英特爾退位,台積電稱王

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作者:宇多田

1996年,在英特爾任期最後一年仍強勢主導建立晶圓製造廠的傳奇CEO格魯夫,可能無論如何都想不到,25年後,英特爾在晶片製造上不僅出現了重大失誤,還將一部分製造業務外包了出去。

此前美國資本界在英特爾發布Q2財報後,集體震怒。

一家又一家投行陸續下調評級,分析師們退出電話會議後,紛紛撰文表示「看不到英特爾的未來」,甚至還有人放出狠話:「要看著這家美國歷史上最偉大的晶片公司逐漸步入墳墓。」

事實上,我們很久沒有見到英特爾受到這般堪稱是狂風暴雨般的指責了。

只因 CEO 鮑勃 • 斯旺在電話會議上用近1個小時闡釋了一個公司將要做出的艱難選擇:「我們的7nm晶片將至少再延遲半年,因此需要制定『應急計劃』,把部分高端晶片製造業務外包出去。」

對於英特爾和整個半導體行業來說,這幾乎是一個劃時代的決定。

這家已經成為全球半導體產業象徵的矽谷巨頭,成立50年來始終堅持晶片設計與生產製造「雙管齊下」,擁有覆蓋整個產業鏈(設計、生產製造、封裝測試)的強大業務實力。

而這種「一個都不放棄」的模式,與當下垂直分工的行業趨勢完全背道而馳。

▲圖片來自經濟學人:英特爾既是晶片設計公司,AMD、英偉達、華為都劃歸在這個領域;也是生產製造工廠,這個領域裡有台積電、三星、格羅方德、中芯國際等晶圓製造廠;還擁有自己的封測廠(在大陸有設廠),封裝測試自己的晶片,這個細分行業有日月光、長電科技等頭部企業。

上世紀90年代起,AMD等企業紛紛因成本壓力被迫分離出自己的晶圓製造業務,專心搞設計。

最後,只剩下英特爾(還有三星)仍然堅持自己建廠自己造晶片,並將此標榜為自己的最大優勢。

據說擁有自己代工廠的最大好處,是可以找到根據處理器設計調整流程的方法。

他們每一任CEO為每一代產品站台時,都會釋放一條不變的信息:只有將最先進的製造工藝掌握在自己手裏,才能做出最好的處理器。

但這一50年的堅持,就在兩周內被打破了。

按照英特爾內部一開始的規劃,7nm晶片應該在2021年推出。

但現在,你要在2022年底或2023年初才能看到這枚晶片。

對比之下,他在PC市場的老對手AMD早在2019年就宣布,由台積電代工的Zen架構第四代5nm處理器將會在2021年推出。

因此,製造工藝明顯出現了問題的英特爾,不得不「求助」於像台積電這樣的晶片製造代工廠。

在發布消息後第二天,英特爾股價大跌近18%,從60美元斷崖式下落到50美元,創5個月以來單日最大跌幅。

對於市值2000億美元的英特爾來說,這次暴跌讓市值蒸發了大約15%;而在過去兩周,英特爾股價持續低迷,一直在48美元左右徘徊。

從這一點來看,這家長期被金融界追捧的半導體巨頭,的確做出了一次近乎斷臂式的選擇。

另一邊,英特爾在不同核心垂直業務上的兩個最大對手——AMD(設計)與台積電(製造)的當天股價漲幅,均超過10%。

繼美國媒體的狂轟濫炸後,中國台灣媒體繼續「接力」。

他們爆出英特爾已向台積電訂購了將於2021年生產的18萬塊6nm晶片,後者在2021年上半年之前的先進位程產能已經被預定一空。

如今,追隨蘋果、高通、英偉達、AMD、聯發科等設計公司加入台積電「VIP俱樂部」的英特爾,終於不再是最特別的那個。

這一事實讓大部分分析師下了一個結論:

