過去幾個月來,三星、臺積電都在不斷宣布10納米甚至7納米制程上的量產(chǎn)進(jìn)展,與此對應(yīng)的是,英特爾10納米工藝制程的量產(chǎn)計劃卻一直沒有落地,這讓英特爾一度遭遇外界質(zhì)疑。
但就在9月19日,英特爾終于拋出了王炸。
在北京的"英特爾精尖制造日"現(xiàn)場,英特爾一口氣對外首次展示了10納米Cannonlake、10納米Arm測試芯片、22納米FFL、14納米展訊SC9861G-IA和14納米展訊SC9853I這5款晶圓,對外批露了相關(guān)芯片的量產(chǎn)計劃,并首次對外詳細(xì)揭密了自身在下一代制程上的多項前沿技術(shù)儲備。
會上,英特爾更以少見的強勢態(tài)度,狠懟"友商"三星和臺積電。
"目前,友商10納米芯片的晶體管密度,只相當(dāng)于我們14納米芯片的密度。"英特爾公司制造、運營與銷售集團總裁StacyJ.Smith說,"我們領(lǐng)先了友商整整3年。"
事實上,早在今年3月,英特爾就已在舊金山講述過同樣觀點。但在中國這個關(guān)鍵市場再次重申,并展示10納米晶圓,這被業(yè)界視為英特爾發(fā)起全面反攻,并加速拓展芯片代工市場的信號。
【摩爾定律不死】
晶體管的制程工藝,多年來一直遵循摩爾定律,即當(dāng)價格不變時,集成電路上可容納的晶體管數(shù)量,以及消費者每花一元錢能獲得的芯片性能,每隔18-24個月便會增加一倍。
但近幾年來,摩爾定律還能維持多久,已經(jīng)成為業(yè)界討論最多的問題。甚至很多分析者認(rèn)為,摩爾定律即將失效。
其原因在于,我們目前使用的主流芯片制程已經(jīng)達(dá)到14納米制程,并正在向10納米發(fā)展。而在7納米以后,晶體管的縮小就將接近物理極限,一旦晶體管進(jìn)一步降低,就有可能產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng),為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。
這意味著,如果物理學(xué)上沒有重大突破,要進(jìn)一步增加晶體管的密度,就將變得極為困難。
去年,勞倫斯伯克利國家實驗室的一個科研團隊曾宣稱,通過由納米碳管和二硫化鉬(MoS2)的替代材料和技術(shù),已能將晶體管制程的物理極限縮減到1納米。不過,這一研究目前也還停留在初級階段。
但英特爾卻依然堅定表態(tài):摩爾定律不死。
"誠然,有一天我們可能會達(dá)到物理極限,但目前還看不到終點,而摩爾定律在任何可預(yù)見的未來都不會終結(jié)。"StacyJ.Smith說。
(StacyJ.Smith)
為什么摩爾定律不會失效?
英特爾的答案是,用制程技術(shù)之外的"黑科技",來抵消制程技術(shù)放緩帶來的影響。
比如,應(yīng)變硅、高K金屬柵極、自校準(zhǔn)通道、鰭式場效應(yīng)(FinFET)晶體管等技術(shù),都曾在不同的制程階段,為縮小晶片面積、提升晶體管密度起到巨大作用。
這樣,雖然每一代制程節(jié)點之間的時間在延長,但通過超微縮等前沿技術(shù),英特爾可以加速推進(jìn)晶體管密度的提升,從而確保芯片的性能持續(xù)提升和成本持續(xù)下降。
(本文資料配圖均來自英特爾官方資料)
現(xiàn)在,通過超微縮技術(shù),14納米和10納米的晶體管密度,都能比以往的制程技術(shù)分別提升2.5倍和2.7倍。
這意味著,英特爾能讓10納米芯片的面積縮小到7.6平方毫米,較14納米芯片縮小了57%,并可以在每平方毫米的面積里,容納超過1億個晶體管。
"如果按單個晶體管成本計算,我們的價格下跌速度,甚至還要略快于歷史水平。"StacyJ.Smith說。
根據(jù)Intel的工藝路線圖,10納米制程節(jié)點將包括10nm、10nm+、10nm++三個小迭代,其后就將轉(zhuǎn)向7納米制程,并且5納米和3納米也已經(jīng)在規(guī)劃中。
在這些階段,英特爾正對多項前沿技術(shù)進(jìn)行研究和布局,9月18日披露的技術(shù)包括:
(1)納米線晶體管:納米線結(jié)構(gòu)可改進(jìn)通道靜電,進(jìn)一步實現(xiàn)晶體管柵極長度的微縮。
