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IDM年代,终将曩昔?

2014年的台北国际电脑展上,Intel发布了*选用14nm工艺的CPU。

而在2017年,尽管Intel主力产品仍旧在选用14nm工艺,但在某次出资会议中,Intel却展示了一张PPT,表明自己2014年发布的*代14nm工艺丝毫不差劲于三星和台积电的10nm工艺,整整*了三年。

这时分的Intel,觉得自己的晶圆制作依然独步于全国,笑傲于江湖,其他晶圆代工厂成不了什么气候,半导体的未来十年仍旧归于Intel。

但现实状况往往不如人员,Intel 10nm 7nm连续延期,而老对头AMD却凭借着台积电的工艺,走出了被限制的暗影,而苹果更是弃Intel处理器而去,换上台积电工艺的自研芯片,短短几年时刻,Intel就从“先进”的王座下跌,堕入一个又一个泥潭傍边。

经历过这番折腾,Intel再也不敢对晶圆工艺夸下海口,连不明白半导体的小白在媒体的连续“轰炸”下,也都知道Intel在制程上的落后了,而痛定思痛的它总算开端考虑起了寻觅其他代工厂、切割旗下代工服务的或许性。

2021年3月,Intel CEO帕特 · 基辛格宣告,Intel将选用IDM 2.0的新事务战略,该战略包含出资200亿美元的亚利桑那新工厂,开发用于计算机的 7nm处理器,一起敞开其晶圆代工服务,为其他Fabless厂商代工芯片。

拖了两年多今后,Intel首席财政官David Zinsner在6月的出资者电话会议上表明,Intel晶圆代工服务(IFS)会像对待其他客户相同对待Intel内部产品事务,在财报中单独列出损益。

一起Intel重申了之前的方针,即下一年逾越三星,成为仅次于台积电的国际第二大晶圆代工厂,估计到年代工收入超200亿美元。

有人说这是勇士断腕,有舍才干有得,也有人说这是对扶不起的阿斗彻底死心了,失掉了代工服务的Intel就像一只拔毛凤凰,不过是精装版AMD算了。

但不论如何,从前操控半导体商场的先进逻辑IDM走下神坛已成现实,另一种形式在十几年的风雨往后总算证明了自己,筑成的工厂让巨子也为之昂首,它便是Foundry。

英特尔的传奇

前期的半导体工业只信任IDM。

至少在1987年从前,叫得出姓名的集成电路企业多半都是IDM形式,包含英特尔、德州仪器、三星、美光在内,都是单独完结芯片规划、出产和封装测验这三个首要流程,尽管这些巨子偶然也会赚一笔外快,在产线运用率较低的时分,也会向其他企业供给少数的代工服务,但商场中底子不存在把代工当成主营事务的企业。

原因不只仅是敝帚自珍,前期的集成电路并无专门东西可以依靠,由于芯片复杂度较低,规划人员彻底可以通过手工操作完结电路图的输入、布局和布线,后边尽管引入了可编程逻辑规划技能,参加交互图形修改、晶体管地图规划、规矩查看等功能,但芯片规划的主动化程度远不能和今日比较,与其说是技能活,倒不如说是用人力堆出来的苦力活。

手搓出来的芯片,功率和规范底子无从谈起,此刻的芯片,就比如在印刷术创造之前,咱们都是纯手写,你说是自己手写一本书挣钱,仍是帮他人誊抄书挣钱呢?当厂商出产自己的芯片更挣钱时,商场就没Fabless的立锥之地。

而这样的状况,却是被IDM的龙头——英特尔自己亲手打破的,美国闻名科技记者马隆所著的《三位一体:英特尔传奇》中有这样一句话:摩尔规律是一个社会契约,是半导体职业和国际其他地区之间的协议,即前者将继续尽力,尽或许地坚持规律的轨道,后者将为这种飞速开展的效果买单。

为了打败对手,英特尔就有必要拿出更先进的芯片,为了拿出更先进的芯片,那就有必要循着摩尔规律的脚步,不挑选这条规律,那么商场就不会挑选你。

1971年,英特尔推出4004处理器,晶体管数量不过2300个,而制程也是老旧的10 微米,到了1985年推出的80386处理器,制程现已更新到了1.5微米,晶体管数量翻了约120倍,来到了27.5万个,完成了指数等级的添加,而这个规划的处理器现已不能用简略地用人力去填补了。

英特尔现任CEO基辛格,其时486项意图负责人,在2012年宣告的论文《应对英特尔微处理器规划的复杂性 — CAD 前史》中说到:

在486处理器上,英特尔引入了更彻底的改动,它选用了全流水线规划,集成了一个大型浮点运算单元,并引入了*个片上高速缓存——一个高达8K字节的高速缓存。由于可重复运用的规划大幅削减,晶体管数量添加了4倍,这颗处理器在规划出产率上遇到了巨大的阻力。尽管可以寻求简略的人力添加,但问题也随之而至:英特尔是否有才干担负这支远超100人的486规划团队......为了履行更有远见的规划流程,英特尔就需求开发愈加称心如意的规划东西。

