既然手機晶元都大規模的使用7納米的工藝,為什麼英特爾公司卻不用7納米的工藝呢?是技術原因嗎?


以前我也是吹Intel,但是時至今日,必須承認,Intel的工藝已經被三星台積電追平,甚至是超越。

三星台積電製程有水分不假,Intel強調自家的10nm相當於台積電二代7nm,現在的情況是什麼?台積電已經在2018年量產了第一代7nm,今年第二代已經板上釘釘,而Intel的10nm有大規模出過貨嗎,還在初期的測試版階段,年初有個新聞很有意思,Intel去年準備重拾顯卡業務,設計差不多了,結果發現自家的10nm根本用不了,納尼,英特爾給外面的解釋是自家10nm產能有限,敢問,現在Intel產品線中有哪一款是10nm工藝的????沒辦法,只能找三星代工,沒錯,號稱地球工藝最先進的半導體企業讓三星代工。

最新的消息,Intel在經歷過一系列折騰之後,承諾2021年量產7nm,距離2021年不到兩年,10nm還在調試中,出了名的跳票王,2021年能量產算我輸。

在我看來,三星台積電之所以能在製程工藝中取勝,很大原因是和近幾年的產業聯盟結合緊密,這幾年最火熱的產業一個是手機,第二是顯卡,這兩項全都讓三星台積電佔了,高通蘋果華為的cpu,全都是這兩家代工,而顯卡,也都是這兩家包辦,眾所周知,工藝,是產量喂出來的,其次,產量越大,成本的邊際效應遞減更明顯,這樣造成的結果就是,三星台積電造出的cpu工藝越來越好,成本越來越低,這是一個正反饋。 英特爾呢,電腦cpu消費量就那麼大,升級意願逐步降低,可以說很低了,升級產量售價又會跳水,沒產量又沒動力推動製程,即使Intel花血本推動新製程,發現cpu不好賣,那攤到每顆cpu的成本得多高,這是一個負反饋。

一個正反饋,一個負反饋,這是10多年前三家主動做出的選擇,在只有顯卡的時代,Intel和AMD是競爭者,自然不可能為其代工cpu,甚至可以說,Intel和其他半導體廠商都是競爭者,自家的cpu產量夠大,製程夠先進,憑什麼要做代工,Intel和英偉達也是不對付,一個cpu第一,一個gpu第一,誰也不服誰,開放代工?不可能。蘋果找Intel代工都被拒絕了,這曾是一個巨大的機會,Intel覺得沒啥利潤,一個做mp3的做手機,能有多大銷量。智能手機和獨立顯卡的崛起,Intel拒絕擁抱行業變化,才會導致形成這個負反饋。在酷睿初期,硬體性能的跳躍提升導致消費者換機意願高,掩蓋了這個問題的嚴重性,等到Intel反應過來,三星台積電已經成為極為強大的挑戰者,wintel聯盟逐漸式微。

來看看三星的騷操作,三星自家有cpu業務,但是不影響他幫蘋果高通代工,這競爭關係還不明顯嗎?為了錢,沒啥矛盾是和解不了的,官司該打打,錢該賺賺。flash快閃記憶體這塊Intel也曾經虧成狗,一度邊緣化,只有韓系笑到最後,Intel囤積著龐大先進的產能,只是為了cpu價格賣高點,不為別的,flash不賺錢,搞它幹什麼,毫無遠見,前幾年三星的flash業務真的是笑開花,晶圓廠跟印鈔機一樣了,隨意提價。

Intel不是沒察覺到這個,英特爾在2017年宣布開放代工,號稱14nm比對手10nm更先進,結果怎麼樣大家都知道,自家提供給蘋果的基帶晶元都是台積電28nm代工,說明Intel和整個移動端產業都徹底脫節了。Intel可能參數上好於三星台積電,量化也就20%,但是,可能代工成本就高個50%,而三星台積電是專業的代工公司,整個代工流程都十分順暢,Intel就呵呵了。

