三年前帕特·基辛格成為英特爾CEO不久，就組建了英特爾代工服務（IFS）事業(yè)部，隨后英特爾代工快速發(fā)展。

“在相當短的時間內(nèi)，英特爾代工的預期交易價值從40億美元提升到了100億美元，如今又上漲到150億美元，我對此感到滿意?！被粮裨诮谂e辦的Intel Foundry Direct Connect上充滿信心，“現(xiàn)在我們的目標是，英特爾代工（Intel Foundry）在2030年成為全球第二大代工廠。”

稍作計算就可以知道，2030年英特爾代工的預期交易價值將高達1000億美元。

芯片代工市場的競爭非常激勵，先進制程領(lǐng)域有強大的臺積電和三星，英特爾真的能讓這一極具挑戰(zhàn)的目標成為現(xiàn)實嗎？

“我們是一家正在轉(zhuǎn)變?yōu)榫A廠的系統(tǒng)級公司，而不是反過來。我認為我們的模式在代工行業(yè)中獨一無二。”英特爾代工高級副總裁Stu Pann直言。

這種獨一無二只有獲得客戶的認可，才能稱其為優(yōu)勢。英特爾長久以來的合作伙伴微軟力挺英特爾代工。

微軟首席執(zhí)行官Satya Nadella表示，微軟設計的一款芯片計劃采用Intel 18A制程節(jié)點生產(chǎn)。

更具說服力的是，和英特爾存在競爭關(guān)系的Arm，也為英特爾代工站臺。

Arm CEO Rene Haas打趣，英特爾代工和Arm的組合有點奇怪，好比當沃爾特·莫斯伯格（美國知名科技專欄作家）和史蒂夫·喬布斯（蘋果公司聯(lián)合創(chuàng)始人）看到iTunes在Windows上運行的感覺。

“英特爾的技術(shù)是行業(yè)領(lǐng)先、變革的，Arm需要成為其中的一部分?！盧ene Haas表示了認可。

芯片代工廠要服務好客戶，要解決的不是單純的設備、材料或IP的問題，是一個系統(tǒng)問題。所以英特爾代工的成功，一定會是英特爾代工生態(tài)的繁榮。

這也是Intel Foundry Direct Connect上，必須有Synopsys、Cadence、Siemens和Ansys等生態(tài)合作伙伴的出席，IP和EDA公司合作伙伴幾乎都是CEO級別的人物出席，對英特爾代工是非常積極的信號。

英特爾代工最終的成敗，還取決于英特爾的執(zhí)行力和對待客戶的態(tài)度。

信息隔離墻和全新路線圖，給客戶兩顆定心丸

2021年英特爾代工服務首次出現(xiàn)，2022年升級為英特爾IDM2.0戰(zhàn)略，2023年英特爾宣布制造部門的損益單獨核算，英特爾各產(chǎn)品業(yè)務部門能夠自主選擇與第三方代工廠合作。

英特爾代工在過去三年間不斷演進，有了2024年2月的英特爾代工全新品牌。

“英特爾代工不僅是一個全新的品牌，也是全新的組織架構(gòu)，將技術(shù)、制造、供應鏈和代工服務融為一體，是一個同時服務內(nèi)部客戶和外部客戶的代工廠?！庇⑻貭柎な袌鰻I銷副總裁Craig Org解釋。

對于英特爾代工所有的潛在客戶來說，安全性，也就是保證英特爾代工和英特爾產(chǎn)品間的“信息隔離墻”是首要關(guān)心的問題。

基辛格明確，“英特爾（外部）代工和英特爾（內(nèi)部）產(chǎn)品團隊之間有一條清晰的界線。今年，我們將開始發(fā)布英特爾代工的獨立財務數(shù)據(jù)。英特爾代工的目標是讓我們的半導體工廠產(chǎn)能滿載，向全球最廣泛的客戶交付產(chǎn)能。微軟已經(jīng)是英特爾代工的客戶，我們希望能夠服務于英偉達、高通、谷歌，甚至是AMD等?！?/p>

英特爾首席全球運營官Keyvan Esfarjani指出，英特爾的運營模式正在發(fā)生巨大變化，不再是在一個混合的運營模式中生產(chǎn)英特爾制造的產(chǎn)品，將擁有英特爾代工運營模式，英特爾產(chǎn)品部門和其它外部客戶一樣。

Stu Pann也說，“英特爾產(chǎn)品和英特爾代工有兩個獨立的銷售隊伍，我們也正在構(gòu)建兩個獨立的企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)。基辛格將我們的員工會議作為兩個獨立的員工會議來管理，英特爾代工直接向CEO匯報，是英特爾IDM2.0轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的支柱之一。英特爾代工和英特爾產(chǎn)品的員工不進行交叉交流，在個人層面也有非常嚴格的保密協(xié)議。我們時刻保持警惕，‘信息隔離墻’得到了嚴格執(zhí)行，迄今為止效果相當顯著。”

劃清英特爾代工和英特爾產(chǎn)品團隊之間的界線只是給潛在客戶的一顆定心丸，對于代工這種需要長期且金額巨大的合作，還需要路線圖這顆定心丸，這也是參與代工市場競爭的前提。

在談及未來幾年的路線圖之前，基辛格先證實了其“四年五個制程節(jié)點”路線圖仍在穩(wěn)步推進，并將在業(yè)內(nèi)率先提供背面供電解決方案。

這是證明英特爾執(zhí)行力非常重要的信息，也是英特爾重回制程領(lǐng)先性的關(guān)鍵所在。

英特爾預計將于2025年通過Intel 18A制程節(jié)點重獲制程領(lǐng)先性。

不過臺積電在2023年Q4的法說會上回答分析師對于Intel 18A的領(lǐng)先性的問題時表示，2025年Intel 18A量產(chǎn)時，與Intel 18A相當?shù)呐_積電N3P已經(jīng)量產(chǎn)三年。

“我們得到的反饋是Intel 18A制程節(jié)點的每瓦特性能很棒。正如Arm首席執(zhí)行官Rene Hass發(fā)言時所說，我們的客戶一直告訴我們，他們相信Intel 18A是一項領(lǐng)先技術(shù)。我們我們相信他們說的話。”Craig Orr對雷峰網(wǎng)表示。

Intel 18A之后的全新制程路線圖包括了Intel 3、Intel 18A和Intel 14A技術(shù)的演化版本，如Intel 3-T就通過硅通孔技術(shù)針對3D先進封裝設計進行了優(yōu)化，很快將生產(chǎn)準備就緒。

英特爾全新的制程路線圖會有節(jié)點的不同演化版本，有些節(jié)點會進行功能拓展（E版），例如Intel 3-E，是針對特定應用的更多功能升級。有些節(jié)點會增加3D堆疊的硅通孔優(yōu)化（T版），例如Intel 3-T。還有些節(jié)點會進行性能提升（P版），例如Intel 18 A-P，較原始版本約有10%的性能提升。

“我們每兩年會有一個新的、大的節(jié)點發(fā)布，然后每隔一年左右就會有一個演進版本，演進版本的研發(fā)工作量要小于大的節(jié)點。漸進式演進和大變革同時進行，當我們把它們加起來看的時候，成本相對可控?！盋raig Orr解釋。

雷峰網(wǎng)了解到，英特爾的大的制程節(jié)點間的性能提升至少有20%，比如從Intel7到Intel4。某個節(jié)點的演進版本，至少會有5%的功耗或性能改進，比如某個節(jié)點的P版或E版。

AI系統(tǒng)級代工，獨一無二的優(yōu)勢

信任是長期合作的基礎(chǔ)，要達成合作還需要有獨特優(yōu)勢。系統(tǒng)級代工是英特爾拿出的獨家本領(lǐng)。

所謂的系統(tǒng)級代工，是在其它代工廠節(jié)點和封裝的服務之外，還有基板、散熱、存儲、互聯(lián)、網(wǎng)絡等系統(tǒng)級服務。

“英特爾探索的是全棧式系統(tǒng)，通過改變連接的方式，在使用相同技術(shù)的前提下將性能提高2倍甚至更多，這是走向未來的關(guān)鍵所在。”Craig Orr進一步表示，“要獲得與工作負載的增加相匹配的算力指數(shù)級提升，必須優(yōu)化系統(tǒng)的每個層面，包括存儲、網(wǎng)絡、軟件。包含了如何放置存儲，存儲、帶寬、網(wǎng)絡等配置，以及如何將其映射到更高層次的軟件、芯片架構(gòu)和系統(tǒng)架構(gòu)中，使其與軟件，數(shù)據(jù)的移動方式相匹配?！?/p>

