除了最先进的EUV，英特尔制程反超台积电还有哪些招数？

在半导体领域，英特尔(34.02,0.65,1.95%)一直是无法忽视的存在，无论是X86还是CPU，都是这个美国芯片巨头最亮眼的名片。不夸张地说，英特尔的发展史，基本上可以代表整个半导体行业的发展史。但近些年，英特尔在强手如云的半导体行业却频频失意。首先是制造工艺推进不顺，导致先进制程被台积电(97.25,-0.61,-0.62%)反超，这不仅让英特尔被调侃为“牙膏厂”，也让AMD(110.95,0.70,0.63%)等对手趁机借助台积电的先进制程“蚕食”英特尔的份额，就连苹果(191.94,-1.19,-0.62%)也“一气之下”转投ARM阵营，自研CPU。在最近这轮大模型爆火的过程中，英伟达凭借在GPU领域的地位出尽了风头。要知道，三年前英伟达才首次实现对英特尔市值的反超，如今英伟达市值突破万亿美元，8倍于英特尔。尽管大模型仍然离不开CPU，但相比于“出圈”的英伟达，英特尔这轮存在感的确不高。虽然放在当下，英特尔依然是半导体行业重量级的选手，但行业内外更关注的是，这个昔日的“芯片王者”如何才能重回巅峰。就在上个月，英特尔宣布调整产品业务部门与制造部门间的合作方式，将制造部门的损益单独核算，目标是2030年成为第二大外部代工厂。而根据第三方数据，今年一季度，台积电在全球晶圆代工领域的份额超过了60%，三星的份额虽然出现明显下滑，但仍然有12.4%，并且台积电和三星已经宣称实现了3nm制程的量产。在这个“老三只能喝西北风”的芯片代工行业，英特尔如何从对手那里争夺客户，也成为外界关注的焦点。针对英特尔目前的行业处境，以及该公司未来如何实现重要目标等相关话题，观察者网近期对英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强进行了深度专访，他在采访过程中详细阐述了英特尔重回行业领先地位的关键点，以及对英特尔坚持IDM模式的思考。英特尔中国研究院院长宋继强英特尔中国研究院院长宋继强以下是专访实录：观察者网：长期以来，英特尔都是半导体市场的主要参与者。但在近些年，台积电在制程上超越了英特尔，Arm架构CPU的成长势头也很快，同时英伟达也在不断凭借GPU抢走英特尔的存在感。在您看来，英特尔未来如何重返巅峰，或者说重现往日的辉煌？宋继强：首先，制程上的领先地位是一定要拿回来的，因为这个是基础。很多架构优化带来的效果，比制程带来的效果要少很多。一旦前进到一个新的制程节点，它自然而然就可以帮你提高很多计算效率，降低功耗和最后的成本，因为成本取决于芯片的面积，这是很清楚的。前些年英特尔在制程方面，尤其是14nm到10nm的过程中产生一些滞后，这基本是由于英特尔在使用EUV极紫外光刻机技术上晚了一些。由于英特尔在做很多制程规划时看得较早，在英特尔开始去定义新制程的时候，EUV还不成熟，所以就没有把它作为一个可用选项。但是在推进制程的过程中，由于没有使用EUV，导致很多额外步骤的增加，以及产生良率问题，最后产品也相应有些延迟，这是双重效应。明确发现这个问题后，我们采取的措施是，首先要尽快在Intel 4中全面采用EUV，这个已经在做，所以Intel 4和Intel 3属于全面采用EUV的节点，晶体管性能也会非常优秀。第二，我们接下来还会使用更高级的EUV，也就是高数值孔径EUV。因为随着晶体管尺寸的进一步缩小，不用高数值孔径EUV就会更难达到特征线宽，也会使良率和整个生产流程比较复杂。所以英特尔和ASML早就达成协议，第一批将高数值孔径EUV用在整个制程生产流程中。此外，从Intel 20A制程节点开始，我们还使用了新的全环绕栅极（GAA）晶体管RibbonFET和背部供电技术Powe(0.2671,-0.00,-1.62%)rVia，这些都可以非常有效地缩小晶体管体积，又能保证设计达到很好的良率。这两个技术都很重要，都是属于革命性的技术。要是去查学术资料的话，这些技术想法都是在十几年前提出的，要逐渐把它应用到真正的量产流程中是很困难的，因为要从材料、制造工艺、生产良率上全部做起来。目前来讲，我们对“四年五个制程节点”的整体进展是很有信心的，所以2024年Intel 20A就可以先推出，然后很快会过渡到作为Intel 20A提升的Intel 18A，进一步提升制程上的良率和晶体管的质量。对在Intel 18A这个节点上拿回制程的领先性，我们现在很有信心，大家可以拭目以待。在制程领域拿回领先地位后，就是架构设计。英特尔在新的服务器处理器和PC、笔记本处理器当中，都在全面使用模块化（tile-based）方案，把很多小功能单元灵活地集成在一起，并且可以根据不同的使用导向，有的用性能核，有的用能效核，这样按照需要就可以组合出不同种类的产品，架构上就更加灵活了。以前更多是一个大的单芯片设计，现在在设计复杂度上增加了，而模块化本身就是基于Chiplet的思路，也会很考验是否能在封装上做好。英特尔还有一个杀手锏，我们在先进封装领域也有很多自有创新技术，这部分也非常重要，因为在未来需要做多个不同尺寸、来自不同厂商的芯粒的互连，还要能够保证类似以前单芯片级别的传输带宽、功耗、信号质量，这是很不容易的事情。