2020年08月14日 | 英特尔折戟，半导体Tick-Tock在美国能否继续？

有分析师曾指出，如果摩尔定律的尽头是一堵墙，那么首先撞上去的将会是走在最前面的那个人。

在10纳米制程上一延再延，连续3年迟到后，英特尔7纳米再次遭遇滑铁卢，第一批7纳米处理器上市进程被宣告延后6个月，首批7纳米客户端处理器由原计划的2021年第四季度延迟到2022年底或2023年初出货。曾经走在半导体工艺最前面的巨人，撞上了墙，尽管此时摩尔定律还未到尽头。

然而还有令业界更震惊的，英特尔CEO Bob Swan表示，经过深思熟虑后，会考虑将部分高端芯片制造外包出去。

Tick-Tock停摆了？

Tick-Tock是英特尔提出的发展微处理器芯片设计制造业务的制定一种发展战略模式。英特尔指出，每一次处理器微架构的更新和每一次芯片制程的更新，它们的时机都应该错开，使微处理器芯片设计制造业务更有效率地发展。“Tick-Tock”的名称源于时钟秒针行走时所发出的声响。该公司指，每一次“Tick”代表着一代微架构的处理器芯片制程的更新，意在处理器性能几近相同的情况下，缩小芯片面积、减小能耗和发热量；而每一次“Tock”代表着在上一次“Tick”的芯片制程的基础上，更新微处理器架构，提升性能。一般一次“Tick-Tock”的周期为两年，“Tick”占一年，“Tock”占一年，即一年更新制程，一年更新架构。

此策略常被许多电脑玩家戏称“挤牙膏策略”，因为每一代新处理器性能和前一代处理器性能的差距很短。2016年进入14纳米以后，英特尔将Tick-Tock放缓至三年一循环，即增加优化环节，进一步减缓实际更新的速度，使每一个循环变成制程、架构、优化（Tick-Tock-Optimization）。

被视为全球半导体产业风向标的英特尔，成立以来一直坚持芯片设计与生产制造“双管齐下”的IDM模式，尤其是在工艺制程领域，行业领先者通常是看谁先达到了最先进的工艺节点。英特尔的工艺制程曾经一骑绝尘，台积电、三星等只能在在后面苦苦追赶，直到10纳米被台积电甚至三星后来居上。

一位业内人士指出，英特尔在10纳米上从领跑变成齐头并进甚至要落后一些，主要有三个方面的原因。“首先，英特尔在10纳米节点没有遵照摩尔定律将晶体管密度提高2倍，而是2.7倍，这非常冒险。它们也曾经在多个公开场合宣称自己的晶体管密度比竞争对手在同一工艺节点下要出许多，虽然密度高了，但是英特尔并没有解决发热和能耗的问题，高密度发热严重，高频稳定性低。其次，英特尔没有像台积电一样选择采用EUV，而是继续使用ArF DUV，并结合双重曝光和四重曝光来提高晶体管密度。但是多重曝光如果产生细微的偏移，就会造成灾难性的后果，为此英特尔还使用了SAQP技术，但是DUV + SAQP一个明显的缺点是图形边缘没有EUV清晰。”

此外还有其他专家提到的钴（Co）元素的引入，替代部分铜导线。使用钴这种新材料后会带来更多好处，包括可使电迁移性能提高1000倍，同时层间通孔电阻应该会减少一半，这必然会大大增加芯片的耐用性等。最早研究这个技术的应用材料就曾经说过钴这种材料是互联网15年来最大的变革，然而要把这种材料投入实用实在太耗时间了，成本上太过昂贵，而且也不是必须的。

作为半导体工艺的绝对领导者，英特尔在过去几十年来几乎都是首个尝试了几乎所有工艺的重要革新，例如HKMG材料，Gate-first还是Gate-Last，从平面晶体管转向三维FinFET工艺等。然而这一次英特尔在10nm上同时采用多种技术革新这种激进的策略，终于踢到了铁板。

事实上，在10纳米之前，英特尔在14纳米制程就已被卡了整整5年。从1999年的180纳米工艺开始，到2014年之前，英特尔一直保持着每两年更新一次工艺制程的Tick-Tock节奏。直到2015年7月，英特尔宣布原计划在2016年推出的10纳米制程的CPU推迟到2017年下半年。

至此，英特尔的Tick-Tock终于停摆，而台积电则依靠着尚不成熟的EUV走上了巅峰。

英特尔会剥离代工业务？

Tick-Tock战略模式的终结，使英特尔不得不反思芯片设计与生产制造“双管齐下”的固执。Bob Swan委婉而又艰难地透露，考虑使用第三方代工。随后就传出英特尔已与台积电达成协议，明年开始采用台积电7纳米优化版本的6纳米制程量产处理器或图形处理器，预订了台积电明年18万片6纳米产能。另外业界还猜测，英特尔是否会把代工业务剥离出去？