英特爾作為系統(tǒng)級公司轉(zhuǎn)變?yōu)樾酒S的獨特優(yōu)勢還有更多體現(xiàn)。

“英特爾內(nèi)部擁有豐富的系統(tǒng)專業(yè)知識，我們正在發(fā)揮我們在芯片系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢，將這些專業(yè)知識提供給我們的客戶?！盨tu Pann說，“我們通過系統(tǒng)級代工與競爭對手競爭，首先，作為代工廠，必須具備有競爭力的PPAC，即性能、功耗、面積和成本，沒有這些，其他一切都不重要。合作伙伴給我們的反饋是我們確實具備PPAC的競爭力。另外英特爾代工還有封裝能力，這是我們已經(jīng)做了很長時間也有差異化優(yōu)勢?！?/p>

英特爾已宣布將FCBGA 2D+ 納入英特爾代工先進系統(tǒng)封裝及測試（Intel Foundry ASAT）技術(shù)組合之中，這一組合將包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB、Foveros和Foveros Direct技術(shù)。

理解了英特爾的系統(tǒng)級代工，再來談談AI系統(tǒng)級代工。

“系統(tǒng)是最重要的部分，能夠幫助客戶優(yōu)化整個解決方案，從而制造出最好的AI系統(tǒng)?！盋raig Orr坦言，“AI只是一個很好的例子，同樣的系統(tǒng)能力也可以有其他應用。目前來說，AI可能是最重要的問題，這就是我們強調(diào)AI的原因。英特爾的系統(tǒng)級代工能夠很好地助力客戶在AI領(lǐng)域取得成功?！?/p>

在大語言模型上進行一次AI訓練所需的算力每10個月就會翻一番。隨著AI的更多先進應用，所需算力的增長速度只會越來越快。這也意味著AI芯片必須以更快的速度迭代才能滿足生成式AI時代的需求。

對于強項不是設計芯片的公司，英特爾的AI系統(tǒng)級代工有著獨特的吸引力，比如微軟。

微軟和Arm雙重認可，英特爾代工有AI和Arm兩大市場 

微軟Satya Nadella說：“我們正處在一個非常激動人心的平臺轉(zhuǎn)換過程中，這將從根本上改變每個企業(yè)和整個行業(yè)的生產(chǎn)力。為了實現(xiàn)這一愿景，我們需要先進、高性能和高質(zhì)量半導體的可靠供應。這就是為什么微軟對和英特爾代工合作感到興奮，計劃采用Intel 18A制程節(jié)點生產(chǎn)一款我們設計的芯片?！?/p>

微軟是典型的軟件公司，像微軟一樣想要設計AI芯片的軟件和AI公司越來越多，對于這些公司，自主設計的芯片最重要的目的是提升其主營業(yè)務的競爭力，理想情況是以最低成本設計出最適合的芯片，英特爾的系統(tǒng)級代工能夠降低這些公司設計芯片的門檻。

基辛格也說，“我們希望承接一些芯片設計業(yè)務，這意義重大，因為很多客戶在向我們承諾下單較大產(chǎn)能之前，會先讓我們幫助做芯片設計，這些相對合同金額較小的芯片設計業(yè)務，將帶來更大的代工業(yè)務承諾。”

英特爾的產(chǎn)品也會成為英特爾代工客戶的參考。比如英特爾至強團隊使用EMIB和混合鍵合（Foveros Direct）技術(shù)解決了Clearwater Forest的發(fā)熱問題，如果有客戶想要使用這一技術(shù)，英特爾將會為客戶提供定制的產(chǎn)品和服務。

“在發(fā)展英特爾代工業(yè)務的過程中，由大型AI芯片推動，先進封裝成為了我們快速入局競爭的路徑。我們在與行業(yè)內(nèi)的各家企業(yè)合作，其中許多已經(jīng)簽約。英特爾在先進封裝領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢，現(xiàn)在成為了我們整個代工業(yè)務的巨大助推器。”基辛格表示。

AI芯片的增長量是英特爾代工的未來，當然，由于出貨量巨大，Arm芯片也是英特爾代工必須爭取的客戶群體。

英特爾為此推出了“新興企業(yè)支持計劃”（Emerging Business Initiative），這一計劃將與Arm合作，為基于Arm架構(gòu)的系統(tǒng)級芯片（SoCs）提供先進的代工服務，支持初創(chuàng)企業(yè)開發(fā)基于Arm架構(gòu)的技術(shù)，并提供必要IP、制造支持和資金援助，為Arm和英特爾提供了促進創(chuàng)新和發(fā)展的重要機會。

目前，英特爾代工在各代制程節(jié)點（包括Intel 18A、Intel 16和Intel 3）及Intel Foundry ASAT（包括先進封裝）上均已擁有大量客戶設計案例。在晶圓制造和先進封裝領(lǐng)域，英特爾代工的預期交易價值（lifetime deal value)超過150億美元。

需要注意的是，即使在2030年，英特爾代工的大部分晶圓產(chǎn)能仍然將用于英特爾的產(chǎn)品。

“我們可以用英特爾自己大量的收入和產(chǎn)品，承諾推動Intel 18A和Intel 14A以及接下來的制程節(jié)點的質(zhì)量，這將減輕所有后續(xù)客戶的投產(chǎn)風險。”基辛格稱，“Panther Lake和Clearwater Forest已經(jīng)計劃使用Intel 18A，這將占據(jù)未來英特爾客戶端和服務器收入的很大一部分，對此我已經(jīng)做出了承諾。”

對于英特爾代工的客戶來說，能夠獲得先進封裝、優(yōu)質(zhì)的晶圓以及優(yōu)惠的價格，意味著一個有韌性、可持續(xù)、值得信賴的供應鏈。

英特爾代工和客戶可以實現(xiàn)雙贏。 

英特爾代工的成功一定是生態(tài)的繁榮

英特爾代工追求的是多贏的局面，也就是與整個生態(tài)系統(tǒng)的合作共贏，因為制造是一個生態(tài)系統(tǒng)。

這里的生態(tài)系統(tǒng)包含IP（知識產(chǎn)權(quán)）和EDA（電子設計自動化）合作伙伴Synopsys、Cadence、Siemens、Ansys、Lorentz和Keysight，也包含材料、設備、封裝和測試的供應商。

好消息是，英特爾代工的IP和EDA合作伙伴均表示，工具和IP已準備就緒，可幫助代工客戶加速基于業(yè)界首推背面供電方案的Intel 18A制程節(jié)點的先進芯片設計。并且其EDA和IP已經(jīng)在英特爾各制程節(jié)點上啟用。

針對英特爾EMIB 2.5D封裝技術(shù)，幾家供應商還宣布計劃合作開發(fā)組裝技術(shù)和設計流程。這些EDA解決方案將確保英特爾能夠更快地為客戶開發(fā)、交付先進封裝解決方案。

英特爾在制造方面擁有豐富的經(jīng)驗，如今在新的戰(zhàn)略下擴大與制造領(lǐng)域生態(tài)合作伙伴的合作，對于所有合作伙伴而言都是好消息。

在競爭異常激烈的成熟制程節(jié)點上，英特爾與其它代工廠充分合作，今年1月份宣布與UMC聯(lián)合開發(fā)的全新12納米節(jié)點。不斷提升英特爾代工的競爭力。

只有生態(tài)的不斷繁榮，并且保持技術(shù)的領(lǐng)先性，英特爾才能在2030年實現(xiàn)全球第二大代工廠的目標。

可持續(xù)性也很關(guān)鍵。Intel Foundry Direct Connect大會上，英特爾重申了其承諾，即在2030年達成100%使用可再生電力，水資源正效益和零垃圾填埋。此外，英特爾還再次強調(diào)了其在2040年實現(xiàn)范圍1和范圍2溫室氣體（GHG）凈零排放，2050年實現(xiàn)范圍3溫室氣體凈零上游排放的承諾。

該項目已經(jīng)推進了近一年時間。上揚軟件為該項目成立了研發(fā)中心，并投入了上百人。

新浪科技報道稱目前承接該項目的上百名上揚軟件工作人員已經(jīng)離開中芯國際位于北京的辦公地點，多位負責該項目研發(fā)的高級技術(shù)人員已經(jīng)開始找新工作。

8月8日下午，上揚科技回應稱中芯國際北京項目并未暫停，上揚團隊仍在為其進行軟件開發(fā)。相關(guān)人員辦公地點調(diào)整是由于疫情反復而進行的調(diào)整。上揚科技還表示，目前項目負責人及團隊穩(wěn)定，相關(guān)項目人員并未出現(xiàn)離職現(xiàn)象，依然在堅守崗位。