目前来讲，英特尔已在2.5D先进封装技术，就是EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）技术和Foveros 3D先进封装技术上都有产品出来了，也就是说这些路都走通了，都能达到较高的良率。观察者网：可以说制程是英特尔重回领先的基础？宋继强：制程是非常重要的一个点，所以英特尔CEO经常强调，四年五个节点一定要执行出来，而不只是在PPT上秀出来。制程领先性拿回来后，很多东西就顺理成章可以实现，包括我们制程做好以后，一些大客户就开始使用，IFS（英特尔代工服务）的生意也就起来了。观察者网：说到制造，最近英特尔对产品和制造部门进行调整，在这种“内部代工模式”中，制造比以前更独立了，但好像还没有完全把制造给剥离出去。宋继强：不是剥离。观察者网：外界也十分关注，英特尔为什么不放弃IDM模式，走一种更轻资产的模式，您也提到，IDM其实是一个内部更好协同的办法。宋继强：英特尔核心技术的积累，是来自于生产制造里非常多的长期积累，那是很根本的东西，而且未来拥有这样能力的公司是越来越少了，越来越难了。每一个新技术的导入，我们知道像TD（Technology Development，技术开发）部门，他们至少是五年以上，才能知道这个技术能不能真的用到产线里面，形成比较高良率的技术点。现在能看到学术界一些技术说得非常多，但学术界的东西是非常单点的实验，而且它不考虑量产。要真正做到量产级别，还能跟其他各个工艺流程很好地融合，跟那些软件、控制融合，是一个很难的过程。所以在英特尔，基辛格之所以回来提出IDM2.0，他肯定不想（把制造）分拆出去，而且这个是根本、核心的要务，要把它做好，我们还需要通过开放的系统级代工模式，把英特尔原来的一些优势开放出去。首先，代工本身就需要靠很多不同的应用来测试它，提升它的效率和服务水准。因为英特尔以前内部的生产制造，只是服务我们几个产品线的部门，所以整个流程上，包括服务方式上，跟外部的代工还是很不同的。就像以前，要让英特尔拿一个IP出来给别人用，它可能半天拿不出来。因为以前都是揉在整个流程里边的，让它专门拿出一个给外部客户用，这些接口的重新定义都要花好多时间。2023年一季度，全球晶圆代工市场份额图源：TrendForce2023年一季度，全球晶圆代工市场份额图源：TrendForce但现在重新布局之后，首先也让不同部门之间会有更清晰的技术、财务方面的接口，可以减少以前各种各样的互相揉在一起的情况，比如到底说这个东西的延迟，是怪你还是怪我，就说不清楚，包括一些成本核算问题。这也是为了进一步增强未来作为一个主流代工厂的基础，因为工厂都是这些工厂，只不过有些提供给内部的产品部门，有些是要提供给外部，这就意味着必须要达到外部代工厂的服务水准和效率。英特尔提出的系统级代工，除了晶圆制造、先进封装之外，它还往上去做生态，做芯粒Chiplet的生态，做软件异构的生态，包括未来怎么去很好地设计基于多芯片封装的方案，还有很多工具，我们的很多工具未来可以分享给我们的客户，比如说怎么样去构造一个包含不同制程的芯片系统，不管是从技术复杂度，还是它的整个生命周期的成本来讲，让最终的芯片产品是最划算的，只有英特尔这样有实际产品经验的公司才能提供这样的工具。观察者网：这种调整是不是意味着，英特尔在制造这一块，以前是有一部分专门服务于产品部门，现在调整完之后，英特尔产品部门就相当于是制造部门的一个客户了？宋继强：产品部门有自己更大的自由度了，例如如果说觉得我们内部制造不够好，它还可以选择外部制造。IDM2.0是双向的，我们既可以对外提供代工服务，同时我们的产品部门如果说觉得外部成本更低的话，也可以选择友商代工，因为都是独立核算损益的。观察者网：最近英特尔在全球到处建厂，您对这个问题有什么样的看法？虽然说未来芯片需求是确定的，但是现在包括台积电也在扩产，会不会造成一个产能过剩的问题？宋继强：产能过剩应该不是一个大问题，因为现在我们都知道数字化转型趋势是不会变的。现在AI计算，包括未来新的5G、智能驾驶、元宇宙各种各样的应用，对芯片的需求量是很大的。这两年是因为经济大环境不好被压制住了，一旦恢复起来之后，需求量都会起来，毕竟我们要去做各种各样的基础设施建设，未来要靠芯片去支撑的各种应用是很多的。英特尔晶圆代工服务英特尔晶圆代工服务而且现在开始建厂，真正拿到产能至少是三年以后的事情，如果现在不去投资建厂，未来可能会错失需要产能的机会。另外，英特尔现在刚好对未来的技术路线都已经比较了解，新技术正在走向成熟的时候，比如说我们自己内部已经把Intel 20A、Intel 18A的一些关键技术攻克了，这个时候去建厂，是属于为未来需要很多半导体制造能力的时候，去打造我们的基础。未来在芯片代工领域，需要形成很大的网络才可以真正去支撑很多不同领域的应用。我觉得大规模建厂，对于英特尔想实现在2030年成为全球排名第二的外部代工厂来说，是必需的。同时英特尔也希望自己的产品线更扩展，因为我们是XPU战略，CPU、GPU、IPU等等，我们自己就有很多的产品要去增产。观察者网：刚刚您讲到，英特尔目标在2025年实现制程重新领先，再加上最近这些产能的扩建，是不是将来有可能全面超越台积电？宋继强：从代工服务量级来讲，我们认为要在2030年左右达到第二。在技术领先性上，我们目标是超越台积电，因为英特尔未来在先进制程上会有足够的领先性。但是，先进制程占整个代工盘子只是一部分，它是一个金字塔的塔尖。