2024真的會是英特爾奪回半導體工藝技術領先地位的一年嗎？

英特爾宣布計劃在2024年或2025年追趕并超過當前公認的半導體工藝領導者TSMC。這絕對是一個艱巨的目標，因為英特爾在推出其10納米SuperFin（現在稱為Intel 7）和7納米（現在稱為Intel 4）工藝節點時推遲了計劃進度。首先，我們將關注計劃中的半導體工藝節點以及它們將何時出現。然后我們將關注地點：英特爾正在投資新的晶圓廠和晶圓廠升級的地點。接下來，我們將討論誰，因為英特爾宣布了一些有趣的晶圓廠合作伙伴。最后，我們將關注為什么。為了預示結論：英特爾將工藝節點領導地位視為其業務的生死攸關的方面。

英特爾打賭其10納米SuperFin節點不需要EUV光刻。這是一場保守的賭博，但并沒有取得成功。該10納米節點的推出被推遲，英特爾在摩爾定律曲線上失去了競爭優勢。作為額外的后果，由于英特爾的工藝工程師需要學習EUV，因此進入7納米節點時也推遲了。這兩個工藝節點現在分別稱為Intel 7和Intel 4，已經投入生產。

在Pat Gelsinger于2021年初接任英特爾首席執行官不久之后，他宣布了截至2025年的工藝節點計劃。這些計劃要求在四年內穿越五個工藝節點，包括新命名的Intel 7和Intel 4節點。英特爾于2023年中宣布，Intel 3工藝節點，公司的最終FinFET工藝節點，已經達到了產量和性能目標，并將準備好在2024年量產Granite Rapids和Sierra Forest CPU。

下一個工藝節點是Intel 20A（“A”表示埃米），引入了公司工藝技術的兩個主要變化。首先，FinFET被淘汰，RibbonFET取而代之。 RibbonFET是英特爾對環繞FET通道以改進對通道電流控制的門的門體所有區域（GAA）FET的稱呼，從而提高性能。許多公司都在開發GAA FET工藝。在2023年中，三星宣布已經開始制造其基于該公司的Multi-Bridge-Channel FET（MBCFET）的3納米工藝技術。這是三星版本的GAA FET。

Intel 20A還將PowerVia，英特爾的背面電源技術，引入到制造工藝節點。 PowerVia技術將許多新的工藝步驟引入IC制造中，因為它將整個電源傳遞系統從芯片頂部移動到芯片的背面，這是自1959年Fairchild Semiconductor的Jean Hoerni為IC制造專利制定平面工藝以來的情況。將電源從芯片的背面傳遞到芯片正面上的晶體管需要通過薄化的硅晶片鉆孔，然后填充這些孔以通過從背面電源傳遞系統到晶體管的金屬連接。

背面供電有很多優勢，但其中兩個最重要的優勢是增加用于將電源傳遞到芯片晶體管的金屬，從而減少芯片上電源供應的下降和噪聲，并且將電源分布布線從芯片的正面移除，從而釋放芯片頂部金屬層的空間，從而使信號路由變得不受限制。

RibbonFET和PowerVia技術都存在風險。通常，工藝開發團隊每次只會引入一個重大變化。然而，Gelsinger很不耐煩，他正在推動這個工藝節點的迅速推進，因此這兩種技術將同時出現在Intel 20A工藝中。為了緩解一些風險，英特爾工藝工程師創建了一個僅供內部使用的工藝節點，將PowerVia背面電源傳遞系統添加到Intel 4工藝節點中。在2023年中，英特爾報告稱，這一改變單獨帶來了6%的性能提升。英特爾聲稱，Intel 20A工藝將在今年上半年準備好投產。在2023年底，首席執行官Gelsinger宣布，后續工藝節點Intel 18A將在2024年底之前投產。 TSMC表示，其相當的工藝節點N2將在2025年下半年投產，因此看起來英特爾可能確實在今年年底之前處于領先地位，前提是一切按計劃進行。

