7nm 延迟 6 个月,英特尔的芯片也要外包了

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发布时间:2020-07-28 09:19

今天,英特尔披露 2020 年第二季度业绩,总收入为 197 亿美元,创下历史记录。其中以 PC 为中心的业务收入 97 亿美元,同比增长 7%;以数据为中心的也为收入为 102 亿美元,同比增长 34%。

相比营收创纪录的消息,英特尔正在开发中的 7nm 工艺已延迟 6 个月受到了更加广泛的关注。这一宣布意味着,英特尔第一款基于 7nm 工艺的消费类产品需要到 2022 年下半年才能面世,在未来几年里,10nm 将是英特尔的最佳工艺水平

这一计划的延迟刺激了英特尔内部的自我反省,促使该公司改变其制造计划,可能与第三方晶圆厂展开合作。将来,公司将采取英特尔称之为 “务实”的方法,调研内部和第三方晶圆厂,启用对公司和相关产品有意义的晶圆厂。

尽管英特尔尚未宣布任何将生产外包的具体计划,但他们正在考虑 2022 年及以后的产品路线图,这对该行业和一家 5 年前还是全球芯片制造业领导者的公司而言,很难说不会产生巨大的影响。

7nm 延期代价惨痛

在深入了解英特尔未来的计划之前,先了解一下其过去和现在,以及英特尔是如何决定转向外部晶圆厂的。

10nm 制程多次延期之后,英特尔重回正轨的计划是盯紧其 7nm 制程发展,准时交付 7nm,以弥补 10nm 延期所造成的时间损失。此外,制定可靠的流程,迅速提高产能,让英特尔在维持摩尔定律的竞争中遥遥领先。但该计划也有一个副作用,转向 7nm 的周期比 10nm 时间更长,很难帮助英特尔摆脱麻烦。

不幸的是,英特尔开发 7nm 工艺制程计划延期。正如今天的电话会议披露的那样,7nm 制程量产大约比原计划晚了整整一年,也就是说,英特尔至少还需要花费一年的时间才能达到他们在 2020 年第二季度所期望达到的产率。现在,预计首批 7nm CPU 不会在 2022 年下半年或 2023 年初之前推出,最早也要等到 2023 年上半年。

目前,唯一大致按计划进行的 7nm 产品是 Ponte Vecchio,这是英特尔的 Xe-HPC GPU,将用于 Aurora 超级计算机,预计在 2021 年末或 2022 年初交付。甚至到那时,英特尔仍可能评估是否将某些 Ponte Vecchio 的制造转移到第三方晶圆厂。

对此,英特尔表示他们已经很好地解决了这个问题,Bob Swan 将良率下降的原因描述为一种 “缺陷模式”,并称已经找到问题根源,正在着手解决。英特尔认为,其 7nm 工艺制程不存在任何基础障碍,公司仍将按照计划全力以赴实现 7nm 量产,在 2023 年实现批量出货。

尽管如此,6 个月的延迟,英特尔可能为其付出沉重的代价。此前,英特尔在量产 10nm 制程时反复出现问题,英特尔只能继续推出 14nm 的台式机和服务器处理器,英特尔的产品线也陆续受到影响。

同时,尽管节点尺寸上并不完全有可比性,但其竞争对手台积电将于今年开始出货 5nm 产品,在功率效率和芯片尺寸等方面更具优势,台积电或将更进一步领先英特尔。

“实务”意味着愿意同第三方晶圆厂开展合作

由于 7nm 延迟,英特尔将采用 Swan 所谓的 “务实”方法来选择要使用的代工厂。英特尔将不再将自己限制在自己的工厂,而将第三方工厂的能力(和成本)纳入考虑范围。事实上,英特尔仍然希望生产市场领先的芯片,并且他们现在愿意使用第三方晶圆厂来实现这一目标。

尽管英特尔没有给出任何具体的制造计划,但其给出的信息却很明确:他们将根据产品路线图来完成交付新产品所需的工作。这意味着英特尔将第三方工厂作为应急计划,几乎保留所有选择,包括如果第三方工厂确实是最佳选择,也会考虑完全在第三方工厂生产产品。最终,英特尔需要面临的问题是,在多大程度上依靠自己的 7nm 晶圆厂,又在多大程度上依赖第三方。

与此同时,支撑这一新策略的灵活性理念的是英特尔公在 EMIB 和 Foveros 等先进封装技术方面的发展。这些多芯片封装技术已经在 Kaby Lake-G 和英特尔新的 Core-Lakefield 处理器等产品中得到应用,允许在一个封装中使用多个不同的芯片。在 Lakefield 处理器中,是通过在 22nm I / O 裸片上分层放置 10nm 计算裸片来实现的,这使英特尔可以在相对昂贵的 10nm 工艺中制造芯片的关键部件,而非关键部件则建立在功率效率极高的 22nm 版本上。

