英特尔有望今年赶超台积电？行业巨头竞争白热化

根据英特尔之前宣布的计划，公司有望在 2024 年或 2025 年赶上并超越目前公认的半导体工艺领导者台积电。这绝对是一个可以实现的目标，因为英特尔在推出 10 纳米 SuperFin（现称为英特尔 7 ）和 7nm（现在称为 Intel 4）工艺节点。

在这篇文章中，我们将着重讨论一下这个问题。

首先，我们将重点关注什么和何时（what and when）：计划的半导体工艺节点以及它们何时出现。然后我们将重点关注哪里（where）：英特尔正在投资新晶圆厂和晶圆厂升级的地点。接下来，我们将讨论谁（who），因为英特尔已经宣布了一些有趣的代工合作伙伴。最后，我们将重点讨论原因。结论是：英特尔将流程节点的领先地位视为其业务的一个生存方面。

英特尔押注其 10 纳米 SuperFin 节点不需要 EUV 光刻。这是一场保守的赌博，但没有得到回报。10 纳米节点的推出被推迟，英特尔开始在摩尔定律曲线的竞赛中失败。另外一个结果是，英特尔没有获得进入 7nm 节点的 EUV 经验，因此该节点也迟到了，因为英特尔的工艺工程师需要适应 EUV 学习曲线。这两个工艺节点现在分别称为 Intel 7 和 Intel 4，均已投入生产。

帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 于 2021 年初就任英特尔首席执行官后不久，就宣布了到 2025 年的工艺节点计划。这些计划要求在四年内攻克五个工艺节点，包括新命名的intel 7 和intel 4 节点。英特尔于 2023 年中期宣布，intel 3 工艺节点（该公司的最后一代 FinFET 节点）已达良率和性能目标，并将于 2024 年为该公司的 Granite Rapids 和 Sierra Forest CPU 进行量产。

下一个工艺节点，Intel 20A（“A”代表埃），对该公司的工艺技术引入了两项重大变化。

首先，FinFET 已过时，而 RibbonFET 已流行。RibbonFET 是英特尔对环栅 (GAA) FET 的名称，它用栅极包围 FET 沟道，以改善对栅极电流的控制并提高性能。许多公司正在开发 GAA FET 工艺。2023 年中期，三星宣布已开始其 3nm 工艺技术的初步制造，该技术基于该公司的多桥通道 FET (MBCFET)。这是三星版本的 GAA FET。

Intel 20A还将Intel的背面电源技术PowerVia引入制造工艺节点。PowerVia 技术在 IC 制造中引入了一系列新的工艺步骤，因为它将整个电力传输系统从芯片顶部（自 Fairchild Semiconductor 的 Jean Hoerni 于 1959 年获得 IC 制造平面工艺专利以来一直位于芯片顶部）移至芯片的背面。从芯片背面向芯片正面制造的晶体管供电需要在减薄的硅晶圆上钻出无数微孔，然后用金属填充这些孔，以实现从背面电力传输系统到晶体管的连接。

背面供电有很多优点，但其中最重要的两个优点是增强用于向芯片晶体管供电的金属，从而减少片上电源压降和噪声，以及消除配电从芯片正面进行布线，从而释放了芯片顶部金属层的空间，从而使信号布线受到的限制大大减少。

RibbonFET 和 PowerVia 技术都有风险。通常，流程开发团队一次只会引入一项重大变更。然而，Gelsinger 不耐烦了，他正在推动工艺节点的强行进军，因此这两种技术都将出现在 Intel 20A 工艺中。

为了降低部分风险，英特尔工艺工程师创建了一个仅限内部使用的工艺节点，将 PowerVia 背面供电系统添加到intel 4 工艺节点。英特尔报告称，仅在 2023 年中期，这一变化就使性能提升了 6%。Intel声称Intel 20A工艺将于今年上半年投入生产。2023年底，英特尔首席执行官基辛格宣布后续工艺节点Intel 18A将于2024年底前投入生产。而台积电方面则表示，其等效工艺节点N2将于2025年下半年投入生产，因此看来，如果一切按计划进行，英特尔到今年年底可能确实处于领先地位。

开发新的流程节点是一回事。采用新工艺节点批量生产芯片是另一回事，因此英特尔还启动了巨大的资本密集型项目来升级其一些现有的晶圆厂，并建造全新的晶圆厂。这一建设热潮需要英特尔公司和感兴趣的政府承诺投入数百亿美元。