從柵格間距來看,Intel的22nm是干不過台積電三星的16/14nm的,14nm打對手倒是沒問題,但是14nm打對手的10nm,參數上已經沒有優勢了,而三星台積電升級到7nm之後,Intel還在用14nm對抗,再有水分的7nm也不至於不如古董14nm吧,當然,Intel用的是自家10nm對標對手7nm,但是自家的10nm難產兩年多了,對手的7nm(蘋果a12)已經量產1年了。結果已經很清晰了,即使是英特爾開放代工,也毫無吸引力,更高的價格更差的製程,誰會用。不知道大家注意到了沒,Intel的九代處理器和amd的二代銳龍相比,amd居然有了功耗優勢!!!!!3.9ghz以下兩者功耗持平,但超過4.0,Intel整機要高出30w+,因為二代用的是台積電?三星?的12nm,我猜是台積電的,因為三星只有14 10兩個節點,台積電16 12兩個節點,amd在以後的對抗中,不需要太多力氣升級架構,只需要坐穩台積電三星的製程順風車,就能抗衡Intel。Intel現在慌得不行,移動端完全沒有存在感,代工沒有優勢,技術已經逐漸被對手追上並超越,好不容易忽悠蘋果買了自家的基帶,幾乎釀成慘案的雙輸,最近宣布退出5g競爭,蘋果高通舊情復燃,自己的基本盤行業正在被amd威脅,gpu的大計算應用正在蠶食整個行業的基礎,與此同時,自家內亂不斷。

Intel的現狀,其實在10多年前就已經註定了,winIntel聯盟深入人心,形成一個極為封閉的生態,微軟是軟體行業,掉頭快,迅速擁抱雲服務和大計算,市值新高,Intel作為硬體底層供應商,沒能即使的察覺行業變化,所以,當Intel十幾年前做出不代工,賣掉arm業務決定時,這種操作再正常不過了。但是一而再再而三的對抗整個產業,就是作死了,Intel想過貼錢賣x86 cpu給華強北平板廠商,結果生產了一堆電子垃圾,自己還倒貼幾十億美元,Intel也把x86 cpu賣給昔日盟友聯想,做出了k900這種兼容性極差的手機。這麼多年以來,Intel還是用著wintel的老思維閉門造車,結果你們都懂。

最後,來看看兩家的製程工藝

以上沒有7nm的數據,不過Intel自己的ppt說三星台積電的7nm密度比自家的10nm略高,差不多算是勉強承認自家10nm不如對手7nm。在晶體管密度這方面已經被無情的超越了,估計也就漏電率還有點優勢。


此7納米非彼7納米.

背景:

因為歷史原因,在業界里,INTEL屬於「chipmaker」(IDM晶元商且產線不對外開放),不屬於「Foundry」(代工廠,商用開放)。

也就是10nm下非存儲器產品線目前大致分倆陣營:非商用:Intel VS 商用線:台積電,三星(IDM,但是產線對外開放)),SMIC(研發中),GF (已退出),UMC(已退出)

商用和非商用兩邊的技術路線的命名和標準嚴格說是有較大差異的。為了好做生意,商業「Foundry」線標準自然需要統一,但他們的業界標準,不能直接套用到非Foudry頭上去。

然後是結論: 如果一定要比較,那就從技術上看(器件/線寬特徵尺寸,SPEC, Pitch等),可以大致認為intel的10nm=TSMC的7nm, intel 7nm= TSMC/SAMSUNG 5nm (台積電和三星是一樣的)。intel的工藝不商用,不開放,所以不能直接套用商用節點分類。

要求標準統一的呼聲已經很多年了,不過沒辦法,「INTEL屬於世外玩家」,我行我素慣了。

以下是小擴展:

  1. 首先, 目前TSMC量產的所謂7nm其實是193nm 光刻機+金屬多重曝光技術對14nm/10nm節點的極限延伸,並非真正的使用了EUV的7nm/5nm節點。

EUV光刻機的隨機缺陷問題至今沒完美解決,良率是沒達到量產標準的。TSMC的7nm 成本比EUV 7nm +金屬單次曝光 高昂許多,所以並不是一個可在商業上全面普及的技術。(三星的過渡節點是8nm)

(a1 :這裡的「難以全面普及」並不是一個貶義,也不是說7nm的產能很低。 DUV 7nm全身上下從良率和可靠性看都相當好,唯一的缺點就是貴,分析師甚至認為可能比使用了EUV的真7nm (TSMC 命名為7nm+)還貴。具體是報價是多少呢,我引用Gartner的數據:7nm SOC 的設計(含製造)費用是1.2億美金~4.2億美金(晶元設計從來不是一鎚子買賣,必須多次流片,多次迭代,最後才量產,也就是說經驗最豐富的公司也會付出1.2億美金的設計費用,經驗不怎麼豐富的那就不好說了。。很多年前我們業內有個梗,有些金融危機都沒整死的半導體公司最後倒在了28nm的流片路上就是這個原因);10nm/14nm價格差不多是7nm的一半 (礦機和互聯網公司的AI SOC基本都在這個點上), 而目前大部分商用SOC採用的,也就是普及度截至去年Q4還是最高的28nm節點,其產品整體設計費用為1000萬美金~3500萬美金。) 無論是DUV還是EUV的7nm,很多投行,半導體基金經濟分析師將其定義為crossover point,說難以「全面普及」可能也是出於這個經濟考量。