终究规划486的东西被组合到了名为RLS (RTL to Layout Synthesis)的体系傍边,这是*个在干流微处理器开发项目中从RTL到布局的体系......它的成功首要是结合了三个底子要素:CMOS(完成了单元库的运用)、硬件描绘言语(供给一个便利的输入机制来捕捉规划意图)、组成(供给从RTL到门和布局的主动转化)……这便是 "奇特而强壮的鼎足之势",这些元素中恣意一个都不或许彻底改动规划出产力,后来EDA职业对这三个元素进行规范化和整合,终究使其成为一切ASIC职业的根底,也是Fabless职业的一起接口。

可以说,正是英特尔在486处理器研制进程中的改善,推动了后来EDA东西的诞生,而EDA的诞生,也为Foundry Fabless的形式供给了必要条件,前期的人工誊写敏捷蜕变成雕版与活字印刷,半导体职业的规划功率迎来了革新,而摩尔规律的威力终得以展示。

代工厂鼓起

IDM被推翻的预兆出现在了我国台湾。

1973年,时任我国台湾地区的经济部长的孙运璿下决心开端工业技能转型,他在参阅了其时美日韩在集成电路上的开展道路,终究决议仿效美国硅谷的产学研形式,将涣散在我国台湾遍地的联合工业研究所、联合矿业研究所与金属工业研究所几家研究机构兼并,以财团法人名义树立,工业技能研究院(工研院)就此诞生。

工研院意图只要一个,便是把其时最新的科技效果下放到企业里,不只安排派遣留学生远赴美国,培育在电路规划、光罩制作、晶圆制作、封装测验等方面的人才,还要再引导他们回到台湾,为初期的半导体企业奉献一份名贵的力气。

1980年,工研院决议以衍生公司的方法,树立我国台湾*家半导体制作公司——联华电子(联电),并将一切IC产品线和技能以贱价授权出产的方法悉数搬运给它,让它在具有研制才干之前就可以开端出产,其前期首要出产电子表、计算器与电视相关半导体,一起也是*家供给代工服务的台湾半导体公司。

1987 年,工研院电子所与飞利浦协作树立(台湾积体电路制作公司)台积电,张忠谋任董事长,运用的是八年前引入投产的我国台湾*条3英寸晶圆实验线,尽管规划不能比美联电,但由张忠谋掌舵的它,却在树立之初就坚决了自己的方向——晶圆代工。

这两家被并称为台湾晶圆代工双雄,尽管前期接的是IDM厂商的残羹冷炙,但在90年代Fabless潮流席卷全球之际,他俩便是许多半导体公司心中的白月光,吃的是规划图纸和硅晶圆,挤出来的却是能卖大几百美金的芯片,这样的代工厂,又有哪家不爱呢?

台积电创始人张忠谋在承受SEMI和计算机前史博物馆的采访时表明:

当我在TI和通用仪器时,我看到许多IC工程师想脱离并树立自己的企业,但阻挠他们脱离这些公司的*难题是,他们无法筹措满意的资金来组成自己的公司。其时的人们认为每家公司都需求制作,需求晶圆制作,而这恰恰是半导体公司、集成电路公司中最需求资金的部分。我看到了这些工程师想离任创业的想法,终究却由于缺少筹措很多资金树立晶圆厂的才干而被摧残在摇篮里。所以我想,或许台积电,一个朴实的晶圆厂,可以补偿这一缺点。在咱们的协助下,这些工程师就能完成兴办归于自己的芯片公司的愿望,新式的公司将成为咱们的客户,他们将会为晶圆代工厂供给一个安稳和逐年添加的商场。

1996年,台积电在代工制作的根底上,初次提出了“虚拟晶圆厂”(Virtual Fab)的概念,让客户能随时把握晶圆制作进展,省去运营晶圆厂所需承当的各项开销。在相应时刻、机密性、量产弹性与信息的获取上,让客户感觉有如自己开的晶圆厂相同便利;而在技能、质量和本钱上,又让客户感觉晶圆代工厂要优于自己的晶圆厂。

台积电这样的代工厂自此打出了三个关键性优势:首要,由于它们自身不会出售IC制品,因而不会与Fabless发生竞赛,两个公司永远是协作伙伴的联系;其次,代工厂可以依据Fabless的需求扩大产能,一起灵敏分配产能,更靠近客户已有的出产计划;终究,代工厂根据规范EDA东西树立了出产流程,客户可以彻底操控从概念到终究规划的进程。

蓝色伟人之殇

蓝色伟人,一般指的是计算机职业的*,在IBM失掉PC商场的主导权后,把握x86架构话语权的英特尔天经地义地接过了它的衣钵,成为了新一代的蓝色伟人。

90年代伊始,晶圆代工厂如漫山遍野般鼓起,但关于英特尔这样的IDM巨子来说,仍旧何足挂齿,时任AMD CEO的杰里·桑德斯乃至在一次会议上喊出了一句名言:Only real men have fabs(只要真男人才会具有晶圆厂)。