(2)III-V材料(如砷化鎵和磷化銦):可以改進(jìn)載流子遷移率,讓晶體管在更低電壓和更低的有功功耗下運行。
(3)硅晶片的3D堆疊:可以在更小的面積內(nèi),實現(xiàn)不同的技術(shù)混裝集成。
(4)高密度內(nèi)存:包括易失性和非易失性存儲技術(shù)
(5)高密度互聯(lián):將包括新的材料和圖案成形技術(shù)。
(6)極紫外(EUV)光刻:將在現(xiàn)有的193納米波長工具基礎(chǔ)上,進(jìn)一步微縮為13.5納米波長
(7)自旋電子(BeyondCMOS):在CMOS到達(dá)微縮極限后,繼續(xù)提高密度和降低功耗。
(8)神經(jīng)元計算:采用不同的處理器設(shè)計和架構(gòu),以更高的能效執(zhí)行某些計算功能。
【10納米落地,怒懟三星臺積電】
技術(shù)密集、資金密集的芯片業(yè),注定是一個寡頭競爭的天下。
經(jīng)過多年廝殺,半導(dǎo)體行業(yè)中有能力制造最先進(jìn)芯片的公司已經(jīng)屈指可數(shù)。在10年前,有18家公司擁有自己的晶圓廠,但現(xiàn)在,這個數(shù)字已經(jīng)減少到英特爾、三星、臺積電、格羅方德4家。
"其中,只有3家在投資開發(fā)規(guī)模量產(chǎn)型的制程技術(shù),只有2家公司真正有一體化的器件生產(chǎn)能力。"StacyJ.Smith說。
今年以來,三星和臺積電都給英特爾帶來了巨大壓力。
就在9月11日,臺積電聯(lián)合ARM、Xilinx等公司,發(fā)布了全球首顆7納米芯片,并宣布該芯片將于2018年正式量產(chǎn)。此前它的10納米芯片,已于去年就已經(jīng)宣布量產(chǎn);而5納米芯片則計劃于2019年開始風(fēng)險試產(chǎn)。
三星也在去年就宣布10納米芯片量產(chǎn),計劃于今年內(nèi)年風(fēng)險試產(chǎn)8納米芯片,明年內(nèi)實現(xiàn)7納米芯片的商業(yè)化。此外,它在6、5、4納米的制程也都已有規(guī)劃。
它們的制程工藝,真的已經(jīng)趕超英特爾了嗎?
9月19日,在"英特爾精尖制造日"現(xiàn)場,英特爾中國全球副總裁兼中國區(qū)總裁楊旭對此的回應(yīng)是:
"老虎不發(fā)威,當(dāng)我們是病貓!"
在英特爾看來,友商們都是在玩數(shù)字游戲。
""業(yè)界現(xiàn)在有一種趨勢,對自己節(jié)點的命名制造混淆概念,即使晶體管的密度并沒有提升,但仍繼續(xù)為其采用新一代制程節(jié)點命名。"StacyJ.Smith說。
英特爾認(rèn)為,下面這個已被業(yè)界廣泛使用的公式,可用于任何制造商的任何芯片晶片,明確、一致地測量晶體管密度,并為芯片設(shè)計者和客戶提供關(guān)鍵信息,準(zhǔn)確比較不同制造商的制程,從而改變制程節(jié)點命名的亂象。
英特爾表示,如果從按照這個公式的比較,英特爾的芯片性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于競爭對手。
比如,在14納米制程上,英特爾認(rèn)為自己"領(lǐng)先了3年"。
而在10納米制造上,英特爾也表示,自己"領(lǐng)先了整整一代"。
比如,英特爾宣稱,自己的10納米工藝采用第三代FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)技術(shù)和超微縮技術(shù),擁有全球最密集的晶體管和金屬間距,最小柵極間距從70納米縮小至54納米,最小金屬間距從52納米縮小至36納米,邏輯晶體管密度可達(dá)到每平方毫米1.008億個。
這個數(shù)據(jù),較業(yè)界其他的"10納米"高了差不多1倍。
"相比其他友商的'10納米',英特爾的10納米技術(shù)領(lǐng)先了整整一代。"英特爾技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān)MarkBohr說。
【爭奪代工市場,爭奪中國市場】
一向不評論友商的英特爾,為何此次突然發(fā)威?
