重建英特爾：代工與 IDM 數十年的問(wèn)題被揭開(kāi)

英特爾作為唯一的主要集成設計制造商 (IDM) 在半導體行業(yè)中擁有獨特的地位，這意味著(zhù)他們作為一家公司設計和制造自己的先進(jìn)芯片。雖然三星擁有這兩種功能，但 LSI（設計）和代工廠(chǎng)之間實(shí)際上存在一道墻。英特爾作為 IDM 的獨特地位既是一個(gè)主要的結構優(yōu)勢，也是一個(gè)劣勢。

從理論上講，由于是一家數據共享限制較少的單一公司，英特爾可以比 AMD 等競爭對手與臺積電更緊密地優(yōu)化彼此的制造和設計。他們的最終芯片定價(jià)可以低于 AMD，因為無(wú)需支付外部臺積電代工稅。

幾十年來(lái)，這個(gè)模型一直有效。英特爾在工藝節點(diǎn)上領(lǐng)先于所有競爭對手，因此能夠占據主導地位。他們的利潤率始終高于臺積電和 AMD 等公司。下圖顯示了如果假設代工廠(chǎng) + 無(wú)晶圓廠(chǎng)公司與英特爾是同一家公司，那么它們會(huì )是什么樣子。

工藝節點(diǎn)優(yōu)勢在 2010 年代初的 14 納米工藝中開(kāi)始出現裂痕，但在原定于 2016 年進(jìn)行的 10 納米工藝過(guò)渡時(shí)完全崩潰。代工廠(chǎng)在 16 納米、10 納米和 7 納米工藝上競相領(lǐng)先，超越了英特爾 3 年的領(lǐng)先優(yōu)勢，并扭轉了頹勢。

原因有一部分是由于大型 IDM 造成的。責任和問(wèn)責沒(méi)有適當地落實(shí)到各個(gè)團隊和業(yè)務(wù)部門(mén)。英特爾的某些部門(mén)逐漸衰落，在性能或成本方面落后于行業(yè)，但沒(méi)有人能說(shuō)清楚，因為英特爾處于自己的壓倒性工程主導地位。

一旦英特爾失去了領(lǐng)先地位，效率低下的問(wèn)題就變得顯而易見(jiàn)。如今，英特爾制造晶圓的效率明顯低于臺積電。由于工具利用率較低且良率較差，英特爾需要更多的晶圓廠(chǎng)空間來(lái)實(shí)現相同的產(chǎn)量。

與此同時(shí)，英特爾的設計團隊明顯落后于 AMD，需要更大的內核和更多的晶體管，消耗更多的功率才能實(shí)現類(lèi)似的性能。此外，由于設計方法較差，英特爾的設計團隊需要更長(cháng)的時(shí)間和更高的成本才能實(shí)現新架構的生產(chǎn)。

英特爾針對這些問(wèn)題的解決方案之一是通過(guò)快速連續縮小兩次（英特爾 4/3 和英特爾 20A/18A）來(lái)趕上工藝節點(diǎn)。但僅靠這一點(diǎn)并不能解決問(wèn)題，因為它們仍然缺乏規模、客戶(hù)群和運營(yíng)效率。

英特爾目前正在嘗試解決其中許多問(wèn)題，并轉型成為各種外部客戶(hù)的外部代工廠(chǎng)。雖然從表面上看，這只有在他們能夠贏(yíng)得外部客戶(hù)的情況下才有幫助，但還有其他優(yōu)勢。

通過(guò)轉向內部代工模式，英特爾可以開(kāi)始結束將成本分配給整個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)而不是單個(gè)設計和團隊的無(wú)意義做法。這將通過(guò)將責任降低到較低水平來(lái)幫助解決他們的一些主要低效率問(wèn)題，這將有助于管理產(chǎn)品和晶圓廠(chǎng)級別的成本。

當前效率低下

這些各種各樣的問(wèn)題是壓倒性的，并導致了我們今天看到的英特爾。一般來(lái)說(shuō)，英特爾產(chǎn)品團隊可以隱藏在其制造實(shí)力背后，而對分配給整個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的成本不予理睬。

在半導體制造中，晶圓是分批制造的，稱(chēng)為批次。這些批次是晶圓的集合，在繼續使用下一個(gè)可用的工具進(jìn)行制造之前，由工具按順序處理這些晶圓。由于一座晶圓廠(chǎng)的成本高達數百億美元，因此必須最大限度地利用晶圓廠(chǎng)的工具。一般來(lái)說(shuō)，由于晶圓分批，前沿晶圓的處理時(shí)間可能需要 10 周。

