製程之爭背後有玄機：英特爾真的較AMD失去創新力了嗎？

近期，隨著AMD晶片出貨量的增加、7nm節點晶片的發布以及股價的上漲，英特爾承受了較大的輿論壓力。

其中最典型的評論就是英特爾在AMD面前，失去了創新力（例如製程上，10nm屢屢推遲，不及AMD的7nm等），並開始失去市場份額。

事實真的如此嗎？

製程數字遊戲早是業內共識 台積電也不例外

既然業內多數的評論集中在AMD率先採用7nm節點，並以此認為英特爾相較AMD已經失去創新力，那咱們就從製程的角度看看，英特爾是何時被業內視為製程不再領先對手的？對！就是在 14nm FinFET 這一節點上。

眾所周知，在 22nm 節點上英特爾是全球第一家量產 FinFET 3D 電晶體工藝的，彼時台積電、三星還是 28nm、32nm Bulk 工藝，英特爾遙遙領先，不過 2015 年，三星、台積電也開始量產 14nm FinFET 及 16nm FinFET 工藝，看起來好像是追平了英特爾的 14nm 工藝，也是「英特爾工藝落後」這一說法的起源。

但實際情況並非如此，英特爾在製程上，一直嚴格遵守半導體工藝微縮定律（不論是國際組織 ITRS 《國際半導體技術藍圖》還是光刻機巨頭 ASML 都是有嚴格標準）。

以此衡量，英特爾的 14nm 工藝在柵極距 (Gate Pitch)、鰭片間距 (Fin pPitch)、金屬柵距 (Metal Pitch) 等與半導體工藝微縮定律密切相關的關鍵指標都遙遙領先於其他廠商，並最終導致在決定性能的電晶體密度上，其14nm 工藝可以達到每平方毫米 3750 萬個電晶體，而三星、台積電的工藝只有 2900 萬、3050 萬個電晶體/平方毫米，只比 20nm 工藝略好。

以此考量，三星的 14nm 工藝實際上應該是 17nm 工藝，台積電的 16nm 也僅是19nm，英特爾的 14nm 工藝密度是這兩家的 1.3 倍多，優勢相當明顯。

此時，製程工藝的命名已經變成了數字遊戲。

對此，英特爾高級院士、技術與製造事業部製程架構與集成總監馬博(Mark Bohr)在2017年就不點名批評了競爭對手的做法，認為製程進一步的微縮越來越難，一些公司背離了摩爾定律的法則，即儘管電晶體密度增加很少，或者根本沒有增加，但他們仍繼續為製程工藝節點命新名，結果導致這些新的制節點名稱根本無法體現位於摩爾定律曲線的正確位置。

其實，就連目前被業內認為製程領先的台積電研發負責人、技術研究副總經理黃漢森在今年的Hotchips會議上也坦誠，儘管摩爾定律未來還會繼續有效，但現在描述工藝水平的XXnm說法已經不科學，因為它與電晶體柵極已經不是絕對相關，製程節點已經變成了一種營銷遊戲，與科技本身的特性沒什麼關係。

這是台積電首次公開承認製程衡量晶片水平的片面性。

此外，英特爾基於14nm 節點一直在演進，已經從 2015 年到 2017 年已經發展出了三代 14nm 工藝——14nm、14nm+ 及 14nm++，性能及功耗一直在改良，性能提升了 26%，功耗降低了 52%，這也是為什麼從 Skylake 處理器以來，英特爾酷睿處理器頻率一直在提升。

例如第一代 14nm 工藝的 Skylake 處理器酷睿 i7-6700K 的加速頻率不過 4.2GHz，最多 4 核 8 線程，而到了 14nm++ 工藝的 Coffee Lake 處理器中，CPU 核心數提升到了 6 核、8 核，酷睿 i9-9900K 的單核、雙核加速頻率甚至達到了 5.0GHz，這個提升幅度在改良版工藝中是無出其右的。

這也很好地解釋了，AMD採用台積電7nm節點之前，面對英特爾14nm節點，其晶片一直沒有起色的主要原因。

英特爾10nm不輸對手7nm 過度追求創新效率致推遲

按照上述半導體工藝微縮定律，英特爾14nm約等於台積電、三星「12nm」（即略遜於 10nm）；英特爾10nm等於三星 7nm和台積電 7nm+（2019 EUV）（略高於台積電第一代 7nm）。

到了10nm節點，英特人的電晶體密度為每平方毫米1.008 億個，三星 7nm 節點為每平方毫米 1.0123 億，二者基本持平；而台積電初代 7nm 節點電晶體密度為16nm 節點的約3倍、10nm 節點的1.6 倍，由此推算其每平方毫米約 8000 萬個電晶體，略低於英特爾10nm的節點水平；而 2019 年台積電採用 EUV 工藝的 N7+節點，披露電晶體密度提升 20%，由此計算電晶體密度達到每平方毫米1億個左右水平，與英特爾、三星2019年量產工藝基本一致。

