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競賽已經開始,“芯片之王”英特爾確掉隊了

2020-08-16
來源:21ic

在科技公司群星璀璨的硅谷,英特爾的光芒已經閃耀了多年。 從締造芯片領域金科玉律的摩爾定律,再到“奔騰的芯”,被比爾蓋茨稱為“芯片之王”英特爾幾十年來一騎絕塵,臺積電、AMD曾經都是英特爾的簇擁。而如今,兩者早已向7nm及以上更高的制程邁進。

7月24日,第二季度財報顯示,英特爾在本季度營收197億美元,凈利潤是51億美元。

在這么大的業務盤子下,英特爾Q2的營收和利潤還能分別錄得20%和22%的增長,非常難得。

然而,二季度漂亮的報表沒有如期換來股價的應聲大漲——24日,英特爾7nm制程芯片因為良率問題再次跳票,再加上英特爾的關鍵人物,首席工程師Venkata也因此離職,英特爾的股價一度下跌10%,市值蒸發250億美元。

而形成鮮明對比的是,后腳發布財報的競爭對手AMD,營收只有不到英特爾十分之一,當日盤中交易卻上漲了10%,市值甚至首次超越英特爾。

英特爾此次芯片制程技術跳票還不算尷尬,這種事以前也曾經發生過。更重要的是,英特爾對外界宣布,為了“更務實”,承認考慮把部分芯片生產交外包給第三方的傳言。

英特爾和臺積電一直是合作競爭的關系,在臺積電剛剛成立的時候,來自英特爾一部分落后制程的訂單讓臺積電逐漸走出了虧損狀態、并后續得到大廠的認可。

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不過,雙方這次的合作不太一樣。據臺灣地區媒體報道,英特爾明年將開始采用臺積電的6nm制程量產18萬片處理器或繪圖芯片。數量不低、用的工藝也是臺積電最先進的技術之一。

臺積電與英特爾之間,從以前的低端代工已經到如今的高端合作。在這場轟轟烈烈的芯片制程之爭中,后者在字面制程數字上已經被超越。

這個由英特爾主導的半導體時代已經在慢慢翻篇了。

臺積電的最初,離不開英特爾

商業上,沒有絕對的敵人也沒有絕對的朋友。說起來,臺積電的起步,也離不開英特爾最初的支持。

芯片上承載的電路寬度越小,處理器運行的速度就越快,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雜。

芯片的制程節點從微米(μm)級別,逐漸發展到現在的32/22/16/10/7/5/3nm(納米),其中常見的還有半節點28/20/14nm。

芯片制程節點 圖片來自中信證券  關于芯片電路的演化規律,仙童半導體的創始人之一、也是后來英特爾的創始人摩爾,早在1965年已經提出了沿用至今的“摩爾定律”——“半導體芯片上集成的晶體管,每隔18個月就會增加一倍”。

英特爾的第一款處理器i4004處理器,基本上都是對摩爾定律的實際檢驗。在此期間,德州儀器、IBM也有相關產品的推出。

直到1993年,英特爾標志性的“奔騰芯片”的出現,幫助英特爾在此后的數十年內成為全球最大的半導體公司,這場制程戰爭才真正開始——這也是臺積電的翻身之年。

大國崛起的歷史輪回總是在不斷重復。

上世紀80年代末,美日貿易戰背景之下,美國的半導體產業開始轉移,而在美國對日本的打擊之下,臺灣地區的半導體產業得到起步機會。

臺積電也是在這個背景之下才得以起步。不過,在最初的幾年,臺積電的產能不足、良率太低、一直處于虧損狀態。

如今被譽為“芯片大王”的臺積電創始人張忠謀,當時費了九牛二虎之力拿下了來自英特爾一部分單子。當時,比英特爾落后多代的臺積電并不足為患,在美國打擊日本扶持臺灣地區產業的風向之下,英特爾也幫助臺積電量產了0.8μm技術。有了英特爾大廠背書,臺積電同年又拿下了來自意法半導體、博通和英偉達的單子,成為一家真正意義上的芯片代工廠。

英特爾也沒閑著。“奔騰”CPU和微軟的windows95實現了軟硬件的綁定,構建的win-tel聯盟是個人PC時代最強大組合。之后,英特爾又高舉高打,研發了新的處理器品牌“至強”和“賽揚”,分別進入專業處理器/低端處理器領域,對個人電腦市場進行全面侵蝕。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。

半導體路線之爭:代工崛起,IDM退潮

半導體行業有三種生產模式,一種是以為海思/聯發科/高通為代表的Fabless模式,即無工廠的芯片供應商,只負責芯片的設計和銷售,把芯片所需的生產/測試/封裝環節外包;第二種是以臺積電為代表的Foundry代工廠模式,和前者收尾呼應,這種模式的公司承接多家設計公司的制造任務。

第三種是以德州儀器、英特爾、三星為代表的IDM模式,承接了芯片從設計到制造到封裝的所有環節。在集成電路行業發展的早期,企業一般都是用這種大包大攬的IDM模式。

不過,造芯太難又太貴,IDM模式縱能把握全局,但建產線的回報率又太低。到了最近幾年,除了英特爾還堅持芯片的自研自產自銷,其他公司如果沒有足夠的資金根本玩不轉。半導體行業必然走向精細的社會分工。

