組都是由台積電代工完成的,其他Fabless廠商又如何能放心地將訂單交給英特爾呢?這恐怕是英特爾代工部門不得不考慮的問題。