一位接近上揚軟件的業(yè)內(nèi)人士告訴雷峰網(wǎng)，中芯國際北京項目只是延期，沒有暫停，團隊遠程辦公，內(nèi)部開發(fā)沒有解散。

截止發(fā)稿，中芯國際尚未就此事作出回應。

本次“項目停擺”事件的具體情形依然撲朔，這不禁讓人好奇處于本次事件旋渦中芯的CIM軟件，是何方神圣？

和EDA軟件一樣，CIM軟件也是是芯片生產(chǎn)過程中不可缺少的一環(huán)。EDA軟件在芯片設計過程中發(fā)揮作用，CIM軟件則是在晶圓制造的過程中發(fā)揮作用。

具體來講，CIM軟件指的是計算機集成制造系統(tǒng)，包含了晶圓制造中多個領(lǐng)域，被稱為半導體晶圓制造及先進封測工廠內(nèi)部的“生命級”軟件系統(tǒng)。其中，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是最重要的一環(huán)，它在晶圓制造的過程中，扮演了“指揮官”的角色，完成晶圓在不同設備間的調(diào)度。

如果MES軟件停擺，整個晶圓制造廠都會陷入癱瘓。

此前，上揚科技曾經(jīng)與中芯國際在8英寸芯片生產(chǎn)線CIM系統(tǒng)開發(fā)上有過成功的合作案例，而這次想實現(xiàn)12英寸晶圓的國產(chǎn)化，則是為了強化更先進制程工藝的技術(shù)自主。

更大的晶圓片代表著更高的制造效率，也能夠滿足更先進制程芯片的制造要求：一塊8英寸晶圓能夠產(chǎn)出88塊芯片，而一塊12英寸晶圓則能夠產(chǎn)出232塊芯片，且每塊芯片成本更低。目前生產(chǎn)存儲、GPU\CPU等高端邏輯芯片的工藝也以12英寸為主。

而晶圓尺寸越大，自動化程度就越高，對CIM軟件的需求就越高。4-6英寸的晶圓主要靠人力來實現(xiàn)設備之間流轉(zhuǎn)，8英寸則是人力與自動化相結(jié)合，而12英寸則要求全自動化。

同EDA軟件一樣，國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)在先進CIM軟件的市場也幾乎被國外巨頭所壟斷，深受“卡脖子”之害。

這次被網(wǎng)傳暫停的上揚軟件和中芯國際合作的12英寸晶圓廠CIM國產(chǎn)化項目，就是為了打破這種壟斷而設立。

作為中國大陸地區(qū)最大的晶圓廠，中芯國際是先進工藝的積極探索者。

2021年，中芯國際猛砸千億，計劃建設3座12英寸晶圓廠。隨著中芯國際在先進工藝上不斷探索，更大尺寸晶圓的CIM軟件系統(tǒng)也成為必不可少的一環(huán)。而由于美國政府的打壓，中芯國際使用國外的設備和軟件處處受限，處于技術(shù)可控的考慮，開啟了對CIM軟件本土化的研究。

有業(yè)內(nèi)人士指出，國內(nèi)的工業(yè)軟件剛剛起步，發(fā)展確實艱難，但國產(chǎn)軟件依然未來可期。

此前美國已經(jīng)禁止在沒有許可證的情況下向中芯國際出售大多數(shù)可以制造10nm以下先進制程芯片的設備。

美國芯片制造設備供應商泛林半導體首席執(zhí)行官Tim Archer告訴分析師，他們已經(jīng)收到美國商務部通知，出口中國禁令覆蓋的制程范圍已由最大10nm擴大到了最大14nm。

Archer補充道，據(jù)他所知，新要求中的限制不包括存儲芯片。目前泛林半導體已經(jīng)在第三季度的業(yè)績展望中考慮這一新限制可能造成的影響。

而同為美國半導體設備供應商的科磊也收到了商務部的通知?？评谑紫瘓?zhí)行官Rick Wallace周四證實，他們也收到了政府關(guān)于對向中國出口設備許可相關(guān)變化的通知，同時他表示，這對KLA的業(yè)務沒有重大影響。

據(jù)知情人士透露，在過去兩周左右的時間里，所有美國設備制造商都收到了來自商務部的信函，要求他們不要向中國供應可用于14nm以下先進制程芯片制造的設備。

但制造商們表示，這些信件從某種程度上來說是在展示拜登政府的強硬態(tài)度，而對實際交易情況影響不大。因為此前美國商務部已經(jīng)拒絕了許多14nm設備出口許可證的申請。

值得注意的是，此次美國宣布斷供的范圍也從中芯國際擴大到在中國運營的芯片制造商，包括臺積電在大陸地區(qū)的制造廠。

據(jù)分析，雖然新的限制僅涵蓋制造先進芯片的設備，但成熟制程芯片的制造也可能受到影響。因為九成以上的設備都是向下兼容的，目前成熟制程芯片的制造中可能使用了這些被列入出口禁令的設備。

目前中芯國際的最先進產(chǎn)能為14nm，臺積電在中國大陸地區(qū)的最先進產(chǎn)能為16nm，新的出口限制可能會對他們的產(chǎn)能造成影響。

有分析指出，此舉可能是為了配合近期即將由美國總統(tǒng)拜登簽署的“芯片與科學法案”。

美國的參、眾兩院近日投票通過了該法案。該法案一經(jīng)推出就爭議不斷，經(jīng)過共和、民主兩黨長達三年的拉扯終于在近日通過，目前尚待美國總統(tǒng)拜登簽署。如果該法案通過，美國政府將提供520億美元的補貼來激勵美國本土半導體的制造和研究。

但由于美國總統(tǒng)拜登近日新冠病毒檢測又呈陽性，再次進入隔離狀態(tài)，該法案的簽署時間可能延期。

在對自己本土的企業(yè)祭出“胡蘿卜加大棒”的組合拳之外，美國政府還在積極游說其他國家，希望他們跟隨美國腳步，禁止對中國出口芯片制造相關(guān)設備。

據(jù)彭博社此前報道，美國正在勸說日本、荷蘭等國家禁止ASML、尼康等相關(guān)企業(yè)向中國出售芯片制造相關(guān)的主流技術(shù)。

其中最為關(guān)鍵的是荷蘭ASML公司生產(chǎn)的光刻機。此前美國政府已經(jīng)設法禁止ASML公司向中國出售用于當前先進制程的EUV光刻機，目前美國則想更進一步，使中國無法獲得ASML公司生產(chǎn)的DUV光刻機。

但目前美國的游說沒有獲得實質(zhì)性的進展。對于美國每次將向中國提供芯片制造設備的限制從10nm提高到14nm的通知，ASML公司表示并未收到消息，尼康則表示該規(guī)定對其中國業(yè)務沒有影響。

聯(lián)發(fā)科是2021年全球第四大芯片設計廠商，每年生產(chǎn)超過20億芯片，臺積電承擔了其大部分芯片代工訂單。

英特爾代工業(yè)務由英特爾現(xiàn)任CEO帕特.基辛格于2021年3月推出。帕特表示，該業(yè)務旨在重振英特爾市場地位，并提升英特爾在全球芯片制造領(lǐng)域的影響力。

在2022年的英特爾投資大會上，帕特雄心勃勃的提出在未來的四年中英特爾將跨過五個制程節(jié)點，并為已經(jīng)逐漸式微的摩爾定律“續(xù)命”的藍圖。

根據(jù)規(guī)劃，英特爾將在2022年下半年投產(chǎn)使用EUV技術(shù)制造的Intel4工藝芯片，在2023年的下半年投產(chǎn)更為先進的Intel3工藝芯片，并在2024年全面進入“埃米時代”，推出基于全新晶體管架構(gòu)RibbonFET的Intel10A和Intel18A工藝芯片。

雖然有著宏偉的藍圖，但迄今為止，英特爾的代工之路走的并不算順利。

為了發(fā)展IFS業(yè)務，目前英特爾已經(jīng)投入了超過200億美元，但英特爾代工業(yè)務今年第一季度僅帶來了2.83億美元的營收，業(yè)務還處于擴展期，與芯片代工業(yè)務同行臺積電、三星在規(guī)模上尚有差距。