(a2:單次和多重曝光,簡單說:同樣是做一層金屬,單次曝光只需要一層版一次曝光;而雙重則是需要把工序分兩步,兩層版,兩次曝光,最後圖形合併;三重,四重則以此類推。。。每一次工序的增加會增加製造的難度,同時增加工藝整合缺陷率的風險。。也就是讓成本大幅增加。)

2. 目前三大廠7nm EUV 的情況是這樣的:

TSMC, 三星:還處於產能爬坡階段,並沒開始量產,因為良率是沒達到量產的標準的。TSMC和三星都號稱今年Q4末會量產.

intel:研發階段,產能爬坡預計今年下半年。 之前說過的,其7nm等同於,TSMC, 三星的5nm。

以上量產時間都將取決於ASML升級了power source以及transmisson rate等關鍵指標的新一代EUV, NXE:3400C 今年Q4是否會按時交付了。

3. 7nm EUV是個比較尷尬的節點,隨機缺陷的問題目前看除了跟EUV的power source,mask有直接聯繫外,跟金屬單次曝光也有較大的關聯,工藝專家認為多重曝光是可以解決隨機缺陷的,但如果升級到多重曝光又有點浪費,成本比使用193nm光刻機+ 多重曝光還高, 經濟性很差。目前很多工藝專家更加看好的是5nm,因為在這個節點下,pitch可以比7nm減少20%~30%,也就是集成度理論可以增加20%~30%, 可以有較充分的理由去說服客戶去提高自己的預算以獲得更佳的PPAC. (Power, Performance, Area, Cost)

總之,經濟性上來講,單次曝光肯定比雙重,多重曝光便宜很多就是(工序少,收費少,很合理)。集成電路製造里,同一個節點下,後道金屬製造工藝是成本控制的核心,9層金屬能做出來的產品絕不會使用10層,2層Mx能做出來的,絕對不選3層Mx。(Mx是指底層金屬,比如第一層金屬m1, 第二層金屬m2,第三層金屬m3。。。雙重,多重曝光工序也是針對的Mx及其過孔。)

4. 最後說下Intel,就22nm以下的核心專利來看,intel 截止目前依然是無可爭議的技術巨人 ,但其產線封閉性已經成為其發展最大的掣肘,TSMC的成功在於其開放度及執行力,尤其是對Tier 1客戶的開放,先進節點研發甚至能做到請客戶派工程師去幫助改善器件model,以加速良率的提升;對於所有客戶的反饋重視度很高,更新疊代迅速,台積電的PDK design manual 是我這十來年從業經歷中接觸過的商用工藝里最完整細緻的一家,沒有之一。( 三星這兩年也開了竅,開放度大增。5nm 的新結構MOS研究(GAA MOSFET)三星已經走在了前面。)

寫得匆忙,難免有誤,見諒。


大約是台積電16nm,英特爾14nm的時候,我就撰文說英特爾再不開放代工就來不及了。

本來英特爾工藝領先一代到兩代,但是2007年以後,手機處理器幾乎是一年一代進步太快了。

英特爾一開始準備去競爭,花了很多錢補貼雙系統平板,但是這個政策沒堅持下去。

移動市場基本放棄了。

放棄了這個時候,英特爾就遇到問題,你的處理器升級慢,工藝升級經濟上不合算。pc銷量已經很穩定了。伺服器利潤高,量不能和智能手機比。

你的工藝不去競爭,不跟上移動領域升級的速度,很快會被趕上。

當時有個消息是蘋果希望用英特爾的14nm工藝,而且英特爾當時已經給蘋果供基帶。傳言好像有點眉目。

但是,英特爾沒有搞。

到了7nm,即使你的14nm再強也不可能強出兩代。

而且台積電後續都計划到3nm了。

這兩年,AMD會有一個好機會。


修正一下回答

高通驍龍8系某開發者對intel設計的看法: intel現在行業定位是2流中至二流末, 總之未來不看好。(原話)

評價無關製程,跟設計有關。是因為好幾年微架構擠牙膏,被apple的A系的IPC追上了,而得到這樣低的評價了嗎?

