逆天了!英特尔1.4nm芯片工艺首秀,工业奇迹?

最近,Intel 消息频传:

Intel 3 准备就绪;

18A 节点拿下微软大单;

3 年后重回全球晶圆代工技术领导者;

2030 年成为全球第二代晶圆代工厂;

……

英特尔的伟大转型似乎走到了一个新的关键节点。在刚刚结束不久的直面会上,「蓝色巨人」英特尔宣告英特尔代工服务部门 IFS(Intel Foundry Services)正式更名 Intel Foundry,与此同时还全面更新了路线图,包括英特尔 14A(1.4nm)工艺的首次亮相。

作为 IDM 2.0 最核心的环节,「晶圆代工」意味着英特尔不再只为自身制造芯片,开始像台积电一样,为其他芯片设计公司以及英特尔的产品业务部门等客户制造芯片,这也倒逼英特尔在芯片制造工艺上加速追赶台积电、三星等技术领导者。

在此之前,英特尔原先的 IDM(垂直整合制造)模式已经无以为继:芯片制造工艺上的技术路线误判,造成了制程上的全面落后,在 14nm 上耗费了太多时间和精力,同时也影响到了其产品被苹果弃用、被 AMD 超越,甚至被消费市场广泛调侃为「牙膏厂」。

不过在 IDM 2.0 转型将近三年后的今天,很多事情都发生了变化,尤其是新一轮的生成式人工智能浪潮,以及晶圆代工从芯片的制造环节越来越多延伸到封装等环节的趋势。正如英特尔现任 CEO 帕特 · 基辛格说的:

这是英特尔代工厂发展的关键时刻。我们看到了重新定位英特尔系统代工厂的机会。

扩展「四年计划」,英特尔工艺路线图再刷新

按照基辛格在 2021 年制定的计划,英特尔将在 4 年内更新 5 个工艺节点。在 Intel 7 之后,Intel 4 已经在最新的酷睿 Ultra 移动处理器上落地,官方宣称其代表着英特尔 40 年来最重大的架构变革。

另一边,Intel 3(名义上是 3nm)已经准备就绪,英特尔去年 7 月就宣布了 Intel 3 工艺在产能和性能方面达标,将于 2024 年发布的两款至强处理器—— Granite Rapids 和 Sierra Forest(分属 P-Core 和 E-Core 产品线)都将采用 Intel 3 工艺进行制造。

图 / 英特尔

作为英特尔的第一个大批量 EUV(极紫外)节点,Intel 3 还将在未来几年推出不同版本,包括将于今年推出支持硅通孔(TSV)的 Intel 3-T、将于 2025 年推出功能扩展的 Intel 3-E 以及更之后基于第二代 TSV 技术带来更高性能的 Intel 3-PT。

再之后,英特尔还将陆续正式推出采用 PowerVia 背面供电技术的 20A(2nm)、18A(1.8nm)工艺。

20A 节点命运多舛。原本英特尔 Arrow Lake 以及高通都计划采用 20A 工艺,但后续不断有消息指出,Arrow Lake 已经转向台积电 3nm。包括基辛格刚刚也证实,即将推出的两款处理器均将采用台积电 3nm 工艺制造。

而根据天风国际分析师郭明錤去年的一份报告,高通也早已停止开发 Intel 20A 芯片。同时还传出 20A 工艺将仅供英特尔产品部门采用,不会主动面向第三方客户提供。在英特尔最新的路线图中,也没有推出 20A 后续工艺版本的任何计划,在某种程度也佐证了之前的传闻。

相比之下,18A 则受到越来越多的重视。不仅是得到了新思科技(EDA 巨头)、ARM 等半导体生态厂商的广泛支持,也有越来越多芯片设计公司的「青睐」,微软 CEO 萨蒂亚 · 纳德拉 ( Satya Nadella ) 也在这次直面会上官宣:

微软将基于 Intel 18A 工艺制造芯片。

微软没有明说这款芯片的详情,但就在去年末,微软刚刚发布了两款与人工智能息息相关的自研芯片—— Maia 100 AI 芯片和 Cobalt 100 CPU。如果不出意外,就是这两款芯片将采用英特尔最新的 18A 工艺。

图 / 微软

此外,英特尔在最近刚刚完成了 18A 主要产品 Clearwater Forest 的流片,后续还计划推出性能提升的 18A-P 节点。

而在这版路线图中,除了一系列迭代版本的增加,最值得关注的部分还是首次公布了 14A(1.4nm)及其迭代版本 14A-E,这将是英特尔真正重回全球晶圆代工技术领导者的关键。

从 14nm 到 14A,英特尔要反超台积电

如果从 2015 年推出采用 14nm 工艺的 Skylake 算起,到 2025 年英特尔正式投入 18A 工艺的量产,正好是 10 年。这 10 年中,英特尔有 7 年始终困在从 14nm 到 10nm 的升级,而留给英特尔从 10nm 跨越到 18A(1.8nm)的时间,满打满算也只有:3 年。

如果可以如期实现,这将是一场技术和工程的「奇迹」。而届时,英特尔也将在工艺制程上完成对领先集团(台积电、三星)的追赶。

按照目前英特尔和台积电的路线图,英特尔将在 2025 年实现 18A 工艺的量产,台积电 2nm 也将在 2025 年正式投入量产。

图 / 台积电

这里需要指出的是,虽然英特尔的 18A 工艺名义上是 1.8nm 制程,基辛格也多次强调该制程相比台积电 2nm 工艺的领先,但实际比较晶体管密度,两者相差无几,也都采用下一代 GAA(全环绕栅极)架构。

从 Fin FET 到 GAAFET,图 / 三星

目前来看,英特尔 18A 更直接的优势还是来自独有的背面供电技术等,当然台积电 2nm 也会有一些独有的技术优势。但总体而言,英特尔 18A 工艺实际对标就是台积电、三星的 2nm 工艺。

换言之,英特尔要到下一个工艺节点—— 14A 才可能真正反超台积电。

按照英特尔的计划,他们将于 2027 年前开发出 14A 工艺,并且将在该节点首次采用 ASML 的 High-NA EUV(高数值孔径极紫外)光刻机。事实上,光刻机巨头 ASML 去年末就在 X(原 Twitter)上宣布首套 High-NA EUV 光刻机正从荷兰 Veldhoven 总部开始装车发货,将向英特尔俄勒冈厂进行交付:

「我们很高兴、也很自豪,能够向英特尔交付我们的第一个 High-NA EUV 系统。」

第一台 High-NA EUV 光刻机装车,图 / ASML

按照 ASML CEO Peter Wennink 的说法,单台 High-NA EUV 的价格在 3 亿到 3.5 亿欧元(约合人民币 22.6 亿元到 26.4 亿元)之间,英特尔的首发抢购,也恰恰说明了其对夺回技术领导者地位的迫切和重视。

写在最后

英特尔会完成这场痛苦而漫长的转型吗?

很难说。但在 2021 年基辛格重回英特尔之前,「蓝色巨人」已经到了不得不变的地步。三年后的今天,英特尔的问题还有不少,IDM 2.0 转型还在争议声中继续推进,他们没有选择分拆晶圆代工业务,而是将代工和产品业务分成两个独立财务核算的部分。

而新一轮的生成式 AI 浪潮带来了更多对英特尔的质疑,倚重 CPU 而忽视了 GPU,让英特尔错失了大量的机遇,也大幅增加了在数据中心市场的「失守」风险。不过同时,生成式 AI 也让所有人,尤其是英特尔看到了再造 PC 的巨大潜力。

这些都是当下英特尔最直接面对的挑战,我们唯一可以确定的是,英特尔的这场「伟大转型」还没有到盖棺定论的时刻。

题图来自英特尔