如果該筆來自聯(lián)發(fā)科的訂單成功落地，將是英特爾IFS業(yè)務開展以來所取得的最大突破之一。

英特爾代工服務總裁 Randhir Thakur 稱：“聯(lián)發(fā)科作為世界領(lǐng)先的芯片設計公司之一，將幫助英特爾代工服務進入下一個快速增長階段。同時，英特爾代工服務的先進工藝和大量產(chǎn)能，將幫助聯(lián)發(fā)科產(chǎn)出更多芯片”。

聯(lián)發(fā)科平臺技術(shù)與制造運營部企業(yè)高級副總裁NS Tsai表示，聯(lián)發(fā)科將與英特爾建立長期合作關(guān)系，利用英特爾代工服務提升供應鏈的多元性。

據(jù)悉，聯(lián)發(fā)科產(chǎn)品將使用“Intel 16”技術(shù)節(jié)點。Intel 16工藝是英特爾2018年開始出貨的22FFL工藝的改進版本。在Intel 16工藝中，英特爾對22FFL技術(shù)進一步改造，并增加了對第三方芯片設計工具的支持。

英特爾表示該批訂單將在未來18個月至24個月內(nèi)出貨，但目前為止還不知道英特爾將承擔多少來自聯(lián)發(fā)科的訂單，也尚不清楚英特爾將在哪里制造這些芯片。

在接受外媒采訪時，英特爾表示：“我們無法透露客戶產(chǎn)品中的細節(jié)，但IFS用戶都可以通過俄勒岡州、亞利桑那州、愛爾蘭、以色列以及未來將在俄亥俄州和德國建立的工廠組成的全球產(chǎn)能網(wǎng)絡生產(chǎn)芯片?！?/p>]]> 晶圓代工 http://m.ozgbdpf.cn/category/manufacturing/w895PjALdVsIUtnU.html#comments Mon, 25 Jul 2022 19:59:00 +0800 http://m.ozgbdpf.cn/category/manufacturing/xnNmI7npsQkw5Hiv.html 近年來隨著人們對更先進性能的要求，先進制程成為了各大芯片制造廠商“軍備競賽”的主要戰(zhàn)場。據(jù)悉，臺積電延誤已久的3nm制程工藝已于近期取得了重大突破，臺積電或?qū)⒛陜?nèi)率先完成第二版3nm制程的量產(chǎn)，并將其命名為“N3B”。

而基辛格出任CEO后一直力推代工業(yè)務的英特爾，也于近日宣布了其“埃米級”18A制程芯片將在2024年提前落地的消息。

在各芯片制造廠商向著更先進制程工藝前進的同時，制造的良率卻成了廠商們的一塊心病。曾經(jīng)在2021年拿下了高通公司新SoC驍龍8G1訂單的三星，在今年2月底就被爆出試產(chǎn)階段芯片良率造假丑聞，部分5nm以下制程的芯片良率甚至只有35%左右。

高通翻車，三星“接鍋”

高通近年來在手機SoC業(yè)務上陷入了停滯不前的窘境，一方面是因為采用了超大核架構(gòu)的驍龍888、驍龍8Gen1兩代芯片功耗“爆炸”，發(fā)熱量居高不下導致用戶體驗不好。

另一方面則是由于產(chǎn)品良率過低導致成本上漲。根據(jù)外媒估算，一顆驍龍888芯片的成本已經(jīng)超過了100美元，而驍龍8gGen1則成本更高。此前采用7nm工藝的驍龍865成本僅為81美元。

在丑聞爆出后，三星電子管理部門就5nm芯片工藝是否屬實一事開啟對DS部門的檢查。比起名譽上的損失，更令三星“肉疼”的是失去了高通這個大客戶。

據(jù)報道，因為三星電子的代工良率過低，高通公司已經(jīng)決定將驍龍8Gen1的后續(xù)訂單轉(zhuǎn)交給臺積電。并且在之后將3nm制程的新一代SoC的代工業(yè)務全部交給臺積電。

事實上，良率對于芯片制造廠商來說幾乎與先進制程同樣重要。此前半導體材料廠商Entegris（應特格）執(zhí)行副總裁及首席運營官Todd Edlund曾在接受媒體采訪時表示，對于3D NAND晶圓廠而言，1%的良率提高可能意味著每年1.1億美元的凈利潤；而對于尖端的邏輯晶圓廠而言，1%的良率提升意味著1.5億美元的凈利潤。

而在摩爾定律即將被“榨干”的今天，先進制程的良率對于芯片制造廠商而言，正在變得越來越重要。

過孔缺失和隨機缺陷：EUV的大麻煩

荷蘭ASML公司的光刻機是先進制程芯片制造過程中不可或缺的一環(huán)。主流的光刻機技術(shù)分為DUV和EUV，只有EUV技術(shù)能夠滿足10nm以下的制程工藝。

使用EUV光刻機進行圓晶刻蝕的過程中，可能會出現(xiàn)隨機缺陷，處理隨機缺陷已經(jīng)成為了廠商們提高先進制程良率的核心挑戰(zhàn)。

總的來說，隨機缺陷被分為四類：線邊緣和線寬粗糙；CD均勻性誤差；疊加錯誤以及邊緣短路或開路。

“這些因素都會影響設備的性能、良率和可靠性” Fractilia 的 Mack 說。

在缺陷檢查中，光學檢測工具與掃描電子顯微鏡（SEM）往往共同工作，以在線檢查可能存在的缺陷并將其分類。但SEM成像結(jié)果包含了實際粗糙度的同時也包含了由于SEM噪聲引起的粗糙度。傳統(tǒng)圖像處理過濾器會顯示平均粗糙度而不是實際粗糙度。

Mack解釋道：“舉例來講，在圓晶上可能會測到4.3nm的粗糙度，但還需要減去計量噪聲，最后會得到1.3nm的實際粗糙度?！?/p>

 Fractilia開發(fā)了在頻域中運行的檢測工具，使用功率譜密度來查看粗糙度。借助這一工具，檢測者可以通過測得的粗糙度對晶圓模型進行反向建模，然后通過分析查找每一處隨機缺陷。并且該工具還為工程師提供了一種優(yōu)化SEM使用的方法，使來自不同供應商的工具得以匹配。

在高級邏輯芯片上，從幾百萬個到幾十億個過孔中準確找到丟失的過孔或觸點對良率工程師來說也是一項重大挑戰(zhàn)。近年來，光學檢測工具的供應商大幅更新了他們的工具和軟件，以檢測越來越多且越來越小的缺陷。

并且隨著人工智能加入到軟件中，這些缺陷得以被更好的標識出來。

對于這樣龐雜的電路中可能出現(xiàn)的缺陷，最麻煩的就是工程師無法確定哪些區(qū)域需要關(guān)注。目前對于重點區(qū)域的確定，有兩種方法：第一種是通過吸收歷史經(jīng)驗，將此前高頻出現(xiàn)缺陷的為止標記為重點區(qū)域。第二種方法則是從IC設計文件中找到可能的薄弱位置，然后軟件將會獲取所有區(qū)域并自動生成重點關(guān)注區(qū)域。

例如，KLA和IBM Reserch的工程師最近開發(fā)了一種基于充分陣列的分箱技術(shù)。該技術(shù)通過缺陷檢測將缺陷與晶圓位置相關(guān)聯(lián)。通過這一技術(shù)，工程師發(fā)現(xiàn)了此前的工具沒有標記的通孔，并通過追溯晶圓上的特定區(qū)域，找到了RIE步驟存在的問題。

在這項研究中，IBM和KLA的工程師合作開發(fā)了一種用于捕獲BEOL邏輯器件中缺失過孔的方法。工程師們使用KLA的檢測方法在RIE的通孔鏈圖案上的每個通孔周圍定義需要關(guān)注的區(qū)域，以提高對丟失通孔缺陷的捕獲靈敏度。

然后使用寬帶等離子（BBP）光學工具檢查這些關(guān)注區(qū)域，最后在SEM審查工具上對缺陷進行表征。該工具會按照類型對缺陷進行分類。

根據(jù)結(jié)果顯示，通路鏈左側(cè)在頂部出現(xiàn)缺失，但右側(cè)缺失的通路則與底側(cè)相關(guān)。該團隊因此懷疑缺失通孔缺陷是由于先前的通孔蝕刻圖案未對準而被阻塞造成的。

不過，采用傳統(tǒng)檢測方法并沒有發(fā)現(xiàn)這一存在于底部的缺陷，這意味著該策略可以更有效地檢測生產(chǎn)中缺失過孔的缺陷。

“BPP系統(tǒng)的檢查結(jié)果包括了分箱信息，這為工藝工程師提供了更多可操作數(shù)據(jù)，以便他們做出最佳的決策?！盞urada總結(jié)到。