在英特爾和臺積電最初的合作中,英特爾毫無疑問擁有壓倒性話語權。

不管是臺積電還是三星,對英特爾/IBM為首的美國半導體公司技術依附都很強。與《瓦爾納協議》異曲同工,IDM廠商為了保證自己的技術領先優勢,不可能把最新一代的技術透露給代工廠方。所以臺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。

在博弈當中,代工方們都想成為IDM廠商的附手而不是附庸。為了實現更快的技術追趕,臺積電也在通過和其他各大IDM廠商的深度合作,擺脫對英特爾的技術依賴。

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臺積電工廠 圖片來自官網  1998年,臺積電就提出了“群山計劃”,給德州儀器、摩托羅拉等5家半導體巨頭的實際訂單需求,調整自己的技術升級、提升產能。這也幫助臺積電形成了一個正向的循環——更深入了解了上游的需求,可以更好生產訂單,也有了資本繼續打磨后續技術、提升產線的良品率,進而可以再獲得更多的訂單,繼續分攤掉高昂的技術成本。

進擊的臺積電成為各大IDM廠商們在生產上的后備力量,在多番努力下,1999年臺積電也也首次和英特爾在0.18μm制程上對齊——這當然還是紙面上的,此時的臺積電因為良率問題,實際上還處于追趕階段。

后來,臺積電的飛升既不離不開當時負責人蔣尚義的決策,也離不開阿斯麥(ASML)的支持——這是一家從飛利浦脫胎的光刻機設備生產商。

2002年的45nm、以及如今的5nm,在半導體的發展中是兩個大門檻。其中的突破分別需要用到ASML生產的浸潤式光刻機和極紫光刻機(EUV)。

ASML的首臺浸潤式光刻機,是和臺積電聯合研發的,極紫光刻機的研發也是和三星/臺積電/英特爾共同出錢——前者幫助英特爾在內的所有廠家集體跨過45nm量產考驗,在如今大多數廠家都選擇放棄7nm以上先進制程的研發的背景下,臺積電也是擁有最多EUV資源的廠家,ASML也最先幫助臺積電在先進制程上快速取得突破。

ASML光刻機 圖片來自網絡  目前,CPU主要是Fabless+Foundry的垂直分工模式,英特爾與英偉達、AMD之間的競爭,本質上其實是英特爾作為IDM與臺積電的競爭。而最近幾年來,英特爾采用第三方代工的次數越來越多,其中不止是因為產能問題,還有技術因素,也表明英特爾的IDM模式正在撕開重整。

而在此之前其他IDM廠家已經陸續改革了,比如AMD就在2009年剝離CPU生產業務成立了格羅方德(格芯),IBM在2014年也已經逐漸賣掉多項“不太重要”的業務,其中就包括晶圓廠。

對于英特爾這家稱霸數十年的芯片公司來說,模式的調整始終不是一個輕松的改變。

英特爾變慢,臺積電猛追

英特爾如今在先進制程上落后不是一朝一夕的結果。

一個很有意思的例子是,2017年臺積電成立30周年慶典上,蘋果、高通、博通、英偉達、安謀、ASML等公司的高管都來到臺灣,單獨拎出來一個,放在現在都是產業鏈上的重磅玩家。

盟友、競爭對手都齊了,唯獨缺了英特爾。

臺積電的模式,注定了它需要和行業對手一起共同合作,而“獨自奮戰”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,這個名稱源于時鐘秒針行走時的聲響。每個tick代表更新制程工藝,tock表示架構提升。

一個tick-tock是一個周期,耗時兩年,也基本對應摩爾定律18個月迭代下一代制程的速度。

2014年,是英特爾和臺積電真正拉開差距的一年。彼時英特爾進入14nm時代,卻決定“擠牙膏”,把兩年的周期調整為三年,在原來“制程工藝--架構”的基礎上插入了一年的優化期。

但在實際操作上,英特爾在芯片制程上的進階周期又被一次次拉長——原計劃在2016年就應該推出的10nm制程最后拖到了2019年才面世,2019年就應該推出的7nm制程技術也因此被一拖再拖。

與此同時,包括三星,臺積電的10nm制程都是在2017年量產的,后者最早用在蘋果A11的芯片上(搭載的機型有iphone8/8plus/X),7nm是在2019年量產,5nm是在2020年,3nm也有了初步進展。

英特爾也意識到了這一點,所以在晶體管密度提升上也做了很多工作。有學者也指出,英特爾10nm制程上的晶體管密度其實是臺積電和三星同等級的兩倍,并約等于臺積電7nm的密度。

英特爾需要在密度上保持優勢,臺積電也需要用快速躍進的制程來扳回一程。

競賽已經開始。

在英特爾為代工奔走的時候,臺積電的產能,尤其是5nm制程的產能已經被蘋果、華為海思提前占位。英特爾的難題是,在上一代芯片制程產能緊俏的情況下,7nm制程技術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能幫助。雖然制程掉隊,顯然用戶也沒有必要為英特爾感到可惜。


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