這裡，英特爾10nm的製程與台積電和三星的7nm相當，甚至有所超越，而且英特爾10nm處理器已經開始出貨。

為此，TechInsight通過分析該處理器，還直接證實了上述英特爾10nm的先進性。

該分析發現，英特爾10nm工藝使用了第三代FinFET立體電晶體技術，電晶體密度達到了每平方毫米1.008億個（符合官方宣稱），是目前14nm的足足2.7倍。

相比之下，三星7nm工藝電晶體密度則是每平方毫米1.0123億個，勉強高過英特爾的10nm，至於台積電的7nm，電晶體密度比三星還要低一些。

換言之，僅電晶體集成度而言，英特爾10nm的確和對手的7nm站在同一檔次，甚至更好。

另外，英特爾10nm的最小柵極間距（Gate Pitch）從70nm縮小到54nm，最小金屬間距（Metal Pitch）從52nm縮小到36nm，同樣遠勝對手。

事實上與現有其他10nm以及未來的7nm相比，英特爾 10nm擁有最好的間距縮小指標。

由此可見，目前台積電相較於英特爾，僅是在量產時間上略占上風，而實際技術儲備差別不大。

隨之而來的問題是，英特爾的10nm節點緣何屢屢被推遲呢？

從目前看，在 7nm 節點出現了兩種技術路徑，既可以採用 193nm 波長+SAQP 四重圖案化達到所需解析度，也可採用 EUV+單次圖案化。

眾所周知，英特爾在 10nm 節點儘管特徵尺寸等同於台積電、三星 7nm 節點，但未採用波長 13nm 的極紫外（EUV）光刻技術，而是繼續採用波長 193nm 的深紫外（DUV）結合多重曝光進行光刻。

相比之下，台積電和三星選擇的是EUV+單次圖案化。

而據業內分析，英特爾 10nm 節點一再推遲，與其工藝後段採用多重四圖案曝光（SAQP）良率較低有關。

既然如此，英特爾為何還要選擇此種技術路徑呢？

首先是英特爾10nm項目開始較早，原計劃2016量產，當時EUV 尚未成熟，故英特爾選擇了 SAQP 的技術路徑。

其次是採用此種技術路徑，最小金屬間距可以達到 36nm，等同於三星採用 EUV 方法達到的效果，並明顯小於台積電多重雙圖案曝光（SADP）方法達到的40nm。

換言之，英特爾運用後段的 SAQP 方法，實現了同 EUV一樣的效果。

此處需要說明的是，最小金屬間距意味著容納更多的電晶體，這也是上述為何業內認為英特爾10nm等於三星 7nm和台積電 7nm+（2019 EUV）（略高於台積電初代 7nm））的主要原因。

最後從成本的角度考量，193i 多重圖案化在某些場景仍然是最為經濟的選擇。

根據東京電子測算的不同曝光工藝標準化晶圓成本，EUV 單次曝光的成本是 193i（DUV）單次曝光的4倍，而193i 四重圖案曝光 SAQP 是3倍，EUV 單次曝光技術的晶圓成本高於自對準四圖案曝光（193i SAQP）。

以此可以看出，採用 193i SAQP 仍然具有成本優勢。

對此，英特爾執行長鮑勃•斯旺（Bob Swan）在參加日前召開的瑞士信貸技術年度會議上也做了解釋：由於半導體工藝是逐步成熟的，一旦製造工藝不是最成熟狀態，那麼良率就會偏低，對成本產生不利影響，那麼頻繁升級新工藝就無法維持當前業務的盈利能力。

除此之外，新一代製程工藝開發需要越來越多的資金投入，這也使得回報率下降。

至此，我們不難看出，英特爾頗受創新詬病的10nm節點的一再推遲，並非像外界所言的英特爾在製程創新技術上的落後，而是其尋求創新與成本之間的最佳平衡，即英特爾站在創新ROI的角度，選擇了一種更具創新挑戰性的技術路徑，試圖將原有的技術通過創新再造價值，而這無論是對於整個產業的創新效率，還是自身獲取更大的商業價值都是大有裨益的。

其實提及創新效率，由於台積電是獨立的開放性的代工模式，其客戶來源廣泛，且需求不同，尤其是在最新製程技術的採用上，有的客戶更是不遺餘力，這使得台積電在製程上完全不像英特爾那樣設計、製造、封裝、測試等均自己來做而必須考慮創新效率。

