英特尔携手Arm意在决胜2纳米
2023-05-05 10:43
来源：中国电子报
在天气转暖的4月，头部代工厂商在2nm及以下制程节点的进展也十分热闹。英特尔代工服务事业部（IFS）和Arm宣布签署了一项涉及“多代前沿系统芯片设计”的协议，使基于Arm CPU内核的芯片设计公司能够利用Intel 18A（相当于1.8nm）制程工艺开发低功耗SoC。据悉，英特尔的20A（相当于2nm）和18A制程将分别在2024年上半年和下半年投产。台积电声称2nm研发进展顺利，将如期在2025年量产。结合此前三星预计2025年量产2nm、2027年量产1.4nm的规划，2024—2025年将是头部代工厂商决胜2nm的时间点。这也意味着，一旦英特尔20A和18A如期投产，有望在2nm及以下制程节点的量产时间上领先竞争对手。本次与Arm的合作，让英特尔在先进制程展现的进取意志有了更多实感。
英特尔、Arm各有所求
在英特尔IDM 2.0方针下，英特尔成立了独立的代工服务部门。目前看来，英特尔代工业务势头良好，2022年第四季度和全年营收大幅下挫的情况下，代工营收在第四季度同比增长30%，全年同比增长14%。
但英特尔代工业务体量仍与台积电、三星存在较大差距。数据显示，台积电2022年营收创下751亿美元新高，三星晶圆代工业务在2022年的营收为235.81亿美元，而英特尔在2022年晶圆代工业务的营收为8.95亿美元，尚处于市场开拓的初期。
此次与Arm的合作能为英特尔带来什么？英特尔CEO帕特·基辛格表示，与Arm的合作将为英特尔代工服务创造更多的市场机会。
“x86架构与Arm架构存在竞争关系，但这次英特尔与Arm合作是看中了Arm丰富的客户资源。Arm的商业模式是IP授权，对终端客户有强大的影响力。与Arm强强联手，能帮助英特尔扩大代工客户版图。”半导体专家莫大康在接受《中国电子报》记者采访时说。
对于Arm来说，英特尔代工业务能够为其芯片设计客户带来更多样的代工方案。高通、苹果等采用Arm架构的芯片设计大厂，以及采用Arm架构打造Grace CPU和服务器芯片Graviton3E的英伟达与亚马逊，都有望从英特尔与Arm的合作中，获得更大的近地化配套空间。
“Arm一直以来不断寻求与包括台积电、三星和英特尔在内的所有晶圆代工厂合作，以促成基于Arm架构的计算实现。这次与英特尔的合作，在面向先进制程工艺设计基于Arm架构的SoC方面，我们为授权许可客户增加了一个选项。”Arm相关发言人向《中国电子报》记者表示。
Intel 18A也将是英特尔在埃米（纳米的1/10）时代相对成熟的制程节点。据了解，英特尔将从Intel 20A开始引进RibbonFet和PowerVia两项新技术。到了Intel 18A，一方面两项新技术将会磨合得更加完善。另一方面，Intel 18A将在Intel 20的基础上实现约10%的每瓦性能提升。
此次合作，还将为Arm客户带来英特尔“系统级代工”的支持。双方宣布，将为从事基于Arm CPU内核设计移动SoC的代工客户提供一个有韧性的供应链，包括基于英特尔制程工艺的Arm计算产品组合和IP，以及封装、软件和Chiplet等英特尔系统级代工模式。
根据基辛格此前的介绍，英特尔的系统级代工主要包括晶圆制造、封装、芯粒和软件四个部分，在晶圆代工之外，还将面向垂直集成、模块集成、异构集成，为芯片企业提供技术方案。
先进制程工艺进入“三国杀”
2022年在同样使用ASML光刻设备的前提下，台积电、三星、英特尔都有望兑现生产2nm处理器的承诺。莫大康表示，从技术储备上看，台积电、三星、英特尔均具备量产2nm以下制程的实力，但是真正使它们拉开差距的是产品的良率和客户基础。
从良率和市场份额的角度来看，台积电仍将在2nm节点占据优势。“台积电在良率上的优势主要在于设备。台积电与ASML的关系十分紧密，ASML最新的设备会优先卖给台积电，而ASML是目前唯一能做出2nm以下设备的厂商。这意味着当台积电获得更先进制程芯片的设备时，竞争对手可能还在用原有设备进行先进制程的芯片生产，导致其在芯片的良率及制造芯片的速度方面难以超越台积电。”莫大康对《中国电子报》记者说。
而在3nm量产时间成功超车的三星，正在缩短与台积电的产能和市场占比差距。今年3月，三星宣布投资300万亿韩元参与韩国政府打造“全球最大半导体产业集群”的计划。据悉，三星将在产业集群中建立5座芯片制造厂。
韩国国际交易协会首席趋势分析师Jang Sang-shik认为，产能、客户信任程度、前道和后道服务是三星代工与台积电存在差距的主要原因。如果三星能够通过建厂及产业集群的带动作用形成更强的产能供应，并提升封装技术，有望进一步缩小与台积电的差距。
英特尔能成为最大的变量吗？
相比台积电、三星，英特尔正式宣布对外提供晶圆代工服务仅两年之久，芯片设计企业对英特尔代工业务还有一个熟悉了解与对接调试的过程。但这也让英特尔有可能成为未来晶圆代工竞争的最大变量。
从技术积累和产业生态的角度来看，英特尔有着自己的护城河。
在晶体管架构方面，英特尔曾引领了从90nm应变硅向45nm高K金属栅极的过渡，并在22nm时率先引入FinFET。这让业界对于Intel 20A采用的RibbonFET——英特尔自2011年率先推出FinFET之来的首个全新晶体管架构抱有期待。
在设备方面，英特尔有望率先获得业界第一台High-NA（高数值孔径）EUV 光刻机，而更高数值的孔径意味着更小的光线入射角度，能够用来制造尺寸更小、速度更快的芯片。
在生态方面，自英特尔于2022年加入RISC-V国际基金会之后，英特尔代工服务事业部又成立了生态联盟，包括EDA、IP、设计服务三个联盟，Arm是IP联盟的初始成员之一。本次与Arm在18A的合作，将进一步提升英特尔在代工领域的生态布局。
诚然，英特尔能否在18A打一个翻身仗，不仅要看量产时间，还涉及良率、成本、产能、客户关系等多种因素。但毋庸置疑的是，18A的如期到来，会打破英特尔在7nm、5nm量产时间上落后竞争对手的局面，使英特尔在尖端芯片领域与三星、台积电同频竞争，为市场带来更多看点，也为产业带来更多选择。