尽管桑德斯说这话是针对其时另一家Fabless处理器厂商Cyrix,但台积电这样的代工厂不受传统IDM厂商待见也是现实,其年代工厂的技能遍及落后两到三代,只要那些新式半导体企业才会找上代工厂,更多厂商仍是倾向于自建晶圆厂,究竟制作是半导体的命根子,被他人攥在手里总是有些不结壮。

但年代的改变,超过了一切人的幻想,90年代仍是个人电脑的年代,但在千禧年往后,国际往移动年代打了左满舵,而随同2007年iPhone的发布,智能手机掀起了遍及浪潮,国际关于半导体的需求出现出了一个指数等级的添加。

需求变大了,原本关于IDM厂商来说是天大的功德,躺着挣钱的日子,不正是它们朝思暮想的吗,但惋惜的是,智能手机这块蛋糕,英特尔这样的IDM厂商,却没吃到*的一块,乃至作为隶属产品的平板电脑,都和它们无缘,高通、联发科、苹果和海思等,通通都是Fabless,它们联手,切割掉了一年数亿台移动设备的处理器商场。

而背面*的受益者,便是台积电这样通过多年技能投入后,把握了先进制程的代工厂,每年苹果上亿手机里搭载的芯片,均出自台积电的晶圆厂,苹果从移动商场攫取赢利,而台积电跟着苹果喝汤,顺势不断晋级工艺来满意苹果的需求……

英特尔不是没有过挣扎,Atom这一产品序列便是为了移动商场而生的,但在手机上连续失利,终究乃至想出了补助硬件厂商这样的昏招,整整70亿美元砸到了搭载Atom处理器的Windows平板上,连个浪花都没翻起来。

而英特尔的老朋友和老对手,90年代的真男人AMD此刻早已雄风不再,2009年就把晶圆厂悉数卖给了阿布达比的主权基金,树立晶圆代工厂商格芯(GlobalFoundries),自己摇身一变,成为了新的Fabless。

2014年,旧日的蓝色伟人IBM更是以15亿美元的价码,把旗下的微电子部分(含晶圆厂)半卖半送给了独立出来的格芯,它专心所求的,便是为了让晶圆厂能继续出产,然后保证职工的权益。

在这些巨子忙着切割自家从前的晶圆厂的背面,是本钱的飙升,1965年,摩尔规律刚发布时,一家20mm晶圆厂的建造本钱约在100万美元左右,到了90年代,200 mm晶圆厂的本钱为 7 -13 亿美元,进入21世纪后,300mm晶圆厂的本钱更是到了20-30 亿美元,至于7nm先进制程的工厂,光一家工厂就耗资120多亿美元,没有满意的现金流,底子无力支撑起如此巨额的本钱投入。

假使不是英特尔一直占有x86商场的主导地位,在服务器和个人电脑商场具有*的话语权的话,7nm工艺之后的开发底子无从谈起,更不用说更新每年的技能道路图了。

90年代的时分,英特尔背面站的是惠普、康柏、戴尔、NEC等一众PC厂商,还有微软在一旁为它支持,2015年后,台积电背面站的是苹果、高通、联发科、AMD、英伟达……而此刻英特尔背面的那批人却没什么变化,不论是市值仍是产量,都无法与之比较。

英特尔在2014年时霸占14nm工艺时满是自豪,由于它在半导体工艺上做到了全国际*,但没过多少年,它再也没有自傲的本钱了,由于它心知肚明,工艺优势现已被追平逾越,Foundry打败了IDM。

英特尔第三任安迪·格罗夫在《只要偏执狂才干生计》一书中写到:

记住1985年年中的一个时分,在英特尔由于DRAM受到冲击而徜徉了将近一年之后,我和英特尔的董事长兼首席履行官戈登·摩尔在办公室里评论公司的困境,两个人的心情都很失落。我看着窗外远处大美洲游乐园的摩天轮在旋转,然后回头问他:"假如咱们被踢出公司管理层,董事会录用的新CEO会怎么做?"戈登毫不犹疑地答复:"他会抛弃DRAM事务。"我盯着他然后说:"为什么你和我不走出门,自己来做这件事呢?"

关于英特尔来说,切割代工事务,抛弃IDM厂商的身份,就和80年代时放弃DRAM事务相同,是不亚于自断一臂的苦楚,自己亲手完结曾是国际*的事务,没有比这更让一家公司受冲击的事了,信任经历过光辉的基辛格在宣告IDM 2.0时,也有过和格罗夫相同的重复犹疑,对格罗夫的苦楚愈加能感同身受。

但这位CEO仍是在2021年3月做了这个决议,并稳步地推动它。

他知道自己要做的,便是推开眼前这扇门,放弃掉一部分先进,来走向另一种巨大。

关于IDM而言,如前所述,先进逻辑IDM终将成为前史,但关于像TI这样模仿厂商还有功率器材厂商来说,由于IDM形式关于其所专心的事务具有天然的优势。换句话说,归于他们的年代,才刚刚开端。

但和*时期比较,IDM年代终将曩昔已成定局,或许在张忠谋刚树立台积电的时分,也并没想到如此结局。