Lakefield 是第一个使用该技术的英特尔产品。由于小芯片(Chiplet)比大的单片芯片的缺陷影响小得多,通过将芯片 “粘合”在一起,英特尔不仅可以更好地管理良品率问题,还可以继续混合和匹配不同的工艺节点,包括不同的英特尔工艺节点和第三方工艺节点。

我们已经在 Kaby Lake-G 上看到了一个很小的尝试,它使用了一个台积电制造的 GPU 和一个英特尔制造的 CPU。尽管其非常粗糙且集成度很低,但是,未来英特尔的灵活性计划意味着将有集成度更高和更精细的规模出现。基于 Lakefield,英特尔可以实现其灵活性计划,芯片来自哪个晶圆厂应该不会对封装产生太大影响,问题在于英特尔在其中做了多少工作。

很明确的一点是,无论怎样,英特尔在未来的产品中都必须走小芯片路线,因为小芯片是实现英特尔晶圆厂灵活性的关键。但这些芯片中哪些将由英特尔生产,哪些将由第三方晶圆厂制造?这是英特尔在接下来的几年里需要解决的问题。

值得一提的是,如果没有英特尔最近的另一项将产品设计与工艺节点分离的举措,这一切都是不可能实现。多年来,该公司传统的垂直集成设计理念已交付了许多出色的产品,但是自从 10nm 被推迟,英特尔一直在承担这一决定的后果,并使用了他们最新的 Sunny Cove CPU 架构。英特尔最近才获得将一个体系结构移植到多个工艺节点的能力,很明显,他们将严重依赖第三方芯片制造商的此种能力。

首款 7nm 产品 Ponte Vecchio

尽管英特尔今天发布的大部分产品都是针对 2023 年发布的,但该公司也公开评论了其首款 7nm 产品 Ponte Vecchio。Xe-HPC GPU 是英特尔 Xe GPU 的旗舰产品,Ponte Vecchio 芯片是即将面世的 Aurora 超级计算机的基本组成部分。但对于英特尔而言,目前更重要的是交货时间,Aurora 计划于 2021 年交付,比英特尔即将交付的首批量产消费型 7nm 部件的时间早一年。Ponte Vecchio 对英特尔而言极其重要,而他们剩下的时间很有限。

目前,英特尔已经确认该公司还在重新评估 Ponte Vecchio 各部分所使用的代工厂,英特尔曾表示该芯片将始终使用第一方和第三方工厂的混合方式,不过让人好奇的是英特尔是否在评估中加入了 HBM 内存(英特尔不生产),这是不是有点急功近利。但从某种角度而言,即使排除内存,I/O 芯片、连接芯片和 GPU 本身仍然是独立的芯片,理论上任何一个芯片都可以转移到第三方晶圆厂。

可以肯定的是,就像今天的其他公布一样,英特尔也在分享其具体的制造计划,很可能英特尔还没有最终决定在哪里生产不同芯片。但与此同时,英特尔也明确表示,他们正在考虑所有选项。

英特尔必将转型

尽管在英特尔的计划中还有很多未知因素和待确定的事情,但可以肯定的是:无论发生什么事情,英特尔都将转型。至少他们将从一家依靠多模块芯片的公司转变为一家采用多芯片封装的公司,并且根据 7nm 的发展情况,他们也可能正在转变为一家将大部分芯片生产投入第三方代工厂生产的公司。对于一家五年前芯片制程仍领先的公司而言,这都是不小的改变。

这一改变,对英特尔来说无疑是一颗难以下咽的药丸。但英特尔的 7 纳米延迟对一家已经准备好迎接 10 纳米延迟带来的艰难时刻的公司来说是一个巨大的风险,英特尔需要制定应急计划,做出必要的改变,避免在 7nm 制程中再次下滑。

接下来会发生什么尚不清楚,但英特尔的工艺节点技术团队正面临着 7nm 成败的局面,因此不得不做出决定。英特尔在其 7nm 工艺上投入了大量资金,无论站在利润的角度,还是站在产品的角度,他们肯定更愿意使用这种技术。这意味着,如果英特尔能够保持 7nm 的正常推进,那么现在只是应急计划就可以保持原样。

但不管发生什么,英特尔都不能将赌注压在自己身上了,芯片光刻技术越来越难,英特尔必须做好准备,这将是一场艰难的战役。

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