AFM或?qū)⒊蔀榫刃?/p>

雖然在過去在光學檢測系統(tǒng)和SEM的配合下芯片制造的良率得到了較好的控制，但是在芯片先進制程工藝越來越接近摩爾定律極限的背景下，需要更先進的技術(shù)來滿足良率控制的要求。

布魯克運營總監(jiān) Igor Schmidt 表示在當芯片制程達到20nm以下后隨機缺陷將會變得越來越難以分類。而在檢測CMP后的凹陷和腐蝕等需要拓撲數(shù)據(jù)的地方，AFM變得尤其重要。

Igor Schmidt指出，雖然AFM（原子力顯微鏡）吞吐量比較低，但每小時仍然可以監(jiān)控高達340個為止，以進行光刻、蝕刻或CMP工藝的工藝控制。

原子力顯微鏡（AFM）審查工具可以利用機器視覺坐標，將從光學系統(tǒng)中獲取的圓晶圖數(shù)據(jù)指向可能出現(xiàn)缺陷的位置并對周圍區(qū)域進行成像。

成像的結(jié)果會顯示該區(qū)域包括高度信息和粘性在內(nèi)的3D尺寸。

粘性數(shù)據(jù)將能夠更好地幫助檢測人員對缺陷進行分類。就如同亂石堆和口香糖的表面都不平整，但代表的實際情況不同一樣。在芯片制造的缺陷檢測中，不同粘性的情況下的粗糙度可能指向不同的結(jié)果。

如果缺陷具有較大的高度差異和較大的粘性，表明是有機顆?；蚓酆衔锏袈湓诹藞A晶上。但如果在高度差異較大的情況下粘性較小，則說明掉落在圓晶上的可能是硅顆?；蛘咚槠?；如果出現(xiàn)了孔隙卻沒有粘性，則表明可能是堆疊或者結(jié)晶缺陷；如果沒有發(fā)現(xiàn)顆粒卻具有粘性，則表明某處機器或者油存在問題。

“因此，對于缺陷分類來說，這是一種強大的技術(shù)?！?Igor Schmidt說?；谶@一技術(shù)，廠商將能夠在先進制程上對芯片制造中的缺陷進行更詳細、準確的分類，從而提高產(chǎn)品的良率。

雷峰網(wǎng)

參考鏈接：https://semiengineering.com/strategies-for-faster-yield-ramps-on-5nm-chips/

知情人士透露，如果談判一切順利，該收購案可能最早在本周通過。目前高塔半導體的市值約為36億美元，英特爾的收購價格遠遠超出該公司的市值，這使得該交易包括了巨額溢價。在華爾街日報披露了該交易后，高塔半導體股票周一在盤后交易中上漲了49%。在15日晚英特爾確認收購后，高塔半導體總企業(yè)價值約為54億美元。

本次將被英特爾收購的高塔半導體是一家在美國納斯達克上市的以色列公司。該公司涉足汽車、消費級電子產(chǎn)品、醫(yī)療和工業(yè)設備等領(lǐng)域，以色列，日本和美國擁有加工廠，其業(yè)務范圍與曾經(jīng)英特爾想收購的格芯高度相似。如果該交易通過，將有利于英特爾加強其芯片代工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能。

自英特爾新任CEO Pat Gelsinger于2021年公布了英特爾IDM2.0發(fā)展規(guī)劃以來，確定英特爾未來仍然會在芯片制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)力以來，英特爾一直努力加強自身芯片代工能力以和臺積電等代工廠商競爭。

去年7月曾一度傳出英特爾將收購格芯的消息。如果該交易通過，英特爾將得到格芯專有技術(shù)和更成熟的產(chǎn)能。雖然最終該交易沒有達成，但英特爾的決心和野心可見一斑。

而后在2022年一月英特爾披露了在俄亥俄州投資至少200億美元建立工廠增加公司圓晶制造能力的計劃，根據(jù)規(guī)劃該地未來十年會建立包括八家工廠的的生產(chǎn)基地，支出可能達到1000億美元左右，可以看出英特爾對自身芯片代工產(chǎn)業(yè)相當重視。雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)

據(jù)中芯國際介紹，銷售額與利潤率的增加主要歸功于2021年第四季度其產(chǎn)品組合變動和芯片市場持續(xù)向好。

從中芯國際營收來看，其主營業(yè)務圓晶代工帶來的收入占總收入的89.5%，該業(yè)務主要收入來自亞洲。技術(shù)上，中芯國際的高端代工業(yè)務所占比例穩(wěn)中有升。其運用了FinFET工藝的28納米代工業(yè)務在其總業(yè)務中占比18.6%，與2020年第四季度占比5%相比較有較大提升。

基于這樣的情況，中芯國際對未來比較樂觀，提出了在2022年第一季度環(huán)比增長15~17%，利潤率達到36%~38%的目標。

中芯國際管理層對2021年的成績評價道：“2021年是中芯發(fā)展歷程中極不平凡的一年?！睂τ谖磥硪?guī)劃，中芯國際管理層提出，未來中芯國際會持續(xù)推進產(chǎn)能擴大，推進現(xiàn)有老廠的擴建和三個新廠項目的落地。預計20222年的產(chǎn)能增量會高于今年。

在過去的一年里，缺芯在全球蔓延。中芯國際抓住了機遇搶占市場缺口，在疫情和實體清單的雙重限制下仍然取得了傲人的增長。在全球前四大純晶圓代工廠中，中芯國際是近年來成長的最快的一個。

從中芯國際2021年第四季度的財報可以看出，中芯國際的發(fā)展情況良好，在全球缺芯的情況下，成功搶占了中低端線客戶，獲得了快速發(fā)展的機會。同時也在高端產(chǎn)品上發(fā)力，具有高技術(shù)門檻的28nm產(chǎn)品線在營業(yè)額中所占比例越來越大，在14nm等更高級產(chǎn)品線上，中芯國際也在加速追趕。

在未來，中芯國際仍然要面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。全球新冠疫情持續(xù)肆虐，使供應鏈受到影響。美國實體清單限制使得中芯國際的貿(mào)易環(huán)境變得艱難。但挑戰(zhàn)中也蘊藏著機遇，在未來，中芯國際是否能夠在全球持續(xù)缺芯浪潮中找到機遇，實現(xiàn)逆襲，讓我們拭目以待。雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)雷峰網(wǎng)

“數(shù)字化轉(zhuǎn)型為半導體行業(yè)開辟了一個充滿機遇的新世界，我們的全球技術(shù)研討會強調(diào)了我們增強和擴展技術(shù)組合的許多方法，以釋放客戶的創(chuàng)新，”臺積電CEO魏哲家在大會上說道。

5nm家族添新成員，解決汽車計算需求

臺積電將其領(lǐng)先的工藝節(jié)點分為三個產(chǎn)品家族：7nm、5nm和即將推出的3nn工藝節(jié)點，正如許多人在過去幾年中注意到的那樣，臺積電自2018年推出7nm節(jié)點并實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)后，在芯片制造領(lǐng)域超越競爭對手取得領(lǐng)先地位，到今天也還是如此。

迄今為止，臺積電7nm芯片出貨已超過10億顆，已經(jīng)被納入越來越成熟的工藝。且隨著許多客戶遷移到更先進的工藝節(jié)點，7nm產(chǎn)能增速放緩，預計2021年產(chǎn)能僅增加14%，與曾經(jīng)16nm工藝系列產(chǎn)能進展類似。與之對應的，目前代工廠主要專注于5nm和即將推出的3nm芯片產(chǎn)品。臺積電5nm工藝節(jié)點自2020年開始量產(chǎn)，為數(shù)以億計的SoC提供動力，一方面越來越多的公司設計更多5nm產(chǎn)品，另一方面臺積電擁有全球大約50%的EUV半導體設備，因此臺積電5nm進展十分順利，更是在此次技術(shù)研討會上又添新成員——N5A。

臺積電官方介紹，N5A工藝旨在應對當今對計算能力需求不斷增加的汽車應用，例如支持AI輔助駕駛和座艙數(shù)字化，N5A將當今超級計算機中所使用的技術(shù)引入汽車，在滿足AEC-Q100 2 級以及其他汽車安全和質(zhì)量標準的可靠性要求的同時，滿足N5的性能、功率和邏輯密度。

由于有臺積電汽車設計平臺的支持，N5A計劃于2022年第三季度上市。

3nm明年量產(chǎn)，5G射頻將升級到6nm

臺積電也透露了其4nm和3nm的最新進展。采用與N5幾乎近相同設計法則的4nm加強版在性能、功耗和集體管密度上均進一步提升，通過邏輯的光學微縮、標準單元庫的改進和設計規(guī)則的推動，N4的晶體管密度較N5提升6%。臺積電還聲稱，N4自2020年技術(shù)研討會上宣布以來進展順利，預計2021年第三季度風險量產(chǎn)。

