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            7nm工藝“卡殼”,英特爾“尚能飯否”?

            作者:時間:2020-08-05來源:中國電子報收藏

            超出預期的營收往往能增強資本市場的信心,帶動股價市值的雙重增長,可剛剛公布第二季度財報的卻成了一個例外。明明手握營收同比增長19.53%、凈利潤同比增長22.16%的好成績,股價卻不升反降,在財報公布當天重挫16%。

            本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/202008/416722.htm

            這一反?,F象的原因,是在制程工藝上的再度“卡殼”。CEO Bob Swan在投資者電話會議中透露,其7nm技術進度已經落后內部計劃一年,面向消費市場的7nm CPU將推遲到2022年末或者2023年初上市。

            Swan同時表示,在制程研發上將更加務實,考慮使用自家代工,第三方代工廠代工,或者兩者皆有的方式來生產芯片。作為公眾視野中最為活躍的IDM,英特爾考慮使用第三方代工的消息也“一石驚起千層浪”。英特爾制程“卡殼”可能是哪些因素造成的?英特爾會失去在代工和計算領域的優勢地位嗎?

            技術指標過于激進

            越來越小的數字,是代工廠商制程迭代最直觀的變化。雖然英特爾、三星、臺積電都以“14,10,7”等數字來命名制程節點,可相應數字對應的指標卻大不相同。

            業界知名專家莫大康向《中國電子報》記者指出,英特爾從10nm開始制程進展緩慢,可能與其制程縮小過快以及采用鈷材料有關。

            所謂制程縮小過快,是指英特爾對晶體管密度的提升力度相對激進。按照摩爾定律,IC上可容納的晶體管數目約每隔18個月便會增加一倍??赡壳皝砜?,最貼近每一代工藝提升一倍晶體管密度的廠商,是英特爾。其10nm晶體管密度是14nm的2.7倍。根據韓國媒體曝光的英特爾2019年投資者會議資料,英特爾7nm晶體管設計密度較10nm翻了一番。而臺積電、三星并沒有死守摩爾定律。根據市調公司IC Knowledge公布的數據測算,臺積電10nm晶體管密度是14nm的1.8倍,7nm(N7FF)的晶體管密度是10nm的1.8倍。三星10nm晶體管密度是14nm的1.6倍,7nm晶體管密度(7LPE)是10nm的1.8倍。

            因此,雖然臺積電、三星已經實現了7nm的量產,但兩家廠商的7nm晶體管密度略低于英特爾的10nm工藝。這也意味著,英特爾的7nm比臺積電和三星的7nm更難實現。

            為了推動摩爾定律在10nm以下繼續發展,英特爾將目光轉向了材料。在10 納米以下制程,以“銅”作為導線材料開始暴露導電速率不足等缺點,而鈷的填滿能力、抗阻力、可靠度正好能突破銅材料的瓶頸。資料顯示,英特爾將在 10 納米工藝節點的部分互連層上導入鈷材料。

            曾經,三星為了率先在7nm節點導入EUV技術,導致量產時間落后于臺積電。如果說EUV的導入是“hard”模式,那材料的轉變就是“hell”模式。不僅難以突破,還需要材料、設備、制造廠商的共同轉變,可謂難上加難。

            “如今英特爾正處于將連線金屬材料由銅轉向鈷的階段,遇到困難也很正常,因為材料變革總是很難的,責任也與設備供應商有關?!蹦罂当硎?。

            但是,作為首個在代工業務中采用HKMG和FinFet的廠商,英特爾對于半導體制程的貢獻有目共睹。如果英特爾率先在鈷材料取得突破,加上每一代產品都在晶體管密度、鰭片間距、柵極間距有著更優的指標,依然存在反敗為勝的機會。只是,距離銅取代鋁作為導線材料已經二十多年,英特爾何時能啃下這塊“硬骨頭”,還難以預料。

            IDM模式有利有弊

            半導體制造主要有兩個模式,一是純做代工的Foundry(晶圓廠),二是自有設計、代工、封測的IDM。臺積電是當前市占率最高的Foundry,而英特爾作為2019年營收最高的半導體廠商,也是當之無愧的IDM代表。

