在科技公司群星璀璨的硅谷,英特爾的光芒已經(jīng)閃耀了多年。 從締造芯片領(lǐng)域金科玉律的摩爾定律,再到“奔騰的芯”,被比爾蓋茨稱(chēng)為“芯片之王”英特爾幾十年來(lái)一騎絕塵,臺(tái)積電、AMD曾經(jīng)都是英特爾的簇?fù)怼6缃?,兩者早已?nm及以上更高的制程邁進(jìn)。
7月24日,第二季度財(cái)報(bào)顯示,英特爾在本季度營(yíng)收197億美元,凈利潤(rùn)是51億美元。
在這么大的業(yè)務(wù)盤(pán)子下,英特爾Q2的營(yíng)收和利潤(rùn)還能分別錄得20%和22%的增長(zhǎng),非常難得。
然而,二季度漂亮的報(bào)表沒(méi)有如期換來(lái)股價(jià)的應(yīng)聲大漲——24日,英特爾7nm制程芯片因?yàn)榱悸蕟?wèn)題再次跳票,再加上英特爾的關(guān)鍵人物,首席工程師Venkata也因此離職,英特爾的股價(jià)一度下跌10%,市值蒸發(fā)250億美元。
而形成鮮明對(duì)比的是,后腳發(fā)布財(cái)報(bào)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD,營(yíng)收只有不到英特爾十分之一,當(dāng)日盤(pán)中交易卻上漲了10%,市值甚至首次超越英特爾。
英特爾此次芯片制程技術(shù)跳票還不算尷尬,這種事以前也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)。更重要的是,英特爾對(duì)外界宣布,為了“更務(wù)實(shí)”,承認(rèn)考慮把部分芯片生產(chǎn)交外包給第三方的傳言。
英特爾和臺(tái)積電一直是合作競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系,在臺(tái)積電剛剛成立的時(shí)候,來(lái)自英特爾一部分落后制程的訂單讓臺(tái)積電逐漸走出了虧損狀態(tài)、并后續(xù)得到大廠的認(rèn)可。
不過(guò),雙方這次的合作不太一樣。據(jù)臺(tái)灣地區(qū)媒體報(bào)道,英特爾明年將開(kāi)始采用臺(tái)積電的6nm制程量產(chǎn)18萬(wàn)片處理器或繪圖芯片。數(shù)量不低、用的工藝也是臺(tái)積電最先進(jìn)的技術(shù)之一。
臺(tái)積電與英特爾之間,從以前的低端代工已經(jīng)到如今的高端合作。在這場(chǎng)轟轟烈烈的芯片制程之爭(zhēng)中,后者在字面制程數(shù)字上已經(jīng)被超越。
這個(gè)由英特爾主導(dǎo)的半導(dǎo)體時(shí)代已經(jīng)在慢慢翻篇了。
臺(tái)積電的最初,離不開(kāi)英特爾
商業(yè)上,沒(méi)有絕對(duì)的敵人也沒(méi)有絕對(duì)的朋友。說(shuō)起來(lái),臺(tái)積電的起步,也離不開(kāi)英特爾最初的支持。
芯片上承載的電路寬度越小,處理器運(yùn)行的速度就越快,但芯片面積所限,要在正方形上塞入更多電路,電路的直徑就要更小,需要的工藝也就越復(fù)雜。
芯片的制程節(jié)點(diǎn)從微米(μm)級(jí)別,逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的32/22/16/10/7/5/3nm(納米),其中常見(jiàn)的還有半節(jié)點(diǎn)28/20/14nm。
芯片制程節(jié)點(diǎn) 圖片來(lái)自中信證券 關(guān)于芯片電路的演化規(guī)律,仙童半導(dǎo)體的創(chuàng)始人之一、也是后來(lái)英特爾的創(chuàng)始人摩爾,早在1965年已經(jīng)提出了沿用至今的“摩爾定律”——“半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管,每隔18個(gè)月就會(huì)增加一倍”。
英特爾的第一款處理器i4004處理器,基本上都是對(duì)摩爾定律的實(shí)際檢驗(yàn)。在此期間,德州儀器、IBM也有相關(guān)產(chǎn)品的推出。
直到1993年,英特爾標(biāo)志性的“奔騰芯片”的出現(xiàn),幫助英特爾在此后的數(shù)十年內(nèi)成為全球最大的半導(dǎo)體公司,這場(chǎng)制程戰(zhàn)爭(zhēng)才真正開(kāi)始——這也是臺(tái)積電的翻身之年。
大國(guó)崛起的歷史輪回總是在不斷重復(fù)。
上世紀(jì)80年代末,美日貿(mào)易戰(zhàn)背景之下,美國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)移,而在美國(guó)對(duì)日本的打擊之下,臺(tái)灣地區(qū)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到起步機(jī)會(huì)。