3nm方面，依靠業(yè)經(jīng)驗證的FinFET晶體管架構(gòu)，得以實現(xiàn)最佳性能、功耗和成本效益，與N5相比，臺積電N3性能提升15%、功耗降低30%、邏輯密度增加70%，有望在2022年下半年開始量產(chǎn)，同時成為世界上最先進的芯片制造技術(shù)。

擁有龐大市場的手機SoC制程的更新?lián)Q代已不足為奇，如今5nm已經(jīng)成為旗艦手機的標配，隨著臺積電3nm開始量產(chǎn)，可以預測各家手機廠商的旗艦手機SoC也將更新至3nm。不過射頻芯片沒有像手機SoC制程一樣頻繁升級，依然使用16nm左右制程，但這一局面可能會在未來有所改變。

與4G相比，5G智能手機需要更大的芯片面積、消耗更多的電量才能提供更高的無線傳輸速率，支持5G的芯片集成很多功能和組件，尺寸變大且與電池競爭空間。因此，本次研討會上，臺積電首次推出N6RF工藝，將其先進的邏輯工藝的功耗、性能和面積優(yōu)勢帶到5G射頻（RF）和WiFi 6、WiFi 6E解決方案中，預計N6RF晶體管性能將比上一代16nm射頻技術(shù)高出16%以上。

此外，臺積電還稱，N6RF支持低于6GHz和毫米波頻段的5G射頻收發(fā)器，降低功耗和面積，且不會影響為消費者提供的性能、功能和電池壽命臺積電N6RF還將增強WiFi 6/6E的性能和電源效率。

持續(xù)擴展3DFabric先進封裝

臺積電還公布了其在先進封裝方面的最新進展。

在高性能計算應用領(lǐng)域，臺積電將在2021年為其InFO_oS 和 CoWoS封裝解決方案提供更大的光罩尺寸，從而為小芯片和高帶寬內(nèi)存集成提供更大的二維平面。此外，臺積電的SoIC-CoW預計今年完成N7對N7的驗證，并將于2022年在全新的全自動化晶圓廠中開始生產(chǎn)。

在移動應用領(lǐng)域，臺積電推出InFO_B解決方案，制造將強大的移動處理器集成在薄而緊湊的封裝中，性能增強、電源效率變高，并支持移動設備制造商在鳳裝飾的DEAM堆疊。

值得注意的是，在同期舉行的Computex大會上，AMD展示了其3D小芯片的首個應用，并稱通過與臺積電的密切合作，其3D小芯片技術(shù)比當前的3D封裝解決方案耗能更少，堆疊更靈活。AMD同時表示，有望在2021年底之前開始生產(chǎn)具有3D小芯片的高端計算產(chǎn)品。

z注，文中圖片源自臺積電

本文參考連接：雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

https://www.anandtech.com/show/16732/tsmc-manufacturing-update

https://pr.tsmc.com/english/news/2831

巨頭之間的競爭提出新的問題，這些新節(jié)點投入量產(chǎn)究竟需要多長時間，為什么需要這些新的節(jié)點工藝。

遷移到下一個節(jié)點確實可以提升性能并減少功耗和面積（PPA），但這已不再是實現(xiàn)PPA的唯一方法。實際上，縮小特性對PPA的好處可能不如最小化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)移動多。由于設備是為特定應用而設計的，因此需要考慮的因素有許多，例如不同類型的高級封裝、硬件和軟件更緊密集成以及處理不同數(shù)據(jù)類型和功能的混合處理元件。

隨著越來越多的設備連接在一起，越來越多可用程序的出現(xiàn)，我們看到數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，還看到了完全不同的工作負載，隨著數(shù)據(jù)和不同使用模型的不斷發(fā)展，可以預計未來的工作負載會有更多變化。英特爾副總裁設計支持部總經(jīng)理加里·巴頓（Gary Patton）在SEMI最近召開的先進半導體制造大會的一次主題演講中表示：“這種數(shù)據(jù)演進正在推動硬件革命，對計算的需要也與以往不同。技術(shù)節(jié)點向前演進是絕對的，但這還不夠，我們還需要解決系統(tǒng)級的異構(gòu)集成，工藝技術(shù)設計的協(xié)同優(yōu)化、軟硬件之間的優(yōu)化，更重要地，需要持續(xù)推動人工智能和新的計算技術(shù)。”

因此，盡管晶體管水平性能仍然是一個重要因素，但在從前沿來看，它只是眾多因素中的一個，不過至少在可預見的未來里，這依然是最大的芯片制造商不愿意放棄或讓步的競爭。三星最近披露了關(guān)于其即將推出3nm工藝的更多細節(jié)，該工藝基于下一代晶體管類型，稱為全柵極（GAA）FET。本月，IBM開發(fā)了一種基于GAA-FET的2nm芯片。另外，臺積電正在開發(fā)3nm和2nm，英特爾也在開發(fā)更先進的工藝，所有這些公司都在開發(fā)一種稱之為納米片F(xiàn)ET的GAA FET，其性能優(yōu)于當今的FinFET晶體管，但也更難制造、更加昂貴。

圖1：平面晶體管與FinFET以及GAA FET，來源：Lam Research

預計3nm的生產(chǎn)將于2022年中開始，2nm的生產(chǎn)將在2023年或2024年之前完成，因此業(yè)界需要為這些技術(shù)做好準備。不過目前的情況令人疑惑，關(guān)于新節(jié)點和新功能的官方公告并不完全像它們看起來的那樣。一方面，行業(yè)繼續(xù)在不同的節(jié)點上使用傳統(tǒng)的編號方案，但術(shù)語并沒有真正反映出哪家公司領(lǐng)先，另一方面，芯片制造商在所謂的3nm節(jié)點上朝著不同的方向發(fā)展，并不是所有3nm技術(shù)都一樣。

這樣做的好處是每個新節(jié)點都是特定應用。在過去的幾個工藝節(jié)點中，晶體管密度提升正在放緩，且性價比在不斷下降，而且很少有公司能夠負擔得起僅基于最新節(jié)點的產(chǎn)品設計和制造能力。另一方面，開發(fā)這些工藝的成本飛漲，配備先進晶圓廠的成本也在飛速增長。如今，三星和臺積電是僅有的兩家能夠制造7nm和5nm芯片的供應商。

此后，晶體管結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化。三星和臺積電正基于當今的FinFET生產(chǎn)7nm和5nm的芯片，三星將轉(zhuǎn)向3nm的納米片F(xiàn)ET，英特爾也在開發(fā)GAA技術(shù)，臺積電計劃將FinFET擴展到3nm，然后在2024年左右遷移到2nm納米片F(xiàn)ET。

IBM也正在開發(fā)使用納米片的芯片，但是該公司已經(jīng)幾年沒有生產(chǎn)自己的芯片了，目前將其生產(chǎn)外包給三星。

逐漸混淆的工藝節(jié)點命名規(guī)則

近十年來集成電路行業(yè)一直試圖跟上摩爾定律，力爭每18到24個月芯片中的晶體管密度翻一番。晶體管就像芯片中的開關(guān)一樣，由源極、漏極和柵極組成。在具體功能實現(xiàn)中，電子從源極流向漏極，并由柵極控制。有些芯片在同一個設備中有數(shù)十億個晶體管。

盡管非常艱難，芯片制造商還是以18到24個月的周期推出了一種晶體管密度更高的新工藝技術(shù)，從而降低每個晶體管的成本。以這種節(jié)點節(jié)奏，芯片制造商將晶體管的規(guī)格擴展了0.7倍，從而使該行業(yè)在同等功率的情況下提供40%的性能提升和50%的面積縮減，這個公式催生了快而新且功能更豐富的芯片。

每一個節(jié)點都有一個數(shù)字標識。幾年前，節(jié)點的命名基于一個關(guān)鍵晶體管指標，即柵極長度?！袄?，基于0.5微米技術(shù)節(jié)點生產(chǎn)的晶體管，柵極長度就是0.5微米”，Lam Research大學項目負責人Nerissa Draeger解釋說。

隨著時間的推進，柵極長度縮放速度變慢，并在某些時候，它與相應的節(jié)點名稱并不匹配。Draeger說：“多年來，技術(shù)節(jié)點的定義不斷發(fā)展，現(xiàn)在被認為更像是一個世代的名字，而不是任何關(guān)鍵維度的衡量標準”，Draeger說。

