英特尔可以赶上台积电吗？

英特尔宣布，打算收回他们输给台积电中的半导体工艺领导者的“皇冠”。然而，令人怀疑的是，英特尔能否与台积电平起平坐，更不用说领先了。在本文中，我尝试解读一下。

英特尔关于制程领导者的坦诚

我要称赞英特尔CEO鲍勃·斯旺（Bob Swan）的一件事是——人们对英特尔丧失制程领导者的事实有了新的看法。

但其实直到2017年9月的技术和制造日，英特尔仍声称自己在与TSMC的竞争中领先3年：

实际上，到那时，英特尔的领先优势已经几近于无。当时台积电（TSMC）的10纳米工艺已经投入量产几个月，制造出iPhone X中使用的苹果A11 Bionic SOC。

英特尔在晶体管密度方面做了大量工作，称其比制程节点所体现的更好。应该注意的是，英特尔的晶体管密度基于英特尔提出的综合指标。实际密度因芯片设计而异。但是据英特尔自己的估计，台积电的10纳米工艺比英特尔的14纳米工艺实现了更高的晶体管密度：

我指出这一点是因为，如果没有有意义的批量生产，那么制程优势的主张就不能仅仅是基于漂亮的数字。重要的是可以有有利可图的产品投入生产，而不是仅在有限或实验的基础上才能生产的产品。这是我稍后将在本文中再次提到的重要一方面。

英特尔要等到2019年才能在其10 nm节点上实现量产。正如我在2018年初指出的那样，到2017年底，台积电已经超过了英特尔领先的生产节点14 nm 的晶体管密度。

快进到2020年，在英特尔的统治下，市场已经发生了很大变化。此时，英特尔也已经量产10纳米产品，但它仍然仅适用于相对较小的移动计算芯片。与此同时，台积电自2018年年中开始为苹果iPhone XS生产A12 Bionic SoC，进入7纳米工艺时代。

台积电的7纳米制程与英特尔的10纳米制程具有相同的晶体管密度，每平方毫米约1亿个晶体管，但这并不意味着英特尔已实现与台积电的制程同步。

我这样说有两个原因。首先是台积电的7纳米工艺可以扩展到更大的芯片，包括英伟达（NVDA）的大型Ampere A100，该芯片包含540亿个晶体管，表面积为826平方毫米。

其次是台积电再次采用其5纳米工艺提高了标准，该工艺已在9月份发布的下一版iPhone中投入量产。

英特尔已经承认自己已经落伍了，该公司首席财务官乔治·戴维斯（George Davis）在3月的摩根士丹利（Morgan Stanley）举办的一次会议上对10纳米制程的现状相当坦率：

“正如我们在5月19日的分析师日上所说的那样：瞧，这不只是英特尔有史以来最好的节点。它的生产率还将低于14nm，也将低于22nm，但我们依然对看到的改进感到很兴奋，我们预计将于2021年底到来7nm会获得更好的性能。”

关于重新获得制程领先，他说：

“因此，除了CPU之外，我们还为我们的客户带来了很多功能，我们感觉我们已经开始看到我们一直在谈论的要回到7nm上的工艺方面的加速。并将在5纳米世代重新获得领导地位。”

英特尔可以赶上台积电吗？

在英特尔于2019年5月举办投资者会议上，该公司首席工程官Murthy Renduchintala列出了英特尔制造流程的路线图：

该图表表明，英特尔的7纳米工艺的晶体管密度较之10纳米工艺的晶体管密度增加一倍，与台积电的5纳米工艺持平或略微领先。从表面上看，戴维斯似乎证实了人们普遍对7 nm的期望，但请注意这些期望的条件如何。他们只是在谈论回到同台竞技（可能是台积电的5纳米节点），而7纳米的开始时间似乎已经延后2021年底。

过去的产能爬坡（甚至14 nm）已经非常缓慢地开始了，最初的可用性非常有限。即使英特尔在2021年的最后期限之前完成，产品可用性也可能仅限于数量有限的小型移动设备。