英特尔升级了位于爱尔兰莱克斯利普的一家制造工厂，并于最近在该地点启用了intel 4 工艺。英特尔正在亚利桑那州钱德勒建造两座新工厂来运行intel 20A 工艺。该公司建立了一个新的制造基地，并正在俄亥俄州利金县建设一座intel 18A 晶圆厂。英特尔最近还宣布计划在德国马格德堡建造一座新晶圆厂，使用沿袭英特尔 18A 的工艺节点制造芯片。该公司还在以色列基亚特加特 (Kiryat Gat) 建造工厂，使用其较旧的 FinFET 工艺节点制造芯片，并且该公司已宣布计划在马来西亚和波兰建造新的封装设施。

（注：如此多的晶圆厂建设和改进项目正在进行中并正在宣布中，这份长长的清单无疑是不完整的，或者很快就会完成。此外，英特尔最近宣布，由于政府缓慢推出来自 CHIPS 法案的资金，俄亥俄州工厂的建设将被推迟。由于有如此多的项目正在进行中，即使可能性不大，也有可能出现更多此类延误。）

有一句长期存在的谚语适用于半导体行业：“Fill the Fab”。这是控制制造成本的唯一方法。闲置的晶圆厂会烧掉很多钱。英特尔很幸运，长期以来一直拥有急需的产品来满足其晶圆厂的需求，但基辛格是半导体行业的老手，他知道需要各种芯片才能满足晶圆厂的需求。这就是他创建英特尔代工服务 (IFS) 的原因之一。因此，英特尔一直在与客户达成代工协议，以帮助保持其晶圆厂的产能。

除了直接代工厂客户外，英特尔还一直在与其他半导体代工厂达成交易。当英特尔收购 Tower Semiconductor 的交易于 2023 年 8 月被否决了之后，两家公司在次月宣布了一项代工交易。英特尔将在其位于新墨西哥州里奥兰乔的工厂为 Tower 提供代工服务和 300 毫米制造能力。作为交易的一部分，Tower 将为新墨西哥工厂购买价值高达 3 亿美元的制造设备，以运行其专有的半导体工艺。Tower 的半导体工艺并不处于光刻技术的最前沿，但它们是电源管理、射频信号处理和低功耗操作等应用的前沿工艺。本月，英特尔和联华电子宣布开展类似合作，开发 12 纳米 FinFET 工艺节点，并在位于亚利桑那州钱德勒的英特尔 Ocotillo 技术制造工厂的 12、22 和 32 号工厂进行生产。

罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔于1968年创立了英特尔。到1971年，该公司开发出了第一个商用DRAM，从而创造了DRAM市场，第一个商用微处理器，从而创造了微处理器市场，第一个EPROM，从而创造了非易失性半导体存储器市场。英特尔长期占据半导体制造商前十名的位置。该公司于 1992 年占据半导体销售额第一名，并一直保持这一领先地位，直到 2018 年，由于 DRAM 价格上涨，三星成为最大的半导体销售商。然而，DRAM价格下跌，英特尔再次处于领先地位。

当这些市场的产品失去高盈利能力时，英特尔就会放弃整个市场。

1985 年，英特尔放弃了 DRAM 市场，以防止日本 DRAM 供应商蚕食英特尔的市场份额，从而使该公司免于消失。英特尔在非易失性半导体存储器领域进进出出，目前已退出非易失性半导体存储器领域，并于 2020 年出售了闪存业务。此外，英特尔目前正在剥离 2015 年收购 Altera 时收购的 FPGA 业务。不过没关系，因为分拆出来的FPGA公司马上就会成为IFS的大客户。

然而，英特尔不能放弃其微处理器业务的核心产品线，否则就会消失，因为它没有其他大型业务可以依靠。为了保住这一业务，英特尔必须抵御其长期对手 AMD，AMD 一直在进军 PC 和服务器 CPU 业务，部分原因是英特尔失去了工艺领先地位。所以，这对英特尔来说是一个生死存亡的问题。由于台积电生产AMD的处理器，英特尔在微处理器领域领先的战略必须包括在每个新的半导体工艺节点上击败台积电，同时为每个新节点设计先进的处理器。输掉这场比赛将意味着英特尔最终被遗忘。

基辛格发起的四年内通过五个工艺节点的进军是赢得这场竞赛的战略的一部分，我认为基辛格的 IFS 及其作为主要半导体代工厂的计划角色是他保持英特尔技术开发和制造团队的方式之一。这并不是说基辛格的策略中没有无数其他元素。相信基辛格和台积电的话，英特尔今年似乎确实可以从台积电手中夺回半导体工艺的领导地位。如果基辛格和英特尔真的取得了成功，对于一家在过去半个世纪里为半导体行业做出巨大贡献的公司来说，这将是又一个来之不易的胜利。

审核编辑：黄飞