一段時間以來，節(jié)點名稱已經(jīng)成為純粹的營銷名稱。例如，5nm是當今最先進的工藝，但5nm的規(guī)格還沒有達成一致，3nm、2nm等也是如此，當供應商對節(jié)點使用不同的定義時，就更讓人困惑了。英特爾正以10nm工藝生產(chǎn)芯片，這大致相當于臺積電和三星的7nm工藝。

多年來，供應商或多或少地遵循國際半導體技術(shù)路線圖（ITRS）定義晶體管微縮規(guī)格。2015年，ITRS的工作被叫停，業(yè)界只能自己定義規(guī)格。取而代之的是，IEEE實施了設備和系統(tǒng)的國際路線圖（IRDS），該路線圖的重點是延續(xù)摩爾定律（More Moore）和超越摩爾定律（More Than Moore）。

Draeger說：“不變的是，我們期望節(jié)點擴展能夠帶來更好設備性能，更高的電源效率和更少的制造成本?！?/strong>

這并非易事，多年來，供應商一直使用傳統(tǒng)的平面晶體管來開發(fā)芯片，但這一結(jié)構(gòu)在10年前的20nm處就已經(jīng)觸礁。平面晶體管仍用于28nm / 22nm及以上的芯片制造，但業(yè)界需要一種新的解決方案，這也就是為什么英特爾在2011年推出了22nm的FinFET，晶圓制造廠緊隨其后推出了16nm / 14nm的FinFET。在FinFET中，電流的控制是通過在Fin的三個邊的每個邊上實現(xiàn)一個柵極來完成的。

FinFET使業(yè)界能夠繼續(xù)進行芯片微縮，但它們也更復雜、功能更小，導致設計成本不斷攀升。根據(jù)IBS首席執(zhí)行官漢德爾·瓊斯（Handel Jones）的說法，設計一款“主流” 7nm芯片的成本為2.17億美元，而設計一款28nm芯片的成本為4000萬美元。在這種情況下，成本是在一項技術(shù)投產(chǎn)后的兩年或兩年以上后確定的。

7nm及以下，靜態(tài)泄漏再次成為問題，功率和性能效益也開始減少。現(xiàn)在，性能提升在15％到20％的范圍內(nèi)。

在制造方面，F(xiàn)inFET需要更復雜的工藝、新材料和不同的設備。這反過來又會提高制造成本。”如果你把45nm和5nm進行比較，今天我們會看到晶圓成本增加了5倍。這是由于所需處理步驟增加所致”，TEL America副總裁兼副總經(jīng)理本·拉特薩克（Ben Rathsack）說。

隨著時間的推移，擁有生產(chǎn)尖端芯片資源或能夠看到其價值的公司越來越少。如今，GlobalFoundries、三星、中芯國際、臺積電、UMC和英特爾正在生產(chǎn)16nm/14nm的芯片(英特爾稱之為22nm）。但只有三星和臺積電有能力制造7nm和5nm的芯片。英特爾仍在開發(fā)7nm及更高版本，中芯國際也在開發(fā)7nm。

從FinFET轉(zhuǎn)向納米片

在3nm及以下時，微縮變得更加困難。開發(fā)可靠且符合規(guī)范的低功耗芯片面臨一些挑戰(zhàn)。此外，IBS的數(shù)據(jù)顯示，開發(fā)主流3nm芯片設計的成本高達5.9億美元，而5nm器件的成本為4.16億美元。

在制造方面，代工廠的客戶可以在3nm走兩條不同的路，但同樣要面臨艱難的選擇和各種權(quán)衡。

臺積電計劃通過縮小5nm FinFET的尺寸來將FinFET擴展到3nm，盡可能實現(xiàn)無縫過渡。IBS的瓊斯說：“ TSMC計劃在2022年第三季度為蘋果公司提供3nm FinFET的量產(chǎn)，計劃在2023年實現(xiàn)高性能計算?！?/p>

不過，這是一項短期策略。當鰭片寬度達到5nm（等于3nm節(jié)點）時，F(xiàn)inFET將接近實際極限。根據(jù)新的IDRS文件，3nm節(jié)點相當于16nm至18nm的柵極長度，45nm的柵極間距和30nm的金屬間距。相比之下，5nm節(jié)點相當于18nm至20nm的柵極長度，48nm的柵極間距和32nm的金屬間距。

一旦FinFET碰壁，芯片制造商將遷移到納米片F(xiàn)ET。三星從一開始就采用3nm的納米片F(xiàn)ET，根據(jù)IBS的數(shù)據(jù)，該產(chǎn)品定于2022年第四季度實現(xiàn)生產(chǎn)。

IBS還稱，臺積電計劃在2024年推出2nm的納米片F(xiàn)ET。英特爾也在開發(fā)GAA。多家無晶圓廠設計公司正在研究3nm和2nm器件，蘋果等公司計劃將該技術(shù)用于下一代器件。

納米片F(xiàn)ET是從FinFET進化而來的。在納米片中，來自FinFET的鰭被放在其側(cè)面，然后被分成單獨的水平片。片與片之間形成通道。第一納米片F(xiàn)ET將可能具有3個左右的片，用一扇門包裹著所有的薄片或通道。

納米片在結(jié)構(gòu)的四個側(cè)面上實現(xiàn)了柵極，比FinFET能夠更好地控制電流。Leti的高級集成工程師Sylvain Barraud說：“除了具有更好的柵極控制能力（與FinFET相比）以外，GAA堆疊的納米片F(xiàn)ET還具有更高的有效溝道寬度，從而提供了更高的DC性能。”

相對于FinFET，納米片F(xiàn)ET還具有其他優(yōu)勢。在FinFET中，器件的帶寬被量化，這影響了設計的靈活性。在納米片中，IC供應商有能力改變晶體管中片的寬度。例如，具有更寬薄片的納米片提供了更多的驅(qū)動電流和性能。窄的納米片具有較小的驅(qū)動電流，但占用的面積較小。

“寬范圍的可變納米片寬度提供了更大的設計靈活性，對于FinFET來說由于鰭片數(shù)量不連續(xù)，更加靈活的設計性是不可能的。最后，由于使用不同的功函數(shù)金屬，GAA技術(shù)還提出了多種閾值電壓特性”， Barraud說。

首批3nm器件開始以早期測試芯片的形式出現(xiàn)，在最近的一次活動中，三星披露了基于3nm納米片技術(shù)的6T SRAM的開發(fā)。這個設備解決了一個主要問題，SRAM微縮了器件的面積，但同時也增加了位線（BL）電阻。作為響應，三星將自適應雙BL和電池供電輔助電路集成到SRAM中。

三星研究員Taejoong Song在論文中說：“提出了一種全能的SRAM設計技術(shù)，該技術(shù)可以在功耗、性能和面積之外，更自由地提高SRAM容限。此外，提出了SRAM輔助方案來克服金屬電阻，從而最大限度地提高了GAA器件的優(yōu)勢。”

同時，IBM最近展示了一種處于測試階段的2nm芯片。該器件基于納米片F(xiàn)ET，可以集成多達500億個晶體管，每個晶體管由三個納米片組成，每個納米片的寬度為14nm，高度為5nm?？偟膩碚f，該晶體管具有44nm的接觸多晶硅間距和12nm的柵極長度。

IBM仍在研發(fā)中，目標是在2024年推出該芯片。但在任何節(jié)點上，納米片器件在投入生產(chǎn)之前都面臨若干挑戰(zhàn)。IBM混合云研究副總裁Mukesh Khare說：“挑戰(zhàn)的數(shù)量沒有限制。我想說最大的挑戰(zhàn)包括泄漏。如何降低功率？當薄板厚度為5nm且通道長度為12nm時，如何提高小尺寸的性能？如何在2nm內(nèi)獲得合理的RC效益？最后，芯片必須優(yōu)于先前的節(jié)點。”

制造納米片F(xiàn)ET是困難的?！霸谌荛T納米片/納米線中，我們必須在看不見的結(jié)構(gòu)下進行處理，而在該結(jié)構(gòu)下進行測量更具挑戰(zhàn)性。這將是一個更加困難的過渡，” Lam Research計算產(chǎn)品副總裁David Fried說。

在工藝流程中，納米片F(xiàn)ET首先在襯底上形成超晶格結(jié)構(gòu)，外延工具在襯底上沉積硅鍺（SiGe）和硅（Si）的交替層。

這需要極端的過程控制。“對每一對Si / SiGe的厚度和成分進行在線監(jiān)測至關(guān)重要，這些參數(shù)是器件性能和量產(chǎn)良率的關(guān)鍵。” Bruker產(chǎn)品營銷總監(jiān)Lior Levin說?！?/p>