            但是,10nm的反復拖延與7nm的再度延遲,也引發了業界對于Foundry和IDM模式的探討,有觀點認為,IDM已經跌下神壇,不再適合精尖制程的發展模式。

            復旦大學微電子學院副院長周鵬向《中國電子報》表示,IDM模式有利有弊。英特爾堅持的IDM模式優勢在于從芯片設計、制造到最終銷售全部自成一體,無需依賴其他半導體企業,但也存在顯著的劣勢。尤其是對于半導體先進工藝制程研發的高精尖領域,制程節點的提升推進,動輒需要幾十億甚至上百億美元的研發投入,并對回報周期給予耐心,這與看重財報的企業管理層顯然是矛盾的。這可能是英特爾近年來在制程進展緩慢,工藝競爭上略顯疲態的重要原因。

            “相對Foundry,IDM公司將承擔更高的投資風險,市場風向的改變或者芯片產業流程任何環節的延遲都將影響公司整體的資本回流與營收,因此IDM對于公司的規模、資本運營以及管理成本提出了更高的要求?!敝荠i指出。

            但是,英特爾的失利,并不意味著IDM模式的失效。周鵬表示,IDM公司具備更加明顯的品牌優勢,以英特爾、三星為例,在足夠的運營資本和市場規模條件下,具備率先實驗推行先進的FinFET、GAA半導體工藝技術,將芯片的設計與制造等多個環節進行協同優化,最大化地完成芯片性能的提升。相較而言,Fabless廠商缺少實現芯片產品化的關鍵步驟,其芯片設計離不開Foundry產商的合作參與。

            莫大康表示,把英特爾的7納米受阻與IDM模式聯系起來是不客觀的。

            “英特爾開始尋求第三方的代工是個信號,表示英特爾工藝受阻,或產能不足。但它的代工僅是部分產品,英特爾自身的產能并沒有停止生產?!蹦罂当硎?,“全球IDM模式仍然興旺,中國半導體許多企業也開始邁向IDM,這是市場、產品、技術共同作用的結果?!?/p>

            與AMD的競爭更加焦灼

            與英特爾受到資本市場質疑的境況相反,AMD在英特爾公布財報當天,股價飆漲了16%。2019年,AMD推出采用臺積電7nm制程的銳龍3000系列CPU及Radeon系列顯卡,而5nm的Zen4系列正在按照計劃研發。AMD路線圖顯示,Zen4架構的EPYC處理器代號“Genoa”,預計在2022年以前推出。

            即便英特爾的10nm能夠和臺積電的7nm對標,一旦AMD率先邁入5nm,依然會在制程上領先英特爾的處理器產品。周鵬表示,盡管英特爾已實現量產的10nm芯片在邏輯晶體管密度上相當于臺積電與三星的7nm芯片,但前兩者正逐步量產5nm芯片,早前臺積電更是宣布2nm工藝取得重大技術進展,三星也積極開展3nm制程研發,反觀英特爾遲滯于7nm制程,同時因良率問題而不得不延期,讓其在先進半導體工藝制程上明顯掉隊,離臺積電和三星至少4-5年的距離。

            更先進的工藝節點能帶給AMD兩個利好。一是有利于提升CPU主頻。周鵬表示,CPU主頻受限于工藝參數與組成結構的設計,更先進的節點技術對應的晶體管延時更低,器件單元的響應速度也將更快;二是同樣的晶圓上,工藝制程越小,切出的芯片越多,有利于控制成本。這讓原本就以“性價比”著稱的AMD在價格上更具優勢。

            但是,制程并不是唯一決定CPU性能的因素。周鵬告訴記者,對于CPU主頻,指令集并行流水線設計的引入,同樣可以降低電路延時,提升系統的時鐘頻率。其次,系統架構的優化使得CPU在單位時間執行的指令數目更多,數據處理性能也得以提升。隨著單核CPU的性能提升逐漸接近瓶頸,多核CPU協同運作的時代應運而生,核心數量也對CPU性能產生影響。因此,即便Zen4架構在2021年推出,AMD的CPU能否超越英特爾的10nm CPU,也要綜合指令集、架構、核心數等多重因素考量。

            目前,在服務器和消費市場,AMD可謂高歌猛進,在性能和市場份額上有了進一步的提升。不過,英特爾也在積極備戰,在7月27日調整了公司的技術部門和高管團隊,原硬件負責人Murthy Renduchintala將在8月3日離開英特爾,原技術、系統架構和客戶端事業部一拆為五,在制程技術執行中加強專注力和責任制。未來,是AMD進一步突圍英特爾在服務器市場的軟硬件生態和C端市場的消費慣性,還是背水一戰的英特爾繼續維持優勢,令人拭目以待。唯一可以確定的是,兩者的拉鋸會刺激CPU設計、制造技術、成本控制的進一步演進,為消費者帶來利好。




            關鍵詞: 英特爾

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