根據(jù)英特爾之前宣布的計(jì)劃，公司有望在 2024 年或 2025 年趕上并超越目前公認(rèn)的半導(dǎo)體工藝領(lǐng)導(dǎo)者臺(tái)積電。這絕對(duì)是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，因?yàn)橛⑻貭栐谕瞥?10 納米 SuperFin（現(xiàn)稱為英特爾 7 ）和 7nm（現(xiàn)在稱為 Intel 4）工藝節(jié)點(diǎn)。

在這篇文章中，我們將著重討論一下這個(gè)問題。

首先，我們將重點(diǎn)關(guān)注什么和何時(shí)（what and when）：計(jì)劃的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)以及它們何時(shí)出現(xiàn)。然后我們將重點(diǎn)關(guān)注哪里（where）：英特爾正在投資新晶圓廠和晶圓廠升級(jí)的地點(diǎn)。接下來，我們將討論誰（who），因?yàn)橛⑻貭栆呀?jīng)宣布了一些有趣的代工合作伙伴。最后，我們將重點(diǎn)討論原因。結(jié)論是：英特爾將流程節(jié)點(diǎn)的領(lǐng)先地位視為其業(yè)務(wù)的一個(gè)生存方面。

英特爾押注其 10 納米 SuperFin 節(jié)點(diǎn)不需要 EUV 光刻。這是一場(chǎng)保守的賭博，但沒有得到回報(bào)。10 納米節(jié)點(diǎn)的推出被推遲，英特爾開始在摩爾定律曲線的競(jìng)賽中失敗。另外一個(gè)結(jié)果是，英特爾沒有獲得進(jìn)入 7nm 節(jié)點(diǎn)的 EUV 經(jīng)驗(yàn)，因此該節(jié)點(diǎn)也遲到了，因?yàn)橛⑻貭柕墓に?a target="_blank">工程師需要適應(yīng) EUV 學(xué)習(xí)曲線。這兩個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在分別稱為 Intel 7 和 Intel 4，均已投入生產(chǎn)。

帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 于 2021 年初就任英特爾首席執(zhí)行官后不久，就宣布了到 2025 年的工藝節(jié)點(diǎn)計(jì)劃。這些計(jì)劃要求在四年內(nèi)攻克五個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，包括新命名的intel 7 和intel 4 節(jié)點(diǎn)。英特爾于 2023 年中期宣布，intel 3 工藝節(jié)點(diǎn)（該公司的最后一代 FinFET 節(jié)點(diǎn)）已達(dá)良率和性能目標(biāo)，并將于 2024 年為該公司的 Granite Rapids 和 Sierra Forest CPU 進(jìn)行量產(chǎn)。

下一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，Intel 20A（“A”代表埃），對(duì)該公司的工藝技術(shù)引入了兩項(xiàng)重大變化。

首先，F(xiàn)inFET 已過時(shí)，而 RibbonFET 已流行。RibbonFET 是英特爾對(duì)環(huán)柵 (GAA) FET 的名稱，它用柵極包圍 FET 溝道，以改善對(duì)柵極電流的控制并提高性能。許多公司正在開發(fā) GAA FET 工藝。2023 年中期，三星宣布已開始其 3nm 工藝技術(shù)的初步制造，該技術(shù)基于該公司的多橋通道 FET (MBCFET)。這是三星版本的 GAA FET。

Intel 20A還將Intel的背面電源技術(shù)PowerVia引入制造工藝節(jié)點(diǎn)。PowerVia 技術(shù)在 IC 制造中引入了一系列新的工藝步驟，因?yàn)樗鼘⒄麄€(gè)電力傳輸系統(tǒng)從芯片頂部（自 Fairchild Semiconductor 的 Jean Hoerni 于 1959 年獲得 IC 制造平面工藝專利以來一直位于芯片頂部）移至芯片的背面。從芯片背面向芯片正面制造的晶體管供電需要在減薄的硅晶圓上鉆出無數(shù)微孔，然后用金屬填充這些孔，以實(shí)現(xiàn)從背面電力傳輸系統(tǒng)到晶體管的連接。

背面供電有很多優(yōu)點(diǎn)，但其中最重要的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)用于向芯片晶體管供電的金屬，從而減少片上電源壓降和噪聲，以及消除配電從芯片正面進(jìn)行布線，從而釋放了芯片頂部金屬層的空間，從而使信號(hào)布線受到的限制大大減少。