intel 22nm到14nm密度提升150%,14nm到10nm 密度提升170%,10nm到7nm 密度提升100%,2.5倍、2.7倍、2倍,intel的密度標準降低了,說難聽點,是縮水了(之前國外友人的預估是2.5倍)。

太多人喜歡就拿Intel某幾個PPT吹Intel,我還是喜歡數據說話。

就密度而言,括弧是以Intel為基準的密度(只是個大概),

22(i)<20(T)<16(T 19)<14(S 17)<14++(i 15.5)<14(i)<10(S 12)≤10(T 12)<7(S/T,10.2)<10(i)<7+(T 9.6)<5(S 9.2)<5(T 7.4)≤3(S 7.3)<7(i)可能估測不是很准,但應該比較接近,大小關係應該問題不大,主要來自Intel PPT 台積電 三星的數據和部分晶元的實測數據而得出上面的結果

量產時間

台積電7nm 18年4月——>19年4月/5月台積電7+和三星7LPP量產——>Intel 10+ 19年下半年量產(實際上,17年底Intel小批量量產過初代10nm的8121U)——>2020Q1量產台積電5nm——>2020Q1或Q2三星5nm——>2021 Intel 7nm 三星3nm 台積電5+

Intel 最近的PPT是2021年量產7nm,這是會用上IIIV族的工藝(Intel PPT上是這樣寫的),相當於finfet下代技術,而finfet下代可選的技術還有GAA以及其他方案,三星3nm(3GAE)打算用GAA。

下面的數據是從事半導體相關工作的人Scotten Jones整理的數據,Intel 10nm的數據是100.8MTx/mm2,稍高於台積電 三星初代7nm的95.3和96.5,低於台積電的二代7nm即7FFP(7nm+) 113.9。而最近Intel公布自家7nm的數據是提升2倍密度,即201.6MTx/mm2 。三星下面3nm的官方數據是相比7nm面積減少45%,即密度增加81.8%,即3nm密度為173.3。MTx/mm2,百萬晶體管/mm2。

可以看出,2021年Intel量產的7nm比三星的3nm和台積電5nm密度領先16%,這個幅度不算大。

台積電最近宣布2020年Q1量產5nm(依然是finfet技術),2021年5nm+(提升很少,PPT表示速度提升7%,功耗和密度也沒提起,沒提升?),三星宣布2021年量產3nm(3GAE)。

速度方面,Intel 14++比三星和台積電7nm都要明顯強(參考zen2和xxlake系列的頻率差距),比10+強,稍弱於10++(Intel的PPT)。10+目前來看,速度實際可能更弱,依據Intel 10+ icelake的頻率來看的話。

14++為了可以跑更高頻率,明顯降低了密度,相比初代14nm而言。

順便糾正一個問題,就是太多小白YY Intel 14nm和別家10nm差不多,實際上,Intel初代14nm密度37.5MTx/mm2(14++估計低10%-20%) ,台積電三星10nm在Intel PPT上是48和50,即14nm密度落後30%以上,這叫差不多?當然14++確實是速度吊打這兩家的7nm,更別說10nm了。實際上,台積電10nm的海思kirin970密度接近57,倒是A11在48左右。Intel PPT難道不用別家最好的密度數據對比的?

一般而言,同代製程,如Intel 14nm,高頻率版工藝(桌面級)一般密度會明顯低於低頻率版(移動級)。

台積電5FF比三星3GAE和Intel 7nm早一年以上量產,性能會明顯落後它們。

三星雖然製程名稱虛標嚴重,但是,近幾年量產時間基本符合官方預定的時間,沒有跳票,台積電也一樣。Intel就是10nm跳票了,但不能因為Intel跳票也推斷另外兩家也跳票。

所以,對於台積電明年Q1量產5nm,後年量產5nm+,三星2021量產3GAE,都挺可靠。

另外,三星很早之前的目標就是今年量產7nm,早前也確實宣布量產7LPP了。

大家不要把別家試產的說法當作量產,而誤會它們兩家的量產時間。之前不少國內外媒體上一年把三星7LPP試產當成量產,實際上今年Q2三星官方才宣布量產7LPP(三星的晶圓代工製程官方量產說法是mass production,14lpp 10lpe 10lpp 8lpp以及7lpp都是這個字眼,其他說法基本都不算)。

