重建英特爾：代工與 IDM 數(shù)十年的問題被揭開

英特爾作為唯一的主要集成設(shè)計(jì)制造商 (IDM) 在半導(dǎo)體行業(yè)中擁有獨(dú)特的地位，這意味著他們作為一家公司設(shè)計(jì)和制造自己的先進(jìn)芯片。雖然三星擁有這兩種功能，但 LSI（設(shè)計(jì)）和代工廠之間實(shí)際上存在一道墻。英特爾作為 IDM 的獨(dú)特地位既是一個(gè)主要的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，也是一個(gè)劣勢。

從理論上講，由于是一家數(shù)據(jù)共享限制較少的單一公司，英特爾可以比 AMD 等競爭對手與臺積電更緊密地優(yōu)化彼此的制造和設(shè)計(jì)。他們的最終芯片定價(jià)可以低于 AMD，因?yàn)闊o需支付外部臺積電代工稅。

幾十年來，這個(gè)模型一直有效。英特爾在工藝節(jié)點(diǎn)上領(lǐng)先于所有競爭對手，因此能夠占據(jù)主導(dǎo)地位。他們的利潤率始終高于臺積電和 AMD 等公司。下圖顯示了如果假設(shè)代工廠 + 無晶圓廠公司與英特爾是同一家公司，那么它們會是什么樣子。

工藝節(jié)點(diǎn)優(yōu)勢在 2010 年代初的 14 納米工藝中開始出現(xiàn)裂痕，但在原定于 2016 年進(jìn)行的 10 納米工藝過渡時(shí)完全崩潰。代工廠在 16 納米、10 納米和 7 納米工藝上競相領(lǐng)先，超越了英特爾 3 年的領(lǐng)先優(yōu)勢，并扭轉(zhuǎn)了頹勢。

原因有一部分是由于大型 IDM 造成的。責(zé)任和問責(zé)沒有適當(dāng)?shù)芈鋵?shí)到各個(gè)團(tuán)隊(duì)和業(yè)務(wù)部門。英特爾的某些部門逐漸衰落，在性能或成本方面落后于行業(yè)，但沒有人能說清楚，因?yàn)橛⑻貭柼幱谧约旱膲旱剐怨こ讨鲗?dǎo)地位。

一旦英特爾失去了領(lǐng)先地位，效率低下的問題就變得顯而易見。如今，英特爾制造晶圓的效率明顯低于臺積電。由于工具利用率較低且良率較差，英特爾需要更多的晶圓廠空間來實(shí)現(xiàn)相同的產(chǎn)量。

與此同時(shí)，英特爾的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)明顯落后于 AMD，需要更大的內(nèi)核和更多的晶體管，消耗更多的功率才能實(shí)現(xiàn)類似的性能。此外，由于設(shè)計(jì)方法較差，英特爾的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要更長的時(shí)間和更高的成本才能實(shí)現(xiàn)新架構(gòu)的生產(chǎn)。

英特爾針對這些問題的解決方案之一是通過快速連續(xù)縮小兩次（英特爾 4/3 和英特爾 20A/18A）來趕上工藝節(jié)點(diǎn)。但僅靠這一點(diǎn)并不能解決問題，因?yàn)樗鼈內(nèi)匀蝗狈σ?guī)模、客戶群和運(yùn)營效率。

英特爾目前正在嘗試解決其中許多問題，并轉(zhuǎn)型成為各種外部客戶的外部代工廠。雖然從表面上看，這只有在他們能夠贏得外部客戶的情況下才有幫助，但還有其他優(yōu)勢。

通過轉(zhuǎn)向內(nèi)部代工模式，英特爾可以開始結(jié)束將成本分配給整個(gè)業(yè)務(wù)部門而不是單個(gè)設(shè)計(jì)和團(tuán)隊(duì)的無意義做法。這將通過將責(zé)任降低到較低水平來幫助解決他們的一些主要低效率問題，這將有助于管理產(chǎn)品和晶圓廠級別的成本。

當(dāng)前效率低下

這些各種各樣的問題是壓倒性的，并導(dǎo)致了我們今天看到的英特爾。一般來說，英特爾產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)可以隱藏在其制造實(shí)力背后，而對分配給整個(gè)業(yè)務(wù)部門的成本不予理睬。

在半導(dǎo)體制造中，晶圓是分批制造的，稱為批次。這些批次是晶圓的集合，在繼續(xù)使用下一個(gè)可用的工具進(jìn)行制造之前，由工具按順序處理這些晶圓。由于一座晶圓廠的成本高達(dá)數(shù)百億美元，因此必須最大限度地利用晶圓廠的工具。一般來說，由于晶圓分批，前沿晶圓的處理時(shí)間可能需要 10 周。

另一方面，如果不考慮成本，先進(jìn)的晶圓也可以在幾周內(nèi)加工完成，但這會導(dǎo)致工具不斷等待晶圓以便盡快加工，從而導(dǎo)致效率極大低下。這稱為「熱批次（hot lot）」，指的是比標(biāo)準(zhǔn)批次優(yōu)先且處理速度更快的一批晶圓。

他們可以做任意數(shù)量的熱門批次，可以做任意數(shù)量的樣品。

大衛(wèi)·津斯納 (David Zinsner)，英特爾首席財(cái)務(wù)官表示，這可能有多種原因，例如加快新工藝步驟或工具的驗(yàn)證，或者為新設(shè)計(jì)或技術(shù)創(chuàng)建測試芯片。該術(shù)語源于這樣的想法：這些晶圓是「熱的」，因?yàn)樗鼈儽槐M可能快地推進(jìn)制造過程。