下一步是在超晶格結(jié)構(gòu)中開發(fā)微小的垂直鰭片。然后，形成內(nèi)墊片，形成源極/漏極，接著進行溝道釋放工藝。柵極被開發(fā)出來，形成納米片F(xiàn)ET。

圖2：堆疊納米片F(xiàn)ET的工藝流程。資料來源：Leti/半導體工程

晶體管微縮競爭之外，異構(gòu)集成競爭同樣激烈

晶體管微縮只是方程式的一部分。伴隨晶體管未做競爭的持續(xù)，異構(gòu)集成方面的競爭也同樣激烈，許多最先進的架構(gòu)不僅包含在單個制程節(jié)點上開發(fā)單片芯片，還包含許多處理元件，包括一些高度專用的元件和不同類型的存儲器。

英特爾的巴頓說：“分布式計算正在推動另一個趨勢，即越來越多特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)。我們看到的另一個趨勢是從整體上分解出特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，主要由人工智能驅(qū)動，并且為提高效率而量身定制?！?/p>

將復雜模塊集成到一個封裝中的先進封裝方式正在發(fā)揮作用?！艾F(xiàn)在，封裝創(chuàng)新開始在提高產(chǎn)品性能方面發(fā)揮更大的作用。”巴頓說。

“從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的性能、功率和面積肯定涉及到更多因素，” Arm公司技術(shù)副總裁兼專家Peter Greenhalgh說：“如果世界僅依靠晶圓廠來獲得全部收益，您將非常失望。Arm提供了一種LEGO設計。該樂高積木被添加到其他樂高積木中，以構(gòu)建一個非常有趣的芯片。有許多昂貴的方法可以做到這一點，但也將在一定程度上實現(xiàn)商品化和協(xié)調(diào)化?！?/p>

向異構(gòu)架構(gòu)過渡的同時，還擴展了邊緣范圍，涵蓋了從物聯(lián)網(wǎng)設備到各種級別的服務器基礎(chǔ)架構(gòu)的所有方面，以及Google、阿里巴巴、AWS和Apple等系統(tǒng)公司將設計自己的硬件，以優(yōu)化龐大數(shù)據(jù)中心內(nèi)部特定數(shù)據(jù)流。這掀起了狂熱的芯片設計活動，將定制和非定制硬件，非標準程序包以及各種方法（例如內(nèi)存和近內(nèi)存處理）結(jié)合在一起，這些方法過去從未獲得過廣泛的關(guān)注。它還著重于如何對處理進行分區(qū)，哪些組件和流程需要在微體系結(jié)構(gòu)中確定優(yōu)先級，以及基于特定異構(gòu)設計的各種組件的最佳工藝節(jié)點是什么。

Greenhalgh說：“視頻加速就是一個很好的例子。如果您是一家云服務器公司，并且要進行大量的視頻解碼和編碼，那么您就不想在CPU上這樣做。您要在其中放置視頻加速器。這是一個范式轉(zhuǎn)變?！?/strong>

因此，存有更多不同種類的處理器元件，還有一些擴展是現(xiàn)有處理器核心的開發(fā)。

Synopsys的高級市場營銷經(jīng)理Rich Collins表示：“我們一直有能力通過添加自定義指令或連接自定義加速器擴展架構(gòu)（用于ARC處理器）?，F(xiàn)在的不同之處在于，越來越多的客戶正在利用這一優(yōu)勢。人工智能是一個時髦的詞，它意味著很多不同的東西，在這個術(shù)語后面，我們看到了很多變化，越來越多的公司在標準處理器上添加了神經(jīng)網(wǎng)絡引擎?！?/p>

這些變化不僅僅是技術(shù)上的，也需要芯片公司內(nèi)部做成一些改變。從各種工程師團隊的組成到公司本身的結(jié)構(gòu)。

英飛凌汽車高級副總裁Shawn Slusser表示：“過去，你會發(fā)明一堆產(chǎn)品，將它們放在一堆數(shù)據(jù)手冊中，然后人們會嘗試找到它們。由于設備的復雜性和使用壽命，這種方法不再見效?，F(xiàn)在，我們正在研究一種更像是半導體超級市場的模型。如果你想將現(xiàn)實世界與數(shù)字世界聯(lián)系起來，那么一切都可以在同一個地方得到，包括產(chǎn)品、人員和專業(yè)知識?！?/p>

較大的公司一直在內(nèi)部發(fā)展這種專業(yè)模式，這在蘋果的M1芯片中很明顯。M1是使用臺積電的5nm工藝開發(fā)的，它集成了Arm V8內(nèi)核、GPU、自定義微體系結(jié)構(gòu)、神經(jīng)引擎和圖像信號處理器，所有這些都集成在一個系統(tǒng)級封裝中。盡管該設計的性能可能不如使用標準行業(yè)基準的其他芯片那樣出色，但運行Apple應用程序的性能和功耗方面的改進顯而易見。

根據(jù)行業(yè)估計，截至今天已有約200家公司正在開發(fā)或已經(jīng)開發(fā)出加速器芯片，其中有多少能存活還不得而知，最終走向解體是不可避免的。在邊緣，汽車、安全系統(tǒng)、機器人、AR / VR甚至智能手機生成的數(shù)據(jù)太多，無法將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行處理。它花費的時間太長，并且需要太多的功耗、內(nèi)存和帶寬。很多數(shù)據(jù)都需要進行預處理，硬件處理這些數(shù)據(jù)的優(yōu)化程度越高，電池壽命就越長、功耗也就越低。

這就是為什么風險投資在過去幾年中一直向硬件初創(chuàng)公司投入資金的原因。在接下來的12到24個月內(nèi)，預計該領(lǐng)域投資將顯著減少。

Flex Logix首席執(zhí)行官Geoff Tate表示：“合理推斷，隨著公司進入市場并與客戶互動，這一窗口將開始關(guān)閉。在接下來的12個月中，投資者將開始獲得真正的數(shù)據(jù)，看看哪種架構(gòu)真正獲勝。在過去的幾年里，誰擁有最好的PPT是關(guān)鍵?？蛻魧⒓铀僖暈檫\行神經(jīng)網(wǎng)絡模型的必要條件，對于模型來說，它將運行多快，需要多少功率以及要花費多少成本？ 他們將依據(jù)這些條件選出最適合自己比賽或符合條件的模型?！?/p>

設計也在云端發(fā)生變化。在云計算中，更快的處理以及準確確定處理地點的能力可能會對能效以及數(shù)據(jù)中心的容量產(chǎn)生重大影響。例如，不只是將DRAM連接到一顆芯片上，DRAM還可以在許多服務器之間共享，從而使工作負載可以分布在更多計算機上。這不僅為負載平衡提供了更高的粒度，而且還提供了散熱的方式，從而減少了對冷卻的需求，并有助于延長服務器的使用壽命。

Rambus資深研究員、發(fā)明家史蒂文·伍（Steven Woo）說：“其中一些數(shù)據(jù)中心中有成千上萬臺服務器，全球有數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)在，你得想辦法將它們捆綁在一起。有一些新技術(shù)即將問世。一種是DDR5，它具有更高的電源效率，更遙遠一點的是Compute Express Link（CXL）。長期以來，能夠放入服務器的內(nèi)存量是有限的，但現(xiàn)在由于能夠在云中執(zhí)行更多工作并租用虛擬機，工作負載的范圍要大得多。CXL使你能夠在系統(tǒng)中擁有基本配置，還可以擴展可用的內(nèi)存帶寬和容量。因此，現(xiàn)在你可以突然支持比以前更大范圍的工作負載。”

結(jié)論

爭奪更加先進的幾個制程節(jié)點的競爭仍在繼續(xù)。剩下的問題是，當公司可以通過其他方式獲得足夠的收益時，哪些公司愿意花時間和金錢在這些節(jié)點上開發(fā)芯片。

不同市場的經(jīng)濟和動態(tài)正在迫使芯片制造商評估如何以最大的投資回報率來最好地應對市場機會，在某些情況下，這可能遠遠超出開發(fā)先進芯片的成本。實現(xiàn)不同目標有很多選擇，到達同一目標的方法通常也不止一種。

雷鋒網(wǎng)編譯，原文作者Mark LaPedus and Ed Sperling雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

原文鏈接https://semiengineering.com/the-increasingly-uneven-race-to-3nm-2nm/