Intel foundry能否实现赶超？

Intel正在努力夺回半导体工艺技术的领先地位。它正在取得一些进展，但挑战也层出不穷。

Intel正在foundry上努力追赶与TSMC和Samsung的差距。

Intel在爱尔兰Leixlip的Fab34工厂已启动，并开始量产4nm芯片。另外，有人猜测TSMC可能会将其在台湾的2nm工艺推迟到2026年。

自2021年2月Pat Gelsinger重返Intel以来，他在技术实现和财务业绩方面一直许愿不断，却无法达成目标。如果Gelsinger不尽快取得实际进展，而Intel又持续在销售额上不济，那么整个Intel项目就可能开始瓦解。

在Gelsinger回归之前，人们已经清楚地看到，自从Andrew Grove担任CEO以来，Intel以往对工程技术的不懈关注已经松懈，而这一直是Intel在计算机处理器业务领域占据优势地位的基石。

然而，Intel先后多次推迟推出基于14nm和10nm FinFET工艺节点的产品，导致其在foundry技术上落后于TSMC和Samsung。这也意味着x86的fabless竞争对手AMD可以通过使用TSMC的foundry，以工艺制程优势向市场推出处理器。结果，如今AMD的市值超过了Intel。

与此同时，随着Intel收购采用TSMC服务的fabless初创公司，Intel发现自己正逐渐沦为fab-lite。

肩负使命的CEO

Gelsinger回来了。他曾在Intel担任CTO，后被任命为CEO。从他到任的那一刻起，他就清楚自己的使命是重振Intel的foundry。他提出了Intel Foundry战略。但是，Intel要想重新获得世界一流的制造能力，就需要一个积极的技术发展计划。

2020年8月，Intel聘用的爱尔兰工程师Ann Kelleher被提升为技术开发管理者。她的任务是在四年内推出五个节点。这是前所未有的研发速度，但这也是Intel追赶对手必要的。

上周，Gelsinger和Kelleher都在Leixlip参加了Fab34的开工仪式，并象征性地将“Intel 4”工艺移交给运营部门。位于爱尔兰Leixlip的Fab34是Intel的Intel 4制造工艺卓越中心。

“Intel 4”是过去的7nm工艺，但由于Intel认为它在能力上更接近其竞争对手的4nm工艺，因此更名为“Intel 4”。Intel 3之后是“Intel 20A”和“Intel 18A”，其中“A”指的是测量单位“angstrom”，即纳米的十分之一。

根据Kelleher的说法，这意味着5个节点中的2个已经成功交接。她在开幕式上说：“Intel 4已经完成：tick”。Intel 3即将问世。它做得非常好。Intel 20A和Intel 18A也进展顺利。”

当然，TSMC和Samsung已经开始了3nm的生产，TSMC在新竹、台中和高雄建设2nm晶圆厂的计划也在紧锣密鼓地进行。

2nm工艺推迟

‍‍ 然而，台湾有报道称，TSMC的2nm制程的主要工厂新竹宝山工厂的建设正在放缓。新竹宝山工厂原本预计在2024下半年开始所谓的2nm芯片风险生产，并在2025年开始量产。报道称，由于半导体行业对前沿工艺的需求疲软，以及主要客户的意图不明，TSMC正将2nm工艺的量产时间推迟到2026年。

与此同时，Intel声称其下一个节点“Intel 3”将于今年“准备就绪”，这实际上意味着2024年上半年就能实现量产。

据说，Intel 20A“有望”在2024年投入生产，而18A也将在同年引入。

那么，这是否意味着Intel可以一举赶上并超越TSMC和Samsung呢？也不尽然。

GAA

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比起2nm工艺，更重要的是可能是GAA（gate-all-round）技术的引入。这是自2011年推出FinFET以来芯片架构的首次重大变革。

而Samsung已在其3nm工艺上采用了GAA技术，该工艺在2022年中期推出。据报道，Samsung foundry早期的3GAE良率为10%-20%，且改善缓慢。2023年初，又有消息称良率“完美”，但没有明确说具体数据是多少。

TSMC将在2nm工艺上采用GAA工艺，有消息称，该工艺可能要到2026年才会量产，而Intel声称其GAA工艺（称为RibbonFET）将在2024年上半年做好生产准备。Intel的设计有四个堆叠的纳米片（nanosheet），每个纳米片周围都有一个栅极。Intel声称，这种设计可以实现更快的晶体管开关，同时使用与多个鳍片相同的驱动电流，但面积更小。

20A还将引入背面配电技术。TSMC计划到2026年才会采用这种技术。将晶体管的功率传输与晶体管之间的信号传输分离，据称这会产生许多好处。它能使晶体管阵列更密集，信号路径更短，工作频率更高，而且由于互连电阻和电容更低，功耗更低。

但这种重大变化也会带来了问题和延误。正如Future Horizons的Malcolm Penn最近断言的那样：谁能率先完善GAA的引入，谁就将“在未来十年内拥有芯片制造”。

正如我们所见，Samsung、TSMC和Intel都有机会在2nm GAA节点上取得领先。而TSMC推迟推出2nm工艺的决定可能会是Intel的一个机会窗口。

制造正确的芯片

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不过，还有一件事需要考虑。

能够在2nm工艺下制造数十亿晶体管集成电路是一回事，生产什么又是另一回事。在传统计算市场上，Intel一直受到来自AMD x86处理器和Arm架构处理器的竞争。Intel很早就与Apple Mac失之交臂，而Arm又在服务器中获得越来越多的关注。

数据中心市场正在转向Nvidia GPU和定制化的加速器ASIC的组合，所需的x86通用处理器在相应减少。而这些领先的ASIC目前正由TSMC和Samsung代工。

Intel试图通过收购Tower Semiconductor在foundry市场站稳脚跟，最终却因监管审核的问题未能成形。

Ann Kelleher可能是工程界的英雄，她需要在四年内完成推出五个节点的壮举，但这并不足以让Intel起死回生。Intel不仅需要成为领先的foundry，还需要重新学习如何设计和制造客户所真正需要的领先半导体技术。TSMC之所以延迟是出于客户实际需求情况。而这些客户恰恰是Intel没有的。