除了晶片設計能力欠佳的三星,世界再無覆蓋全產業鏈的頂級晶片企業。

半導體產業徹底進入「垂直分工」的全盛時代。

「台積電已經取代英特爾,成為這個超過4000億美元市場的中心和風向標,美國晶片時代已經結束了。」一位彭博分析師沮喪地指出。

錯過EUV,搶回時代

在半導體行業,技術門檻,某種程度上決定著收入門檻,製造工藝更是如此。

歷史上,制程工藝升級的每一個重要技術節點,都伴隨著大量企業拔地而起,也會有大量企業就此消亡。

就連台積電在走到0.15微米制程節點,因沒有及時掌握銅布線技術,導致大量訂單被搶,遭受過外界自成立以來的最大質疑。

而錯過EUV(極紫外光刻)技術,就是英特爾在10nm制程節點遭遇的一場「劫難」。

工藝的升級與摩爾定律有關:一塊集成電路上可容納的電晶體數目,約每隔18~24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。

因此,從14nm、7nm再到5nm,每一次縮短晶片制程(單位:微米μm、奈米nm),相當於在一塊同等大小的晶片上,塞進更多電晶體。這樣可節省更多時間和能量,運行效率也就更高。

但這也意味著,製造工藝的難度將呈指數級變大。

新技術的「摻入」,成為縮小制程數字的關鍵。

在EUV技術被採用前,各大晶圓廠光刻晶圓的方法是採用DUV(深紫外線)。

但這項技術在縮進位程到DUV25nm時,就停滯不前了。

不過,實力強大的英特爾憑借雙工作台模式(自校準雙重圖形),又利用DUV技術把制程往前推到了10nm,但這已到達極致。

這個時候,業內普遍認為只有EUV技術,能夠滿足10nm以下的晶圓製造,甚至可以向5nm、3nm沖刺。

但是EUV需要極為精準的光源,整個光刻過程實現難度極高。

在2019年之前,仍無一家晶圓廠完全掌握這項關鍵技術。

然而,就是在10nm這個關鍵制程節點上,一直跑在最前面的英特爾,卻選擇了與台積電以及三星截然不同的技術路線——

為了繞過EUV,他們採用了最新工藝——自校準四重圖形(SAQP)技術。

此外,他們也在互連層啟用了一種叫做「鈷」的材料做導線,替代了「銅」這種成熟材料。

2017年,他們在IEEE國際電子組件會議(IEDM)高調展示了這些技術,以彰顯自己是多麽與眾不同。

而3年過去,結果說明了一切。

截止目前,只有在2019年取得EUV技術重大突破的台積電,具備了數據還不錯的10nm以下晶片產量和功率特性。

而另一家使用EUV技術的三星一直被傳產量存在問題。

「14nm用自校準雙重圖形時,一開始的產量很差,所以才造成了兩個季度的延遲。但後來所有問題都慢慢解決了,所以問題才不嚴重。」 一位行業人士透露,14nm的延遲自然影響到了10nm,但制程技術問題一直是最大的隱患。

而那時,恰逢英特爾拼了老命都要擠入移動市場,啥都想做。

所以,工程師們那時接到的「命令」是,要做出可以適配移動設備、電腦以及伺服器的一系列產品,而且一定要比競爭對手好。

「為了達到管理層設定的目標,製造團隊就必須更有創造性。為了實現目標,他們採用了一堆『前無古人後無來者』的新生產技術。除了SAQP和鈷,還用釕做襯墊,用鎢做觸點……

然而這些嘗試幾乎都沒有成功。就拿材料來說,相比銅,鈷的延展性和導熱性很差,而且極其脆弱,導致晶圓上的電壓極其不穩定,進一步降低了性能和功耗。」

一堆新技術的混合調制,成了將10nm工藝推入深淵的炸彈級操作。

有工程師透露,2018年英特爾10nm晶片剛量產時,實際良率低於1%,功耗甚至高於22nm。

「從決定半導體行業發展的本質來看,EUV決定了英特爾與台積電之間的成敗。」

2018年12月,英特爾終於對外改口,只要EUV技術成熟且成本大幅降低,他們就會使用EUV技術生產7nm晶片。

但這個模糊的說法遭到了當時分析機構的質疑,因為他們徹底錯過了2016~2018年台積電、三星等企業大力研發EUV技術的黃金時期。

「三星如果產量都有問題,那英特爾可能會更慢一些,它缺少台積電和三星的經驗。」 一位半導體從業者認為,英特爾也許會趕上,但絕對不輕鬆。

「雖然EUV技術還沒有為大批量生產做好準備,特別是英特爾這種晶片出貨量極大的公司。但英特爾對EUV采取的策略是十分危險的。這相當於你在祈求老天『讓別人都失敗吧』,而不是指望自己獲得成功。」

