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英特尔芯片工艺的“掉队”究竟意味着什么？

在芯片制造核心的工艺上 ， 曾经领先的英特尔如今失去了优势 。
2020年7月24日 ， 英特尔公布了2020年第二季度财报 。 财报透露 ， 由于7nm制程良率不理想 ， 英特尔的7nmCPU产品较先前预期推迟了大约6个月 。 英特尔首席财务官乔治·戴维斯（GeorgeDavis）接受采访时说 ， 在7nm芯片制造工艺技术中发现一种“严重缺陷” ， 英特尔正在进行调整 。
这是英特尔第二次推迟7nm量产 ， 较原先计划一共延期一年 。 英特尔的7nm芯片 ， 预计不会早于2022年下半年推出 。 尽管英特尔Q2在数据中心和存储业务板块的收入大幅增长 ， 但推迟7nm量产消息仍让其股价在24日收盘时下跌超过16% 。
自主生产和代工制造之别
【英特尔芯片工艺的“掉队”究竟意味着什么？】财报电话会议上 ， 英特尔透露“可能会将主要零部件生产外包” 。 今年3月摩根士丹利一次会议上 ， 乔治?戴维斯对投资者承认 ， 公司已经落后于竞争对手台积电 ， 要追赶上至少需要2年时间 。
7月27日 ， 台湾《工商时报》报道 ， 英特尔与台积电达成了协议 ， 后者将在2021年为前者代工18万片6nm晶圆 。 晶圆是制作芯片所用的硅晶片 ， 通常一片晶圆可以切出几十个芯片 。
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（晶圆）事实上 ， 英特尔找台积电代工的消息 ， 此前早已多次传出 ， 并且集中在6nm的GPU上 ， 并未涉及CPU产品 。 目前 ， 英特尔和台积电都没有证实代工6nm芯片的传闻 。
要知道 ， 英特尔一直引以为傲的 ， 就是其领先的芯片制造能力 。 彭博社发表评论 ， 英特尔考虑外包这一决定“预示着美国统治半导体行业时代的终结” ， “此举可能会在硅谷以外引起反响 ， 影响全球贸易” 。 一些动作已经反映出这个现象：在美国商务部压力下 ， 今年5月台积电表明会在美国兴建一个工厂 ， 用以生产最先进的5nm制程芯片 。
英特尔和台积电分别是芯片行业两种分工模式的典型 ， 前者代表了IDM模式 ， 后者则是垂直分工模式一个重要环节 。
IDM ， 全称IntegratedDeviceManufacture（整合元件制造商） ， 意指一家公司包办芯片设计全流程 ， 从设计、制造、封装测试到最后销售 。 除了英特尔 ， 三星也采用了这种模式 。
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（芯片制造流程）而垂直分工模式里 ， 有的集成电路公司只做芯片设计和销售 ， 没有芯片制造工厂（Fabrication ， 简称Fab） 。 这种公司通常称之为Fabless ， 高通、英伟达、AMD和华为海思都是这种类型 。
帮别人制造芯片、不设计芯片的厂商则叫Foundry（晶圆代工厂） ， 典型厂商的有台积电和中芯国际 。 事实上 ， 这种模式的开创 ， 正是得益于台积电这种纯晶圆代工厂的设立 。
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很多曾经IDM模式的美国芯片公司 ， 已经陆续关掉或出售其在美国国内的工厂 ， 转而让亚洲的代工厂生产 。 只有英特尔一直坚持着IDM模式 ， 这家公司认为同时兼顾设计和制造 ， 两方面都能相互促进 。
得益于这种模式 ， 在过去30多年里 ， 英特尔长时间处于技术领先地位 。 但从投入层面来看 ， IDM模式需要大量资金 ， 一条生产线动辄几亿美金 ， 门槛非常高 ， 对行业新进入者不友好 。
而垂直分工模式把设计和制造分离 ， 负责芯片设计的 ， 把方案做出来 ， 交给纯代工的专业Foundry去制造 ， 让芯片行业的准入门槛一下子就降低了很多 。 AI芯片领域有这么多创业公司 ， 正是得益于这种模式 。
但垂直分工模式也有弊端 ， 最先进制造工艺的产能是有限的 ， 只有苹果、AMD、华为和高通这种订单量大的芯片设计厂商 ， 才能争取到排期靠前的产能 。 另外 ， 代工厂也会因为一些非商业因素 ， 拒绝某家芯片设计厂商的订单 。 一个最近的例子是 ， 台积电迫于美国商务部制裁华为的压力 ， 已经暂时拒绝了华为的新订单 。
台积电从追赶到超越
在芯片制造行业 ， 评价一家工厂水平高低的主要标准 ， 是其制程工艺 ， 现在通常以“Xnm”的形式表示 。
制程工艺数字越小 ， 意味着能在更小体积的芯片中塞进更多晶体管 ， 并且运算性能更高、耗电量更小 。 比如 ， 5nm比7nm先进 ， 7nm比10nm先进 。 大名鼎鼎的“摩尔定律” ， 描述的就是制程工艺之迭代：单位面积上晶体管数量 ， 每两年（也有说法是18个月）增加一倍 。
1987年 ， 台积电刚成立时 ， 制程工艺远不如英特尔 ， 落后两代之多 。 当时 ， 台积电的工艺是3μm（微米 ， 1微米=1000纳米） ， 而英特尔在1979年推出8086处理器时 ， 就采用了3μm工艺 。 1985年 ， 英特尔已经把工艺推进到了1μm 。
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但经过多年积累后 ， 台积电在智能手机时代追上了英特尔 。
需要说一下的是 ， 由于命名上的混乱 ， 台积电和英特尔在制程工艺节点上并不能划等号 。 一位半导体从业者“蜀山熊猫”概括道：大致认为英特尔的10nm=台积电的7nm ， 英特尔7nm=台积电/三星5nm（台积电和三星是一样的） 。 英特尔的工艺不商用 ， 不开放 ， 所以不能直接套用商用节点分类 。
2017年 ， 台积电开始量产10nm工艺 ， 此时英特尔是14nm 。 2018年 ， 台积电开始大规模量产7nm 。 一年后 ， 英特尔实现10nm芯片量产 。 这个阶段两家制造实力基本持平 。
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但这样的局面很快就被打破 。 2020年4月 ， 台积电的5nm制程工艺进入量产阶段 。 而英特尔与之相对应的7nm ， 内部目标是2020年中开始量产 ， 却一而再地推迟 。 据英特尔2020年第二季度财报 ， 7nm芯片要到2022年下半年才能亮相 。 这样一来 ， 英特尔便实实在在地落后于台积电 。
面对这样的形势 ， 英特尔已经开始做出改变 。 7月27日周一 ， 英特尔宣布首席工程师穆西·伦杜钦塔拉（MurthyRenduchintala）将离职 ， 其领导的TSCG（科技、系统架构和客户事业群）将划分为五个团队 ， 新领导直接向CEO鲍勃·斯旺（BobSwan）汇报 。
离职的穆西被认为是英特尔的二号人物 ， 他曾负责调制解调器 ， 但该业务最终以10亿美元卖给了苹果 。 在英特尔工作了24年的安?凯莱赫（AnnKelleher）将领导7nm和5nm芯片开发 。 她之前是英特尔制造部门负责人 ， 领导10nm制程的升级工作 。


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