臺(tái)積電也是在這個(gè)背景之下才得以起步。不過(guò),在最初的幾年,臺(tái)積電的產(chǎn)能不足、良率太低、一直處于虧損狀態(tài)。
如今被譽(yù)為“芯片大王”的臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀,當(dāng)時(shí)費(fèi)了九牛二虎之力拿下了來(lái)自英特爾一部分單子。當(dāng)時(shí),比英特爾落后多代的臺(tái)積電并不足為患,在美國(guó)打擊日本扶持臺(tái)灣地區(qū)產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向之下,英特爾也幫助臺(tái)積電量產(chǎn)了0.8μm技術(shù)。有了英特爾大廠背書(shū),臺(tái)積電同年又拿下了來(lái)自意法半導(dǎo)體、博通和英偉達(dá)的單子,成為一家真正意義上的芯片代工廠。
英特爾也沒(méi)閑著。“奔騰”CPU和微軟的windows95實(shí)現(xiàn)了軟硬件的綁定,構(gòu)建的win-tel聯(lián)盟是個(gè)人PC時(shí)代最強(qiáng)大組合。之后,英特爾又高舉高打,研發(fā)了新的處理器品牌“至強(qiáng)”和“賽揚(yáng)”,分別進(jìn)入專(zhuān)業(yè)處理器/低端處理器領(lǐng)域,對(duì)個(gè)人電腦市場(chǎng)進(jìn)行全面侵蝕。有了微軟的支持,英特爾的芯片席卷全球,成為最大的芯片制造商。
半導(dǎo)體路線之爭(zhēng):代工崛起,IDM退潮
半導(dǎo)體行業(yè)有三種生產(chǎn)模式,一種是以為海思/聯(lián)發(fā)科/高通為代表的Fabless模式,即無(wú)工廠的芯片供應(yīng)商,只負(fù)責(zé)芯片的設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售,把芯片所需的生產(chǎn)/測(cè)試/封裝環(huán)節(jié)外包;第二種是以臺(tái)積電為代表的Foundry代工廠模式,和前者收尾呼應(yīng),這種模式的公司承接多家設(shè)計(jì)公司的制造任務(wù)。
第三種是以德州儀器、英特爾、三星為代表的IDM模式,承接了芯片從設(shè)計(jì)到制造到封裝的所有環(huán)節(jié)。在集成電路行業(yè)發(fā)展的早期,企業(yè)一般都是用這種大包大攬的IDM模式。
不過(guò),造芯太難又太貴,IDM模式縱能把握全局,但建產(chǎn)線的回報(bào)率又太低。到了最近幾年,除了英特爾還堅(jiān)持芯片的自研自產(chǎn)自銷(xiāo),其他公司如果沒(méi)有足夠的資金根本玩不轉(zhuǎn)。半導(dǎo)體行業(yè)必然走向精細(xì)的社會(huì)分工。
在英特爾和臺(tái)積電最初的合作中,英特爾毫無(wú)疑問(wèn)擁有壓倒性話語(yǔ)權(quán)。
不管是臺(tái)積電還是三星,對(duì)英特爾/IBM為首的美國(guó)半導(dǎo)體公司技術(shù)依附都很強(qiáng)。與《瓦爾納協(xié)議》異曲同工,IDM廠商為了保證自己的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),不可能把最新一代的技術(shù)透露給代工廠方。所以臺(tái)積電最初也只能接觸到英特爾一部分比較落后制程的代工任務(wù)。
在博弈當(dāng)中,代工方們都想成為IDM廠商的附手而不是附庸。為了實(shí)現(xiàn)更快的技術(shù)追趕,臺(tái)積電也在通過(guò)和其他各大IDM廠商的深度合作,擺脫對(duì)英特爾的技術(shù)依賴(lài)。
臺(tái)積電工廠 圖片來(lái)自官網(wǎng) 1998年,臺(tái)積電就提出了“群山計(jì)劃”,給德州儀器、摩托羅拉等5家半導(dǎo)體巨頭的實(shí)際訂單需求,調(diào)整自己的技術(shù)升級(jí)、提升產(chǎn)能。這也幫助臺(tái)積電形成了一個(gè)正向的循環(huán)——更深入了解了上游的需求,可以更好生產(chǎn)訂單,也有了資本繼續(xù)打磨后續(xù)技術(shù)、提升產(chǎn)線的良品率,進(jìn)而可以再獲得更多的訂單,繼續(xù)分?jǐn)偟舾甙旱募夹g(shù)成本。
進(jìn)擊的臺(tái)積電成為各大IDM廠商們?cè)谏a(chǎn)上的后備力量,在多番努力下,1999年臺(tái)積電也也首次和英特爾在0.18μm制程上對(duì)齊——這當(dāng)然還是紙面上的,此時(shí)的臺(tái)積電因?yàn)榱悸蕟?wèn)題,實(shí)際上還處于追趕階段。
后來(lái),臺(tái)積電的飛升既不離不開(kāi)當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)人蔣尚義的決策,也離不開(kāi)阿斯麥(ASML)的支持——這是一家從飛利浦脫胎的光刻機(jī)設(shè)備生產(chǎn)商。