如果Intel2021如期量產7nm,即可以看出Intel依然稍微領先另外兩家。

最近台積電打算2022年量產3nm,如果沒有推遲,那麼,基本可以認為台積電算是真正反超intel了,因為,我是不看好intel的5nm能夠在2023可以準備好,而2024或者2025,台積電的2nm也要來了(台積電官方已經宣布開始研發2nm)。

對了,想起2年前,不少人認為台積電的製程不適合桌面CPU的說法,甚至有人認為7nm密度太高,散熱能力會變差,高頻能力可能比不上自家10nm,結果zen2算是徹底打臉。連性能比16+還差的14lpp的zen都能上桌面CPU,性能更好的16+為什麼不行?台漏電 台漏電的叫得歡,只能說這些人活在過去。

對了,Intel的PPT上,14nm密度是37.5,三星14nm 30.5,台積電16nm 29。

實際則是,14nm skylake的密度在14左右(只有理論值的40%不到),GF 14nm(即三星14nm)zen的25左右(理論值的82%)。Intel大幅犧牲密度才實現高頻率。所以,吹Intel密度的實際上也可以省省了。另外,以上一年amd展示的台積電7HPC gcn的數據,密度不到40,遠低於kirin 980的93,要實現高頻,都要大幅犧牲密度。兩個很重要的密度參數CPP MMP,14++從初代14nm的CCP的70nm增大倒84nm,所以密度也是明顯降低。所以上一年也就有了人推測Intel量產的桌面10nm也要為了提頻而降低密度參數。

另外,台積電和Intel市值目前都在1900+億美元,台積電稍高一點。台積電營收只有Intel一半,凈利潤有Intel的70-80%。台積電不缺錢和技術升級製程,更重要的是apple這樣的大客戶太積極更新製程,海思 高通也積極跟進。現在最新的消息是,連很多人眼中摳門的華為,都讓中端soc的麒麟810用上昂貴的7nm,難怪海思成為台積電第二大客戶了。實際上,只依靠gpu,台積電 製程推進速度要比跳票的Intel 10nm還要慢也不奇怪。Intel 雖然說2021要上7nm,但是,如果不能搶到apple 高通這些大訂單,依靠原來的市場,真的未必會那麼積極量產,畢竟10nm的研發成本還遠遠沒有收回。最終的結果,很可能是,Intel不能拿到其他大廠代工訂單的話,製程技術遲早是要被反超。

站在同一起跑線上的歐美技術企業,一般最後也是打不過東亞的企業。


從英特爾的角度來看,台積電和三星的7nm並不是真正的7nm。

晶元這個東西是需要技術的,在技術的世界裡,彎道超車本身就不多見,而且就算彎道超了對手也可能在直道上追回來。2014年,英特爾就發布了14nm工藝的晶元,彼時的台積電剛剛小規模量產了20nm工藝。那麼,是什麼力量讓台積電追上並超過英特爾的呢?

答案就是數字遊戲。

根據公開的資料,Intel 14nm工藝的柵極間距為70nm,內部互聯最小間距為52nm,這兩項指標分別比22nm縮小了22%、35%。

相比之下,台積電16nm、三星/GF 14nm的柵極間距分別是90nm、78nm,內部互聯則是64nm。

我想大家都能看出來問題了,台積電的16nm工藝在技術指標上也就比英特爾的22nm好了一點,三星也沒好到哪去。也就是說,英特爾在2016年的時候依然處於領先地位。

然而,英特爾在2014-2016年間的發展並不好,他們的移動晶元慘遭失敗,代價是付出了70億美元的補貼。與此同時PC銷量下滑,英特爾被迫關閉了一些晶元工廠,包括曾經被奧巴馬看作是美國製造業典型的Fab42工廠。這直接導致英特爾的生產和實驗出現混亂,一旦市場回暖,幾乎所有工廠都要滿負荷運轉。

與此同時,英特爾內部也是亂成了一鍋粥。科再奇上任後,英特爾一直在併購。併購後的整合需要大量人員和精力,這並不是英特爾擅長的,雄心勃勃的10nm工藝量產計劃也因為公司沒有與相關團隊明確界定目標,導致該計劃最終變得過於複雜,且沒有以理想的方式加以管理。

當然,10nm本身也有設計難度,英特爾的要求太高了,這幾乎是他們現有光刻機,也就是DUV的極限。多說一句,現在的EUV光刻機光源功率過低,達不到英特爾的要求。

對市場預估錯誤,轉型期陣痛和過於自信的標準讓英特爾的10nm工藝頻繁跳票。


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