「我們確實(shí)使用了很多熱門方法。通常，作為一名總經(jīng)理，我并不總是像我應(yīng)該的那樣認(rèn)真思考熱門批次的成本——不僅僅是成本，還有工廠利用率和效率方面的中斷?！筍andra Rivera，英特爾數(shù)據(jù)中心和人工智能事業(yè)部執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理說，然而，運(yùn)行熱批次確實(shí)會降低設(shè)備利用率和整體晶圓廠效率。因此，這是快速處理特定晶圓的緊迫性與制造工廠的整體效率和吞吐量之間的權(quán)衡。

「我們的基準(zhǔn)測試表明，我們的材料速度比業(yè)內(nèi)同行快 2 到 3 倍，預(yù)計(jì)總產(chǎn)量會受到 8% 到 10% 的影響?！笿ason Grebe 是英特爾企業(yè)規(guī)劃集團(tuán)副總裁兼總經(jīng)理，Jason Grebe 也表示英特爾正在解決這個(gè)問題。方法是轉(zhuǎn)向內(nèi)部代工廠模式，并向業(yè)務(wù)部門收取熱門批次的費(fèi)用，就像任何其他代工廠向客戶收取這些熱門批次的費(fèi)用一樣。

英特爾相信，僅這一改變就可以每年為他們節(jié)省 5 億至 10 億美元。

步驟和樣品

設(shè)計(jì)芯片的成本非常高。一旦有了完整的設(shè)計(jì)，將其投入生產(chǎn)需要將設(shè)計(jì)發(fā)送到晶圓廠，將這些設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為數(shù)十個(gè)物理光掩模以放置在光刻工具內(nèi)，并通過數(shù)千個(gè)工藝步驟運(yùn)行測試芯片。一旦收到測試芯片，就可以檢查它們是否存在錯(cuò)誤/問題，并且可以調(diào)整設(shè)計(jì)。

但目前英特爾的主要劣勢之一是它們需要更多的迭代。步進(jìn)是指將修改后的設(shè)計(jì)發(fā)送到晶圓廠，并為新的測試芯片創(chuàng)建新的光掩模。

他們可以按照自己的意愿進(jìn)行任意多的步數(shù)。

大衛(wèi)·津斯納 (David Zinsner)，英特爾首席財(cái)務(wù)官說英特爾花了很多力氣才將 Sapphire Rapids 推向市場，而 AMD 通常只需要相對比一小部分的力氣才能將 Genoa 等競爭芯片帶到市場。這使得英特爾制造所有這些額外光掩模的成本大幅增加，并大大增加了將新設(shè)計(jì)推向市場的時(shí)間。

我們甚至聽到前員工傳言，曾經(jīng)有一段時(shí)間，一些英特爾設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)寧愿將設(shè)計(jì)發(fā)送到晶圓廠，拿回大量樣品，并測試其是否存在錯(cuò)誤，而不是通過模擬和驗(yàn)證來完成更多工作。

英特爾計(jì)劃通過減少樣本和步進(jìn)的數(shù)量來解決這個(gè)問題，方法是向設(shè)計(jì)和產(chǎn)品業(yè)務(wù)部門收取這些操作的合理價(jià)格，而不是允許任意數(shù)量的步進(jìn)。幾年前，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始轉(zhuǎn)向更符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法，盡管這項(xiàng)任務(wù)艱巨。

測試、排序、分類

芯片制造出來后，會對其進(jìn)行測試和分類，以排除故障并進(jìn)行各種分類以進(jìn)入不同的產(chǎn)品。多年來，英特爾一直是測試、排序和裝箱領(lǐng)域的先驅(qū)。他們的工具是高度定制的，并且有許多獨(dú)特的內(nèi)部測試模式。雖然這給英特爾帶來了一些相對于行業(yè)的優(yōu)勢，但并不都是積極的。

Jason Grebe，英特爾企業(yè)規(guī)劃集團(tuán)副總裁兼總經(jīng)理說：「與業(yè)界同行相比，我們測試時(shí)間越來越長。目前，我們估計(jì)我們的測試時(shí)間是競爭對手的 2 到 3 倍。實(shí)際上，我們的低成本測試平臺正在補(bǔ)貼我們測試時(shí)間的增長?！?/span>

英特爾過去擁有的巨大制造能力優(yōu)勢，再次變成了劣勢。鑒于最終芯片的現(xiàn)場可靠性并沒有真正差異化，測試時(shí)間沒有必要是 AMD 等競爭對手的 2 到 3 倍。

英特爾認(rèn)為，更直接地向業(yè)務(wù)部門收取測試、分類和分類費(fèi)用將使業(yè)務(wù)部門更加清楚他們在設(shè)計(jì)中使用的測試策略，并每年節(jié)省約 5 億美元。

此外，英特爾先進(jìn)的分箱策略導(dǎo)致他們制定了我們稱之為「SKU 垃圾郵件」的產(chǎn)品策略。在 PC 和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，英特爾擁有數(shù)十種 SKU，因?yàn)樗麄兡軌驅(qū)⑿酒诸惖阶罱K終端市場芯片的眾多箱子中。與 AMD、Broadcom 和 Nvidia 的產(chǎn)品堆棧要簡化得多相比，通過減少 SKU 的數(shù)量顯然有節(jié)省成本的潛力，但我們還沒有聽說英特爾有任何改變這一點(diǎn)的計(jì)劃。