從摩爾定律到擠牙膏，英特爾終於承認自己落後了

文 | 黃天然

英特爾終於承認自己落後了。

近日，英特爾財務長喬治·戴維斯在摩根史坦利TMT會議上對投資者發表講話時坦言，10nm晶片所帶來的利潤收益，將不及22nm，更不及14nm。

「10nm不會成為英特爾歷史上市場表現最好的工藝節點，它的產量也將低於14nm和22nm，我們預估在2021年年底前邁入7nm時代，並提供更卓越的性能表現。

」戴維斯說。

2019年5月，英特爾推出了第一代10nm處理器Ice Lake，而這距離其14nm處理器量產已有5年之久。

去年7月，AMD推出7nm製程的Zen 2微架構的銳龍三代處理器。

至少從名義製程上來看，英特爾已然落後。

目前看來，英特爾要到2021年底運用極紫外光刻（EUV）技術推出下一代7nm晶片時，才能在工藝水準上追平競爭對手。

但是到了那個時間節點，台積電和三星可能都已經量產了製程更先進的5nm晶片。

從「領跑者」到「追趕者」，英特爾如今壓力山大。

英特爾製程工藝王座不保

2007年起，電腦處理器「行業老大」英特爾就定下「Tick-Tock」戰略，嚴格遵循著兩年升級一次處理器晶片架構及製程工藝的計劃。

這正是英特爾創始人戈登·摩爾提出的「摩爾定律」——每過2年，半導體晶片上集成的電晶體和電阻數量就將增加一倍。

依靠這樣的疊代速度，競爭對手跟不上英特爾的腳步紛紛出局，電腦處理器廠商，只剩下AMD在苦苦支撐。

而英特爾幾乎統治著全球電腦處理器數百億美元的市場，完全把控著市場產品更新換代的節奏。

2012年4月，英特爾22nm製程的 Ivy Bridge第二代酷睿處理器上市兩年半之後，台積電才上馬20nm工藝；2014年，英特爾推出全球首塊14nm晶片Broadwell之時，AMD由台積電代工的16nm FinFET處理器晶片正陷入「跳票」困境。

然而，在從14nm進入10nm製程節點的路途上，英特爾卻遇到了史無前例的大麻煩，兩年升級一次晶片架構和製程工藝的進程一再拖延，以至於落下「牙膏廠」的外號。

直到2018年，英特爾才推出了10nm微處理器Cannon Lake，但這款產品並不成熟，僅用在一款中低端筆電中，由於性能不及預期且良率太低，這款10nm處理器最終沒有大規模量產。

與此同時，智慧型手機處理器市場卻異軍突起。

2016年10月，三星宣布量產全球首個10nm SoC晶片，搶先一步攻下10nm系統晶片製程。

2017年，台積電也成功量產10nm晶片。

自此，在手機SoC領域，三星Galaxy S8、蘋果iPad 2，iPhone 8以及iphone X系列都開始應用10nm製程晶片。

而在電腦處理器領域，「千年老二」AMD在台積電的加持下，也在製程工藝上反超了英特爾，於2019年1月推出了7nm銳龍三代系列處理器。

發布會現場，AMD展示了銳龍三代超越英特爾酷睿i9-9900K的性能跑分，英特爾終於敗下陣來。

當電腦處理器晶片進入「7nm」時代，甚至向「5nm」衝擊時，英特爾才剛剛邁入10nm節點，巨大的工藝優勢幾乎已被消耗殆盡。

也許英特爾自己也沒有想到，從14nm到量產10nm晶片的歷程竟是如此艱難。

晶片工藝節點進程滯緩，也影響了英特爾的市場表現。

據Steam硬體調查報告統計的數據，從2018年9月到2020年2月，英特爾電腦處理器的市場份額呈下跌態勢，從83.5%下降到了78.1%。

AMD正在挑戰英特爾的市場控制力，尤其是在Linux系統用戶群體中，AMD銳龍系列處理器的使用比例已占到了27.4%。

玩不轉的「老大哥」

製程工藝陷入落後，一部分要歸咎於英特爾集成化的生產模式。

英特爾創辦51年來，一直是一家集成化的元件生產廠（integrated device manufacture，簡稱IDM），從設計到製造、封裝測試全都一手包辦。

這種模式的好處顯而易見，一方面可以嚴格保障晶片設計和製造的專利，留住大部分利潤，另一方面可以控制產業鏈上下游，建立起很高的行業壁壘，把控市場中產品更新速度，通過新品疊代節奏擠兌競爭對手。