RibbonFET 和 PowerVia 技術(shù)都有風(fēng)險(xiǎn)。通常，流程開發(fā)團(tuán)隊(duì)一次只會(huì)引入一項(xiàng)重大變更。然而，Gelsinger 不耐煩了，他正在推動(dòng)工藝節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)行進(jìn)軍，因此這兩種技術(shù)都將出現(xiàn)在 Intel 20A 工藝中。

為了降低部分風(fēng)險(xiǎn)，英特爾工藝工程師創(chuàng)建了一個(gè)僅限內(nèi)部使用的工藝節(jié)點(diǎn)，將 PowerVia 背面供電系統(tǒng)添加到intel 4 工藝節(jié)點(diǎn)。英特爾報(bào)告稱，僅在 2023 年中期，這一變化就使性能提升了 6%。Intel聲稱Intel 20A工藝將于今年上半年投入生產(chǎn)。2023年底，英特爾首席執(zhí)行官基辛格宣布后續(xù)工藝節(jié)點(diǎn)Intel 18A將于2024年底前投入生產(chǎn)。而臺(tái)積電方面則表示，其等效工藝節(jié)點(diǎn)N2將于2025年下半年投入生產(chǎn)，因此看來，如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，英特爾到今年年底可能確實(shí)處于領(lǐng)先地位。

開發(fā)新的流程節(jié)點(diǎn)是一回事。采用新工藝節(jié)點(diǎn)批量生產(chǎn)芯片是另一回事，因此英特爾還啟動(dòng)了巨大的資本密集型項(xiàng)目來升級(jí)其一些現(xiàn)有的晶圓廠，并建造全新的晶圓廠。這一建設(shè)熱潮需要英特爾公司和感興趣的政府承諾投入數(shù)百億美元。

英特爾升級(jí)了位于愛爾蘭萊克斯利普的一家制造工廠，并于最近在該地點(diǎn)啟用了intel 4 工藝。英特爾正在亞利桑那州錢德勒建造兩座新工廠來運(yùn)行intel 20A 工藝。該公司建立了一個(gè)新的制造基地，并正在俄亥俄州利金縣建設(shè)一座intel 18A 晶圓廠。英特爾最近還宣布計(jì)劃在德國馬格德堡建造一座新晶圓廠，使用沿襲英特爾 18A 的工藝節(jié)點(diǎn)制造芯片。該公司還在以色列基亞特加特 (Kiryat Gat) 建造工廠，使用其較舊的 FinFET 工藝節(jié)點(diǎn)制造芯片，并且該公司已宣布計(jì)劃在馬來西亞和波蘭建造新的封裝設(shè)施。

（注：如此多的晶圓廠建設(shè)和改進(jìn)項(xiàng)目正在進(jìn)行中并正在宣布中，這份長(zhǎng)長(zhǎng)的清單無疑是不完整的，或者很快就會(huì)完成。此外，英特爾最近宣布，由于政府緩慢推出來自 CHIPS 法案的資金，俄亥俄州工廠的建設(shè)將被推遲。由于有如此多的項(xiàng)目正在進(jìn)行中，即使可能性不大，也有可能出現(xiàn)更多此類延誤。）

有一句長(zhǎng)期存在的諺語適用于半導(dǎo)體行業(yè)：“Fill the Fab”。這是控制制造成本的唯一方法。閑置的晶圓廠會(huì)燒掉很多錢。英特爾很幸運(yùn)，長(zhǎng)期以來一直擁有急需的產(chǎn)品來滿足其晶圓廠的需求，但基辛格是半導(dǎo)體行業(yè)的老手，他知道需要各種芯片才能滿足晶圓廠的需求。這就是他創(chuàng)建英特爾代工服務(wù) (IFS) 的原因之一。因此，英特爾一直在與客戶達(dá)成代工協(xié)議，以幫助保持其晶圓廠的產(chǎn)能。