但到2021年底，TSMC将在其5 nm节点上具有至少18个月的批量生产经验。英特尔要达到与TSMC 5纳米节点相当的性能和晶体管密度，才能实现可比的生产量，因此英特尔无法实现真正的追赶。

业界专家Scotten Jones在SemiWiki上发表的题为《TSMC是否可以保持其工艺技术领先地位》的最新文章讨论了英特尔是否可以从TSMC手中夺回工艺领导地位。在本文中，琼斯介绍了他对Intel，TSMC和Samsung各个节点的晶体管密度的分析（使用Intel方法计算）。

他证实，英特尔的10纳米制程可提供与竞争的7纳米制程相同的晶体管密度，但不等于三星和台积电的5纳米制程。他预计英特尔的7纳米工艺将比台积电当前的5纳米工艺稍好，但不会比台积电的3纳米工艺好：

在该表中，晶体管密度以每平方毫米数百万个晶体管表示。

琼斯没有提供有关英特尔5纳米制程的任何计算，因为对这种制程及其何时发布的了解还不够。台积电表示，它预计将于2022年下半年开始在其3 nm节点上开始批量生产。

关于英特尔的7 nm计划，Jones指出：

“现在情况变得越来越模糊，英特尔的7纳米制程将于2021年开始以2.0倍的缩减率开始增长。三星和台积电都将在2021年开始3nm风险试产。假设英特尔能追上他们，它们可能会短暂地具有生产密度优势，但是英特尔的14nm和10nm工艺都已经晚了几年。随着COVID-19普遍影响整个半导体行业，尤其是美国，所以Intel在2021年的时间线完成这件事的可能性不高。”

琼斯在文章中总结道：

“台积电今年以其5纳米工艺在工艺密度方面领先。未来则取决于Intel 7纳米制程与台积电3纳米制程的确切时间，英特尔可能会暂时重新获得制程密度的领先优势，但台积电将通过其3纳米制程快速通过它们，届时他们每平方毫米超过3亿个晶体管！”

总结

我很希望看到英特尔以摩尔定律的步伐重回正轨。英特尔与代工厂商之间重新展开竞争对消费者和整个行业来说都将是一个巨大的进步。英特尔在其14纳米制程上似乎无休止的迭代已成为PC技术评论家中的一个恶作剧。

但我认为，就晶体管密度和进度而言，有关英特尔7纳米制程的假设非常站不住脚。我不相信英特尔将能够实现其7纳米的目标，尽管它可能会试图声称自己已经通过在2021年后期生产有限数量的7纳米芯片来宣称可以达到“同等水平”。。但这样的主张几乎毫无意义。

在给定节点上以实验方式生产有限数量的芯片是一回事，而在该节点上以盈利方式生产大量芯片则是另一回事。英特尔的发展道路上将遇到许多障碍，其中最重要的一点是相对缺乏EUV光刻的生产经验，英特尔必须将其用于7纳米工艺。

相比之下，台积电将拥有超过2年的EUV生产经验，以及超过18个月的5纳米广泛使用EUV的生产经验。最重要的是，这确立了台积电领先于英特尔的领先地位。假设英特尔按计划在2021年底启动7 nm。

我的评估是，即使是短暂的，Intel甚至以其7纳米节点赶上台积电的机会也很小。而且，正如琼斯指出的那样，即使发生这种情况也不会持续很长时间，因为台积电将迅速发展到3纳米。

正如戴维斯（Davis）提到的那样，要重新获得5纳米节点的工艺领导地位，这当然不是不可能的，但我也不认为大家应该押注于此。即使英特尔设法重回摩尔定律的步伐，它仍将追赶台积电的3纳米制程。

我认为英特尔更有可能实现其5纳米制程（与台积电的3纳米制程相比）的工艺追赶。对于业界来说，这并不是一件坏事，但我认为这是英特尔可以期望的最好的结果。

我本着尽职调查的精神和安迪·格罗夫（Andy Grove）著名的格言：“只有偏执狂才能生存”着手进行这篇评论。我认为这是与竞争态势保持同步的重要角色之一。我当然希望英特尔更具竞争力，但是我不担心英特尔在工艺技术方面会超越台积电。
责任编辑:pj