開發新的工藝節點是一回事。在生產規模上使用新工藝節點制造芯片則完全是另一回事，因此英特爾還啟動了大規模的資本密集型項目，對其現有晶圓廠進行升級，并建設全新的晶圓廠。這個建設熱潮需要英特爾的財政和相關政府投入數百億美元。英特爾升級了愛爾蘭Leixlip的一家制造晶圓廠，并最近在該地點啟動了Intel 4工藝。英特爾正在亞利桑那州錢德勒建造兩家新晶圓廠，以運行Intel 20A工藝。該公司在俄亥俄州利金縣建立了一個新的制造工地，并正在建設一個Intel 18A工藝的晶圓廠。英特爾還最近宣布計劃在德國Magdeburg建造一家新的晶圓廠，以使用Intel 18A工藝節點制造芯片。該公司還在以色列Kiryat Gat建造晶圓廠，以使用其較舊的FinFET工藝節點制造芯片，并計劃在馬來西亞和波蘭建造新的封裝設施。

有一句關于半導體行業的老話適用：“填滿晶圓廠?！边@是控制制造成本的唯一方法。一個空置的晶圓廠會浪費很多錢。英特爾幸運地一直擁有備受歡迎的產品，可以填滿其晶圓廠，但Gelsinger是半導體行業的老手，知道保持晶圓廠充實需要各種各樣的芯片。這就是他創辦英特爾晶圓廠服務（IFS）的原因之一。因此，英特爾一直與客戶達成晶圓廠交易，以幫助保持其晶圓廠充實。

除了直接的晶圓廠客戶之外，英特爾還與其他半導體晶圓廠達成交易。當中國在2023年8月擱置了英特爾對Tower Semiconductor的收購時，兩家公司在隨后的一個月宣布了一個晶圓廠交易。英特爾將在其新墨西哥州里奧蘭喬的晶圓廠為Tower提供晶圓廠服務和300毫米制造能力。就交易而言，Tower將為新墨西哥州工廠購買高達3億美元的制造設備，以運行其專有的半導體工藝。 Tower的半導體工藝雖然不處于光刻的前沿，但對于電源管理、射頻信號處理和低功耗操作等應用來說，它們是領先的工藝。這個月，英特爾和聯電宣布了一項類似的合作協議，共同開發12納米FinFET工藝節點，在亞利桑那州錢德勒的Intel Ocotillo Technology制造工地的Fabs 12、22和32中進行制造。

羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾于1968年創辦了英特爾。到1971年，該公司已經開發出第一款商用DRAM，從而創造了DRAM市場，第一款商用微處理器，從而創造了微處理器市場，以及第一款EPROM，從而創造了非易失性半導體存儲器市場。英特爾一直在半導體制造商中保持著前十名的地位。該公司在1992年成為半導體銷售冠軍，并一直保持這一位置，直到2018年，三星因DRAM價格上漲而成為頂級半導體銷售商。然而，DRAM價格下跌，英特爾再次奪回了冠軍地位。

當市場上某些產品失去高盈利性時，英特爾會退出整個市場。為了防止日本DRAM供應商侵蝕英特爾的市場份額，該公司于1985年退出DRAM市場，以拯救公司免于消失。英特爾曾一度涉足非易失性半導體存儲器，并且目前不在該市場上，因為它于2020年出售了其Flash存儲業務。此外，英特爾目前正在分拆2015年收購的Altera時從中獲得的FPGA業務，但這沒關系，因為分拆后的FPGA公司將立即成為IFS的大客戶。 （新FPGA公司的大揭幕計劃于2月29日舉行。）

然而，英特爾不能放棄其微處理器業務中的核心產品線，否則就會滅絕，因為它沒有其他大型業務可以退而求其次。為了保持這一業務，英特爾必須抵擋其長期競爭對手AMD，后者已經在PC和服務器CPU業務中取得了一些進展，部分原因是英特爾失去了工藝領導地位。因此，這對英特爾來說是一個生死攸關的問題。由于TSMC制造AMD的處理器，英特爾在領先微處理器領域的戰略必須包括在每個新的半導體工藝節點上超過TSMC，同時為每個新的工藝節點設計先進的處理器。輸掉這場比賽意味著英特爾最終將消失。

Gelsinger在四年內穿越五個工藝節點的計劃是贏得這場比賽戰略的一部分，我認為Gelsinger的IFS及其擬議的作為主要半導體晶圓廠的角色是他確保英特爾技術開發和制造團隊始終專注于積極的工藝開發和晶圓廠建設的方式之一。這并不是說Gelsinger的戰略中沒有其他無數元素。相信Gelsinger和英特爾所說的，以及TSMC所說的，英特爾今年確實有可能從TSMC奪回半導體工藝領導地位。如果Gelsinger和英特爾成功，這將是這家公司在過去半個世紀為半導體行業取得的又一場艱苦的勝利。