2002年的45nm、以及如今的5nm,在半導(dǎo)體的發(fā)展中是兩個(gè)大門(mén)檻。其中的突破分別需要用到ASML生產(chǎn)的浸潤(rùn)式光刻機(jī)和極紫光刻機(jī)(EUV)。
ASML的首臺(tái)浸潤(rùn)式光刻機(jī),是和臺(tái)積電聯(lián)合研發(fā)的,極紫光刻機(jī)的研發(fā)也是和三星/臺(tái)積電/英特爾共同出錢(qián)——前者幫助英特爾在內(nèi)的所有廠家集體跨過(guò)45nm量產(chǎn)考驗(yàn),在如今大多數(shù)廠家都選擇放棄7nm以上先進(jìn)制程的研發(fā)的背景下,臺(tái)積電也是擁有最多EUV資源的廠家,ASML也最先幫助臺(tái)積電在先進(jìn)制程上快速取得突破。
ASML光刻機(jī) 圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò) 目前,CPU主要是Fabless+Foundry的垂直分工模式,英特爾與英偉達(dá)、AMD之間的競(jìng)爭(zhēng),本質(zhì)上其實(shí)是英特爾作為IDM與臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)。而最近幾年來(lái),英特爾采用第三方代工的次數(shù)越來(lái)越多,其中不止是因?yàn)楫a(chǎn)能問(wèn)題,還有技術(shù)因素,也表明英特爾的IDM模式正在撕開(kāi)重整。
而在此之前其他IDM廠家已經(jīng)陸續(xù)改革了,比如AMD就在2009年剝離CPU生產(chǎn)業(yè)務(wù)成立了格羅方德(格芯),IBM在2014年也已經(jīng)逐漸賣(mài)掉多項(xiàng)“不太重要”的業(yè)務(wù),其中就包括晶圓廠。
對(duì)于英特爾這家稱(chēng)霸數(shù)十年的芯片公司來(lái)說(shuō),模式的調(diào)整始終不是一個(gè)輕松的改變。
英特爾變慢,臺(tái)積電猛追
英特爾如今在先進(jìn)制程上落后不是一朝一夕的結(jié)果。
一個(gè)很有意思的例子是,2017年臺(tái)積電成立30周年慶典上,蘋(píng)果、高通、博通、英偉達(dá)、安謀、ASML等公司的高管都來(lái)到臺(tái)灣,單獨(dú)拎出來(lái)一個(gè),放在現(xiàn)在都是產(chǎn)業(yè)鏈上的重磅玩家。
盟友、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都齊了,唯獨(dú)缺了英特爾。
臺(tái)積電的模式,注定了它需要和行業(yè)對(duì)手一起共同合作,而“獨(dú)自?shī)^戰(zhàn)”英特爾,卻在悄悄變慢。
最早2007年英特爾歸納出了“tick-tock”的模式,這個(gè)名稱(chēng)源于時(shí)鐘秒針行走時(shí)的聲響。每個(gè)tick代表更新制程工藝,tock表示架構(gòu)提升。
一個(gè)tick-tock是一個(gè)周期,耗時(shí)兩年,也基本對(duì)應(yīng)摩爾定律18個(gè)月迭代下一代制程的速度。
2014年,是英特爾和臺(tái)積電真正拉開(kāi)差距的一年。彼時(shí)英特爾進(jìn)入14nm時(shí)代,卻決定“擠牙膏”,把兩年的周期調(diào)整為三年,在原來(lái)“制程工藝--架構(gòu)”的基礎(chǔ)上插入了一年的優(yōu)化期。
但在實(shí)際操作上,英特爾在芯片制程上的進(jìn)階周期又被一次次拉長(zhǎng)——原計(jì)劃在2016年就應(yīng)該推出的10nm制程最后拖到了2019年才面世,2019年就應(yīng)該推出的7nm制程技術(shù)也因此被一拖再拖。
與此同時(shí),包括三星,臺(tái)積電的10nm制程都是在2017年量產(chǎn)的,后者最早用在蘋(píng)果A11的芯片上(搭載的機(jī)型有iphone8/8plus/X),7nm是在2019年量產(chǎn),5nm是在2020年,3nm也有了初步進(jìn)展。
英特爾也意識(shí)到了這一點(diǎn),所以在晶體管密度提升上也做了很多工作。有學(xué)者也指出,英特爾10nm制程上的晶體管密度其實(shí)是臺(tái)積電和三星同等級(jí)的兩倍,并約等于臺(tái)積電7nm的密度。
英特爾需要在密度上保持優(yōu)勢(shì),臺(tái)積電也需要用快速躍進(jìn)的制程來(lái)扳回一程。
競(jìng)賽已經(jīng)開(kāi)始。
在英特爾為代工奔走的時(shí)候,臺(tái)積電的產(chǎn)能,尤其是5nm制程的產(chǎn)能已經(jīng)被蘋(píng)果、華為海思提前占位。英特爾的難題是,在上一代芯片制程產(chǎn)能緊俏的情況下,7nm制程技術(shù)還能能多大程度依靠自己的工廠,以及第三方還能給英特爾提供多大的產(chǎn)能幫助。雖然制程掉隊(duì),顯然用戶(hù)也沒(méi)有必要為英特爾感到可惜。