然而，隨著晶片製程節點逐漸縮小，這種模式近年來有點「玩不轉」了。

當製程進入10nm、7nm，晶片工藝不可避免地受到微觀物理規律的影響，近乎物理極限的柵極距離有賴於新的工藝，製造成本也加速上漲，動輒上千億元的流片成本，新一代光刻技術的應用，都讓傳統IDM模式的廠商難以負擔。

AMD設計了銳龍Ryzen處理器之後，由格羅方德和台積電代工製造，而英特爾則受集成思維的限制，堅持認為晶片設計和生產製造應該處於永遠同步的狀態。

為保持較高良率和市場利潤，綜合考慮投入收益比，英特爾認為最佳的策略是堅持在原有模式上改進，而非投入風險較高的新製程處理器研發。

後續推出的14nm+的Kaby Lake、14nm++的Coffee Lake都是基於最初14nm Sky Lake版本架構上的更新，而沒有重構級別的製程疊代。

而智慧型手機處理器的爆發也讓英特爾始料不及。

智慧型手機處理器與桌面電腦處理器架構不同，但功耗更低、且性能提升的空間巨大，對於先進位程工藝的要求也更高。

受手機市場激烈競爭驅動，蘋果、三星、華為等廠商是以每年一代的速度更新疊代，這也讓台積電等晶圓代工廠迅速崛起，進一步推動了晶片工藝製程的突飛猛進。

台積電目前已經可以提供5nm晶圓代工服務，目前將試產蘋果A14處理器，良率已突破八成。

2019年10月，由於各大智慧型手機廠商對7nm製程晶片代工需求激增，台積電市值一路高漲，以300億美元超過英特爾，位列全球半導體行業第一位。

英特爾也試圖涉足智慧型手機處理器領域，但耗資上百億美元也未成功，只能在巨虧中忍痛退出，基帶晶片業務也全部被蘋果收購。

如何找回昔日的榮光

在此次摩根史坦利TMT會議上，英特爾財務長戴維斯也表示英特爾將「迎頭趕上」，新一代改良的10nm+製程工藝的Tiger Lake處理器將會在今年底推出，同時會加快7nm和5nm產品的研發進程，重奪製程工藝的領導地位。

從英特爾公布的製程工藝路線圖來看，下一個十年將告別「擠牙膏」：

2021年，英特爾計劃應用極紫外光刻技術EUV進入7nm製程時代；

2023到2029，每兩年都將讓光刻技術實現一次升級，完成7nm+、7nm++、5nm、3nm、2nm的研發；

2029年，建立1.4nm製程的處理器晶片。

不同製程的晶片疊加在一起同時研發，意味著資金和人力都將倍增，而英特爾已經做好為此投入的準備。

而據國外科技媒體TechRadar消息，英特爾正在也正在尋求模式轉變。

2021年，英特爾準備將6nm晶片製造外包給台積電生產，2022年進一步使用台積電代工的3nm晶片，目前正在對其進行測試。

分析人士預測，首款外包給台積電的晶片將是Intel Xe DG2圖像處理器（GPU），台積電在代工GPU方面已有經驗。

這一消息，並沒有得到英特爾和台積電的官方證實，因此英特爾最終是選擇台積電的代工，還是自己研發生產還將未能下定論。

但對於英特爾而言，外包生產無疑是超越AMD等競爭對手最經濟、最快速的手段，是萬般無奈之下的最終選擇。