除了直接代工廠客戶外，英特爾還一直在與其他半導(dǎo)體代工廠達(dá)成交易。當(dāng)英特爾收購 Tower Semiconductor 的交易于 2023 年 8 月被否決了之后，兩家公司在次月宣布了一項(xiàng)代工交易。英特爾將在其位于新墨西哥州里奧蘭喬的工廠為 Tower 提供代工服務(wù)和 300 毫米制造能力。作為交易的一部分，Tower 將為新墨西哥工廠購買價(jià)值高達(dá) 3 億美元的制造設(shè)備，以運(yùn)行其專有的半導(dǎo)體工藝。Tower 的半導(dǎo)體工藝并不處于光刻技術(shù)的最前沿，但它們是電源管理、射頻信號(hào)處理和低功耗操作等應(yīng)用的前沿工藝。本月，英特爾和聯(lián)華電子宣布開展類似合作，開發(fā) 12 納米 FinFET 工藝節(jié)點(diǎn)，并在位于亞利桑那州錢德勒的英特爾 Ocotillo 技術(shù)制造工廠的 12、22 和 32 號(hào)工廠進(jìn)行生產(chǎn)。

羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾于1968年創(chuàng)立了英特爾。到1971年，該公司開發(fā)出了第一個(gè)商用DRAM，從而創(chuàng)造了DRAM市場(chǎng)，第一個(gè)商用微處理器，從而創(chuàng)造了微處理器市場(chǎng)，第一個(gè)EPROM，從而創(chuàng)造了非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場(chǎng)。英特爾長(zhǎng)期占據(jù)半導(dǎo)體制造商前十名的位置。該公司于 1992 年占據(jù)半導(dǎo)體銷售額第一名，并一直保持這一領(lǐng)先地位，直到 2018 年，由于 DRAM 價(jià)格上漲，三星成為最大的半導(dǎo)體銷售商。然而，DRAM價(jià)格下跌，英特爾再次處于領(lǐng)先地位。

當(dāng)這些市場(chǎng)的產(chǎn)品失去高盈利能力時(shí)，英特爾就會(huì)放棄整個(gè)市場(chǎng)。

1985 年，英特爾放棄了 DRAM 市場(chǎng)，以防止日本 DRAM 供應(yīng)商蠶食英特爾的市場(chǎng)份額，從而使該公司免于消失。英特爾在非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器領(lǐng)域進(jìn)進(jìn)出出，目前已退出非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器領(lǐng)域，并于 2020 年出售了閃存業(yè)務(wù)。此外，英特爾目前正在剝離 2015 年收購 Altera 時(shí)收購的 FPGA 業(yè)務(wù)。不過沒關(guān)系，因?yàn)榉植鸪鰜淼腇PGA公司馬上就會(huì)成為IFS的大客戶。

然而，英特爾不能放棄其微處理器業(yè)務(wù)的核心產(chǎn)品線，否則就會(huì)消失，因?yàn)樗鼪]有其他大型業(yè)務(wù)可以依靠。為了保住這一業(yè)務(wù)，英特爾必須抵御其長(zhǎng)期對(duì)手 AMD，AMD 一直在進(jìn)軍 PC 和服務(wù)器 CPU 業(yè)務(wù)，部分原因是英特爾失去了工藝領(lǐng)先地位。所以，這對(duì)英特爾來說是一個(gè)生死存亡的問題。由于臺(tái)積電生產(chǎn)AMD的處理器，英特爾在微處理器領(lǐng)域領(lǐng)先的戰(zhàn)略必須包括在每個(gè)新的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)上擊敗臺(tái)積電，同時(shí)為每個(gè)新節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)先進(jìn)的處理器。輸?shù)暨@場(chǎng)比賽將意味著英特爾最終被遺忘。

基辛格發(fā)起的四年內(nèi)通過五個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)軍是贏得這場(chǎng)競(jìng)賽的戰(zhàn)略的一部分，我認(rèn)為基辛格的 IFS 及其作為主要半導(dǎo)體代工廠的計(jì)劃角色是他保持英特爾技術(shù)開發(fā)和制造團(tuán)隊(duì)的方式之一。這并不是說基辛格的策略中沒有無數(shù)其他元素。相信基辛格和臺(tái)積電的話，英特爾今年似乎確實(shí)可以從臺(tái)積電手中奪回半導(dǎo)體工藝的領(lǐng)導(dǎo)地位。如果基辛格和英特爾真的取得了成功，對(duì)于一家在過去半個(gè)世紀(jì)里為半導(dǎo)體行業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)的公司來說，這將是又一個(gè)來之不易的勝利。

審核編輯：黃飛