有人把英特爾錯過EUV的原因,總結為「過於雄心勃勃」。

但是在面對技術節點的選擇時,的確有時候更像是一種「賭博」——

如果英特爾應用在10nm上的製造工藝成功了,那麽他們在行業裏將保持至少2年的領先優勢;而失敗了,則需要坦然面對與台積電平起平坐,甚至向後者俯首稱臣的結果。

在半導體行業,企業最好的衡量標準只有一個,那就是「競爭」。

現在來看,英特爾就像是一直在試圖製造出最好的槍,向月亮射擊;但台積電,卻趁此登上了月球。

工藝落後4年?

2019年初,臨危受命接任英特爾CEO的斯旺,曾試圖在同年Q3電話會議上「挽回人心」,承諾英特爾將不再「擠牙膏」,已開始大批量生產10nm處理器,甚至準備再開一家工廠。

「我們從10nm失敗的工藝找到了問題,已經從根本上改進了製造技術。推出產品的節奏將會重新回到摩爾定律的軌道上來看,每2~2.5年引入新的制程,重新奪回Top1的地位。」

從下面這張去年10月英特爾發布的制程節點進度圖來看,非常明顯,他們停留在14nm節點上的時間足足有5年。

雖然這個「 」號的疊加意味著14nm產品在不斷迭代,產品品質也最終獲得了市場驗證。

但也有工程師向虎嗅指出,這是行業裏慣用的做法,相當於「一種製造工藝設計工具包的升級」,沒有太大意義。

正是由於14nm的延遲在前,下一代10nm晶片也從2015年開始多次宣布延遲。

▲圖片來自英特爾

這不僅意味著英特爾在那時候就已經有些「脫軌」摩爾定律,也給AMD留出了充足的逆襲時間

讓這家在當時瀕臨破產的晶片設計公司,成長為當下英特爾在PC等多個市場最為忌憚的競爭對手。

但是,有分析師僅僅通過數字之間的差距(兩個制程節點),就認為「剛量產10nm的英特爾與大規模量產5nm晶片的台積電中間的差距有4年」,那麽就是大錯特錯了。

雖然行業預設半導體製造工藝制程越小越好,但不意味著每一家晶圓代工廠的工藝標準是相同的。

而業內熟知,英特爾對製造工藝的標準制定一直相對激進,要求也更高

甚至有工程師嘲笑外界的無知:「英特爾10nm工藝的電晶體密度是台積電10nm工藝的兩倍,已經不是一個秘密。」

對於製造工藝來說,電晶體大小在某種程度上不是唯一的決定因素,它們之間的互連也不能忽略。

相比其他晶圓廠,英特爾晶片上的互連間距更小,密度更高。

參與研發過TPU,對製造工藝非常熟悉的芯英科技創始人楊龔軼凡提醒我們,「7nm」這個數字並不完全與電晶體的尺寸有關。

「英特爾的10nm晶片對標的其實是台積電的7nm,甚至比後者的7nm都好。」

也正是這個原因,被很多終端用戶戲稱為「英特爾祖傳工藝」的14nm,依然在性能的某些方面可以完勝AMD的部分7nm產品。

譬如,在2018年一個項目中,AMD的7nm伺服器晶片EPYC被曝不敵英特爾14nm的Cascade Lake處理器。

如今,英特爾仍然靠14nm產品牢牢占據伺服器市場大部分份額,這充分證明了這家老牌巨頭強大的工程實力。

「同樣的制程,英特爾產品的性能一直都更好,所以10nm在2019年底量產了,晚點就晚點吧。但這次再度延遲的7nm晶片,才是英特爾真正意義上的『落後』。」 他告訴虎嗅。

因為台積電的5nm晶片已經開始大規模量產了。

「個人認為英特爾的製造工藝大約落後台積電6~12個月左右。」 一位晶片工程師認為,雖然半導體製造市場也一直存在「嚴重的市場營銷和宣傳錯誤」,但這次,比起台積電和三星的習慣性吹噓,英特爾的10nm晶片的確遲了。