AMD仍以低價打市場 英特爾戰略放棄份額爭奪

首先看去年開始出貨量大增的AMD。

儘管看似AMD取得了巨大的進步，但英特爾仍然是微處理器市場無可置疑的領導者。

看看他們的CPU收入部分，英特爾的絕對規模優勢變得非常明顯。

據Seeking Alpha分析師Khaveen Jeyaratnam稱，雖然AMD之前發布的銷量數據令人印象深刻，但也有一些誤導。

如果將市場份額作為營收的百分比來衡量，英特爾的主導地位似乎更強，即英特爾95.64%的市場份額遠遠高於其90.41%的銷售份額。

原因很簡單，儘管它的單位市場份額可能已被AMD奪走，但它通過推高CPU價格維持了收入增長。

例如英特爾的桌上型電腦CPU銷量同比下降了6%，但11%的價格漲幅緩解了這一趨勢。

與此同時，該分析師還分析了英特爾和AMD的137個處理器，確定了這兩家公司的平均售價(「ASP」)。

其中英特爾的產品平均售價高出228%。

雖然AMD的低價開始是為了進入英特爾控制的CPU市場的需要，但現在它已經成為公司的競爭優勢，也是其單位市場份額大幅增長的主要原因。

這種定價差異也解釋了，儘管銷量下滑，英特爾仍保住了很大一部分收入份額。

究其原因，在於英特爾致力於通過不斷創新來提供高產品性能。

例如英特爾酷睿i9-9980XE和i9-9900K的性能超過了AMD的Ryzen晶片以及許多Threadripper第二代晶片。

提及創新，魁北克大學（TELUQ）計算機科學教授Daniel Lemire曾經對比過AMD的Zen 2與英特爾2015年發布的Skylake的IPC性能。

根據他的測試，在兩個階段的測試中，AMD的Zen2架構在IPC性能上依然比Skylake弱，差距在10-15%左右。

除了上面的測試，他還測試了位集解碼（bitset decoding）的IPC性能，結果差距更為明顯，Zen2的IPC性能大概是Skylake的2/3，也就是67%左右的IPC性能。

從這些測試來看，單論微內核架構的話，英特爾在這方面依然有很強的實力，AMD的Zen2現在並不能說是超越了Skylake微內核，而後者是2015年推出的架構了。

可見英特爾在架構創新的實力。

進入到2019年，Mercury Research 提供的項數據顯示了 AMD 在三個關鍵領域的市場份額。

如果單獨觀察2019 年第一季度的數據，就會發現 AMD 的前景遠非業內評價的那般樂觀，英特爾的銷售額是 AMD CPU 銷售額的33倍，是 AMD 台式機晶片銷售額的6倍，是 AMD 筆記本處理器的近8倍。

由此看，雖然AMD採用了所謂更先進的7nm製程，但在真實的市場競爭中依然在採用低價搶市場份額。

除了低價外，英特爾執行長鮑勃•斯旺（Bob Swan）在日前召開的瑞士信貸技術年度會議上坦承（在公開場合應該是首次）不再片面地追逐CPU市場占有率，因為這樣做會損害公司的發展。

斯旺提出了讓英特爾不再局限於「CPU公司」的發展計劃，即今後英特爾的目標不再是成為最大的CPU市場規模（Total Available Market，TAM），而是只要30%的全矽（all-silicon） TAM。

由此可以看出，英特爾未來的戰略定位是成為一個超越 CPU 的公司，即以CPU為核心，但同時充分利用目前手中已經和即將推出的GPU、FPGA、AI加速器等提升在全矽領域的競爭力，這點與目前依然單純定位在純CPU與自己競爭的AMD形成了鮮明的對比和優勢。

除了戰略定位的變化，聯想到英特爾曾在世紀之交和本世紀頭十年中期依靠出色的創新及營銷策略終結過類似的競爭局面。

目前AMD增長的勢頭頗有英特爾戰略轉變主動「放水」的意味。

還有一點不容忽略的是，鑒於英特爾在PC和伺服器晶片領域市場份額不斷擴大，且領先AMD已接近15年的時間，期間經歷過AMD的反壟斷訴訟，以及近期歐盟又開始以反壟斷之名針對包括谷歌、Facebook和亞馬遜等科技企業，英特爾階段型「放水」AMD，似乎也有希望藉此規避這一輪歐盟可能啟動的針對美國大科技企業的反壟斷調查之意。

儘管如此，近期英特爾依舊在今年的IEEE國際電子設備會議（IEDM）上發布了2019年到2029年未來十年製造工藝擴展路線圖，包括2029年推出1.4納米製造工藝，以證明英特爾在製程節點持續創新的決心和能力。

綜上所述，我們認為，始於去年AMD在CPU市場份額及股價的高速增長，雖然不乏自身的創新，但與英特爾基於主、客觀原因的「放水」也密切相關。

而業內藉此認為英特爾的創新力，尤其是製程節點的創新力不及AMD，不僅有失偏頗，甚至有刻意誇大之嫌。