在上个月底的投资者电话会议中，Bob Swan表示，7纳米制程比预期的延迟了6个月，主要是良率爬坡，比计划的慢了12个月。“英特尔在7纳米制程上检测到一个缺陷模型，这个缺陷导致了良率下降的问题。英特尔表示已经从根本上解决了这个问题，并认为（良率提高方面）没有没有根本性的障碍，尽管如此英特尔还是准备了应急计划以规避可能发生的其他不确定性因素。”

这个应急计划就是在制程研发上将更加务实，考虑使用自家代工，第三方代工厂代工，或者“制造+外包”这种混合模式来生产芯片。

英特尔强调，尽管工艺制程非常重要，但它只是推动英特尔产品差异化的六个创新支柱之一。Bob Swan将此次交由台积电代工形容为“应急计划”。在英特尔看来，在理想世界中，英特尔的最优选择是基于自己工艺技术的领先产品，这也得益于IDM型企业所带来的经济优势，但是，公司的聚集点仍然是“领先产品”，因此，当前的重点是确保以可控的方式向客户交付每年更新的领导力产品。

由于英特尔从14纳米产品开始一再出现延迟问题，那它又如何确保继续以往每年一个世代的节奏来为客户提供领先产品？Bob Swan认为，英特尔从10纳米制程上学到的一课，就是是否应该以及何时应该由内部制造或外包出去，以确保还有内部制造和外包相结合的选项。“这是我们从10纳米制程上得到的教训，就是更加务实地看待内部制造和采用第三方代工厂。如果工艺没有按照预计的进展，则要确保我们事先制定了应急计划，可以提供更多的选择性和灵活性。”他解释，“而真正的里程碑是，我们可以切换策略，在需要的时候尽可能地利用第三方代工厂，并且不会因工艺复杂性而拖延产品进度。这是一种优势，而不是一种弱点，这使我们能够更加灵活地做出关于构建产品的有效方法的最明智的决定。”

从Bob Swan的话中不难发现，每年重要的处理器产品更新，才是英特尔最为关注的重点，现在的它不再执着于这个先进的产品是自己制造的，还是由别人制造的。

事实也是如此，随着工艺缩微，只有越来越少的公司能够负担或需要最先进的工艺节点。尽管性能和功耗仍然是设计的关键要素，但还是有多种途径可以达到目标。业内人士指出，过去从工艺缩微中获得的更多收益现在将越来越多地转移到先进封装等领域。在这些领域，英特尔的嵌入式多管芯互连桥（EMIB）和FOVEROS 3D管芯堆叠技术等确实具有潜在的显著优势。

新闻间接证实了这一点。媒体报道称英特尔预订台积电6纳米产能的同时还指出，芯片制造完后封装测试依然要回到英特尔自己的封装厂。Bob Swan则表示，英特尔通过包括裸芯片分解（die disaggregation）、先进封装等设计方法的改进，降低了工艺延迟对产品进度的影响。

不过仍然有分析师认为英特尔会出售，或应该出售代工业务。投资机构Jefferies在报告中表示，在这种情形下，朝fabless发展有助于英特尔带来更高现金流和资本返还。Susquehanna也建议英特尔将自家晶圆厂出售给台积电，因为在高端制程技术竞争上，已没有任何超越台积电的机会。

摩根士丹利则指出，相较于采台积电7纳米制程生产的AMD芯片，英特尔14纳米芯片效能仍然具有相当市场竞争力。并且该公司目前仍在核心PC与数据中心处理器市场占居领导地位。这都彰显出，制程优势并不是支配市场的唯一因素。

基于这些因素，英特尔是不太可能会全然放弃芯片制造业务。KeyBanc Capital Markets表示，即使英特尔最终会通过外包形式，来实现按时推出更具竞争力的新款芯片，仍然可以经由自家制造芯片来展现其他独特优势。

从另一个角度来看，英特尔也不可能放弃其制造能力。美国在2021财务年度的《国防授权法》（NDAA）修正案之下，将更为积极强化半导体制造能力。美国国会领导人逐步认识到美国科技领导力的基础正面临危机，随着NDAA通过，未来无论在半导体制造与研发上，美国商务部可拨款确保美国半导体的竞争力。最近几个月来，我们也确实看到美国密集发布了一系列半导体制造工厂扶持计划，包括吸引台积电到美国建厂、向格芯注资等。

美国半导体制造的领导地位始于广泛的研发，英特尔和其他美国半导体公司在美国承担大部分研发费用。现在美国政府介入，可以确保美国公司能够获得引领下一代创新技术的机会大增。除了NDAA补助资金之外，配合着《美国CHIPS法案》（H.R. 7178 / S.3933）中的投资税收抵免，也将是未来英特尔的利器。

总之，随着美国越来越重视自己在半导体产业全球霸主的地位，英特尔在与全球半导体厂商竞争市场的同时，又能够通过美国政府帮助其恢复美国半导体制造的领导地位，有何理由去出售呢？