2018年,英特爾工程師曾對外解釋過,他們對10nm的電晶體密度和製造材料要求太高,以至於超過了對節點本身的追求,才選擇延遲發布。

「如今10nm仍然受良率和產能所限,才迫使他們將一部分製造任務分出去。但7nm將採用EUV技術,或許會有扳回一局的機會。」一位工程師特別指出,這次交給台積電的6nm訂單,其實相當於英特爾的10nm工藝。

但這絕不意味著英特爾會把自己所有高端晶片訂單都交給台積電,因為台積電也有自己的顧慮,它需要更多時間來增加產能。

「按照英特爾的出貨量,如果要完全滿足英特爾對高端晶片(7nm以下)的全部需求,台積電需要5~8年的時間來建造額外的晶圓廠,台積電能投入那麽多錢嗎,不一定。」他指出,

因此,這也是外界猜測英特爾將來會在一段時間內採用「製造 外包」這種混合模式的重要原因之一。

有分析師預計,分散一部分製造壓力,會讓英特爾在產品性能方面重新領先於對手。

「外包可以大幅節省成本,聚焦於更先進的制程。對於增加現金流,保證在激烈市場競爭下毛利率沒有劇烈波動,是極有好處的。」

事實上,英特爾多年來一直在委托台積電製造自己的部分非先進位程產品,從沒有100%自己造晶片一說。

英特爾總裁格魯夫1988年走馬上任時,曾到中國台灣參觀台積電。

當時正值英特爾砍掉伺服器,集中精力搞CPU的關鍵時期。

台積電趁此說服他把一部分製造業務交給了台積電。

同時,作為行業水平最一流的晶圓製造廠,英特爾也給台積電的產線解決了200多個問題,自此台積電的製造能力第一次得到了認證。

譬如多年來,英特爾等面向醫療成像以及打印機等終端產品的Arria系列SoC FPGA 硬核處理器,就是交給台積電代工的。

▲圖片來自英特爾

當然,這次很不一樣。

因為英特爾把代表了自己製造工藝尊嚴的高端產品線分了出來。

這標志著,英格爾首次主動承認自己的生產能力已落後於台積電。

但能不能追上,就要看他們能不能搶回「錯過EUV的那些時光」了。

大象轉身

造就企業某個成功節點的原因,必然是一項牽一發而動全身的「系統工程」,那麽失敗也同樣如此。

僅在7nm晶片延遲消息發布後3天,英特爾首席工程師兼總裁 Renduchintala為此「背鍋」,宣布離職,英特爾也因此重組了技術團隊。

此前,英特爾的製造業務由他統籌管理。

需要注意的是,在他辭職前一個月,另一位天才級晶片設計大師Jim Keller剛剛從英特爾離開,而再往前推2年,他們的前任 CEO 科再奇因突然被爆「出軌」而被迫離職。

這讓很多人從制程工藝路線上的決策失誤上,看到了背後隱藏的團隊問題。

早在今年3月,現任CEO斯旺就曾通過紐約時報,向外界曝光了英特爾不太光鮮的企業文化——很多自滿的管理者們在內部為預算而互相爭斗,甚至有些人會隱瞞自己得到的有效信息。

「我們的團隊正在改善設計與製造工程師團隊之間的合作,他們近年來一直都在彼此疏遠。」 他承認,英特爾有些問題已經根深蒂固了。

但這個情形對於晶圓製造行業來說是不可思議的。

因為台積電無論是工藝還是良率的提升,都是靠蘋果、高通等公司的頂級晶片設計師幫忙調出來的。

「我們有世界上最聰明的人,毫無疑問。但問題仍然是,你如何讓他們朝同一方向劃船?」

有在英特爾制程開發工廠工作過的人曾爆料,公司在2014年前後解雇了大量有經驗的工程師。

目前,很多博士生被聘用後在產線工作,沒有太多產線經驗。

「如果有經驗的人指導他們,相信很多工作會做的更好,但很多人離開了。」

但有人看到了更深層次的問題。

一位半導體從業者認為,作為全世界資源最豐厚的半導體企業,卻沒有趕上GPU、移動以及AI晶片等任何一次產業變革,根本原因在於:

「大公司的整個決策、邏輯、運營方式,已經不再那麽鼓勵變革性創新了,更多選擇的是迭代,這也是他們在14nm上糾纏過久的原因之一。所以他們攻占新市場的唯一方法,只有『買』。」

幾乎所有個人電腦處理器愛好者都清楚,從2008年推出個人電腦微處理器酷睿 i5 一舉擊敗AMD後,在此後長達10年的時間裡,幾乎在PC市場沒有任何競爭對手的英特爾就放慢了創新腳步。

很顯然,與之密切相關的製造工藝也一定會放慢腳步。

「一方面是大公司都有的弊病,辦事低效,傲慢輕敵。」 有行業人士向虎嗅指出,這些問題都能在英特爾身上看到,但並不多。

「另一方面,他們站在頂端太久了。畢竟AMD是從跌到幾十億美元的市值一路浴血奮戰上來的,而英特爾長期處於高位,不知愁滋味,即便他們在各種新市場做了很多事。」

但是,對於大公司來說,如果長時間在無人區跑,方向性錯誤可能是致命的,CEO需要在這方面負主要責任。

「你想想,除了自英特爾歷史上最有名的創始三傑——諾伊斯、摩爾與格魯夫,之後有沒有讓人印象深刻的CEO名字?

從英特爾錯過移動時代開始,就預示著他們會有這樣的一天。」 他感嘆。

美國的憂慮

正如前面有華爾街分析師哀嘆「美國晶片時代徹底結束」。

一位國內行業人士給出了相同的看法:

「如果說以前全球只有一個國家能夠把半導體產業全鏈條全部吞下,就是美國。為什麼?因為有英特爾。只要沒有英特爾,美國就不具備半導體全產業鏈的能力。」

所以,如果英特爾未來某天徹底放棄晶圓製造,那麽美國就失去了徹底可以與其他國家硬抗的核心力量之一。

有意思的是,就在英特爾宣布「將借助外援代工晶片」這個爆炸性消息之前,美國剛剛成功「強迫」台積電耗資120億美元在亞利桑那州建廠。

他們在過去幾個月,密集發布了一系列半導體製造工廠扶持計劃,包括向格羅方德等本土二流晶片製造工廠註資,努力扶正這些虧損企業東倒西歪的身子。

而英特爾的這一決定,顯然與美國政府的意願相悖。

特別是美國半導體產業協會(SIA,值得注意,英特爾創始人之一諾伊斯是這個協會的第一任主席)在6月發布了一份名為《加強美國半導體工業基地分析與建議》的報告,指出:

美國在晶片製造方面嚴重依賴亞洲供應商,這是美國在這個產業上的弱點。

從長期來看,中國大陸準備通過補貼大力建設60多家新晶圓廠,甚至會在2030年會成為全球最大的晶片製造國,占比翻番,這是對我們非常不利的。

這可能導致我們失去了中國市場佔有率的同時,中國自己的份額會有進一步增長。因此我們需要大量公共與私人投資。」

▲圖片來自SIA在2020年6月發布的報告

目前,美國僅占全球半導體製造產能的12%,相比之下,超過50%由位於中國台灣的台積電包攬,而中國大陸雖然沒有在先進位程上占據優勢,但憑借「量大」,也在2019年拿下17%的全球份額

但如今,被寄予厚望的中芯國際正在接收來自政府與股民源源不斷的資金,其他晶圓廠也正在陸續拔地而起。

從國家長期科技戰略來看,美國的確需要對不利局勢擔憂。

因此,他們特意在文件中指出「要資助建立先進的邏輯晶片生態系統,特別是EUV工藝和7nm以下的製造技術」。

「站在國家戰略角度,英特爾也不可能放棄晶圓製造。」 一位產業分析師告訴虎嗅,在解決掉產品延期和量產問題後,英特爾可能會在3~5年內重新掌握最先進的晶圓製造技術。

不過SIA也承認,試圖將世界上最復雜、成本最高的供應鏈完全局限在本土,是不切實際的。

「但是,半導體技術對於國家經濟和安全的重要性,我們認為通過投資加固半導體工業基礎,保持技術領先,是非常有必要的。」

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