一個重要的原因,在于英特爾正在大舉殺入芯片代工市場,這意味著它將與三星和臺積電產(chǎn)生更激烈的直接對抗。
在2016年,臺積電在全球晶圓代工的市占率為50.6%,其后依次是格羅方德9.6%,聯(lián)電8.1%,三星以7.9%排名第四,但去年以來一直不斷擴大產(chǎn)能,并已宣稱將全力擴大代工業(yè)務(wù)規(guī)模,"目標(biāo)市場第二"。
而英特爾生產(chǎn)的芯片,過去主要都是自用,代工業(yè)務(wù)從2013年才在小范圍內(nèi)啟動。
盡管如此,英特爾在這個市場依然雄心勃勃。
"目前,英特爾的代工廠完全有能力支持客戶的大規(guī)模生產(chǎn)需求,市場也有很多的機會。"英特爾公司技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁、晶圓代工業(yè)務(wù)聯(lián)席總經(jīng)理ZaneBall說。
英特爾瞄準(zhǔn)的,是利潤更豐厚,自身也更具比較優(yōu)勢的高端晶圓代工市場。
自2010年以來,高端晶圓代工市場復(fù)合增長率達(dá)14%,2016年市場規(guī)模已達(dá)到230億美元,同時市場規(guī)模還將不斷增長。
其中,中國將成為一個極為關(guān)鍵的主要市場。
受益于國家扶持和市場增長,中國芯片產(chǎn)業(yè)正在迎來井噴。據(jù)全球芯片設(shè)備行業(yè)協(xié)會SEMI估算,2017年中國在晶圓代工廠領(lǐng)域的整體支出(包括建筑與設(shè)備)將由2016年的35億美元增長至54億美元,增幅達(dá)54%,而在2018年,這一數(shù)字將有望達(dá)到86億美元。
ZaneBall表示,58.5%的半導(dǎo)體消費發(fā)生于中國,但中國無圓晶廠全球占比為25%,這意味著一個巨大的機會。
而且,從市場上來看,由于英特爾不像臺積電只做代工,也不像高通、AMD、華為等只做設(shè)計,它既懂設(shè)計又有工廠,所以代工業(yè)務(wù)受到限制,與很多競爭對手難以達(dá)成合作。在這方面,來自中國的大量客戶卻沒有這個顧慮。
"我們要進(jìn)入專業(yè)晶圓代工,還要在中國大有所為。"ZaneBall說。
"建造并裝備一家頂尖晶圓廠所需要的投資,至少需要100億美元。過去5年,我們已經(jīng)投資了500億美元,在全球都有頂尖的晶圓廠和封裝測試廠,這讓我們有更高的良率,有足夠的產(chǎn)能來應(yīng)對市場不斷變化的需求,而且可以更快,以更低成本調(diào)整生產(chǎn)。"StacySmith說,這些都將為英特爾的代工業(yè)務(wù)提供強大的、獨特的競爭力。
目前,英特爾的技術(shù)與制造集團員工已超過3萬人,制造廠房面積則達(dá)到400萬平方英尺,每秒可以生產(chǎn)100億晶體管,是全球少數(shù)可以做高尖端晶圓代工的廠商。
而在中國,英特爾的員工也超過7000人,自2004年以來的協(xié)議投資超過130億美元。
下一步,英特爾的代工業(yè)務(wù)將瞄準(zhǔn)兩個細(xì)分市場。一個是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,包括網(wǎng)絡(luò)處理器、FPGA(可編程芯片);另一個是移動和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
目前,英特爾代工業(yè)務(wù)將開放22納米、14納米和10納米技術(shù),并提供包括完整的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IP組合,經(jīng)過認(rèn)證的電子設(shè)計自動化(EDA)工具流等系統(tǒng)支持。其中:
14/10納米低功耗和高性能移動平臺旨在支持客戶在旗艦/主流移動產(chǎn)品細(xì)分市場推出最高性能、最低功耗的智能手機、平板電腦和消費設(shè)備。
22FFL(FinFET低功耗)平臺則將為入門級智能手機、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、連接解決方案、可穿戴設(shè)備和車載系統(tǒng)帶來最低功耗與卓越性能。
值得注意的是,英特爾的代工業(yè)務(wù)是由一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的不同企業(yè)共同完成。
比如,中國本土的展訊,就是英特爾在14納米和22納米領(lǐng)域的重要合作伙伴。展訊的SC9861G-IA和SC9853I兩款14納米芯片,均是使用英特爾的低功耗平臺制造而成。
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