另一方面，如果不考慮成本，先進(jìn)的晶圓也可以在幾周內加工完成，但這會(huì )導致工具不斷等待晶圓以便盡快加工，從而導致效率極大低下。這稱(chēng)為「熱批次（hot lot）」，指的是比標準批次優(yōu)先且處理速度更快的一批晶圓。

他們可以做任意數量的熱門(mén)批次，可以做任意數量的樣品。

大衛·津斯納 (David Zinsner)，英特爾首席財務(wù)官表示，這可能有多種原因，例如加快新工藝步驟或工具的驗證，或者為新設計或技術(shù)創(chuàng )建測試芯片。該術(shù)語(yǔ)源于這樣的想法：這些晶圓是「熱的」，因為它們被盡可能快地推進(jìn)制造過(guò)程。

「我們確實(shí)使用了很多熱門(mén)方法。通常，作為一名總經(jīng)理，我并不總是像我應該的那樣認真思考熱門(mén)批次的成本——不僅僅是成本，還有工廠(chǎng)利用率和效率方面的中斷?！筍andra Rivera，英特爾數據中心和人工智能事業(yè)部執行副總裁兼總經(jīng)理說(shuō)，然而，運行熱批次確實(shí)會(huì )降低設備利用率和整體晶圓廠(chǎng)效率。因此，這是快速處理特定晶圓的緊迫性與制造工廠(chǎng)的整體效率和吞吐量之間的權衡。

「我們的基準測試表明，我們的材料速度比業(yè)內同行快 2 到 3 倍，預計總產(chǎn)量會(huì )受到 8% 到 10% 的影響?！笿ason Grebe 是英特爾企業(yè)規劃集團副總裁兼總經(jīng)理，Jason Grebe 也表示英特爾正在解決這個(gè)問(wèn)題。方法是轉向內部代工廠(chǎng)模式，并向業(yè)務(wù)部門(mén)收取熱門(mén)批次的費用，就像任何其他代工廠(chǎng)向客戶(hù)收取這些熱門(mén)批次的費用一樣。

英特爾相信，僅這一改變就可以每年為他們節省 5 億至 10 億美元。

步驟和樣品

設計芯片的成本非常高。一旦有了完整的設計，將其投入生產(chǎn)需要將設計發(fā)送到晶圓廠(chǎng)，將這些設計轉換為數十個(gè)物理光掩模以放置在光刻工具內，并通過(guò)數千個(gè)工藝步驟運行測試芯片。一旦收到測試芯片，就可以檢查它們是否存在錯誤/問(wèn)題，并且可以調整設計。

但目前英特爾的主要劣勢之一是它們需要更多的迭代。步進(jìn)是指將修改后的設計發(fā)送到晶圓廠(chǎng)，并為新的測試芯片創(chuàng )建新的光掩模。

他們可以按照自己的意愿進(jìn)行任意多的步數。

大衛·津斯納 (David Zinsner)，英特爾首席財務(wù)官說(shuō)英特爾花了很多力氣才將 Sapphire Rapids 推向市場(chǎng)，而 AMD 通常只需要相對比一小部分的力氣才能將 Genoa 等競爭芯片帶到市場(chǎng)。這使得英特爾制造所有這些額外光掩模的成本大幅增加，并大大增加了將新設計推向市場(chǎng)的時(shí)間。

我們甚至聽(tīng)到前員工傳言，曾經(jīng)有一段時(shí)間，一些英特爾設計團隊寧愿將設計發(fā)送到晶圓廠(chǎng)，拿回大量樣品，并測試其是否存在錯誤，而不是通過(guò)模擬和驗證來(lái)完成更多工作。

英特爾計劃通過(guò)減少樣本和步進(jìn)的數量來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，方法是向設計和產(chǎn)品業(yè)務(wù)部門(mén)收取這些操作的合理價(jià)格，而不是允許任意數量的步進(jìn)。幾年前，設計團隊開(kāi)始轉向更符合行業(yè)標準的設計方法，盡管這項任務(wù)艱巨。

測試、排序、分類(lèi)

芯片制造出來(lái)后，會(huì )對其進(jìn)行測試和分類(lèi)，以排除故障并進(jìn)行各種分類(lèi)以進(jìn)入不同的產(chǎn)品。多年來(lái)，英特爾一直是測試、排序和裝箱領(lǐng)域的先驅。他們的工具是高度定制的，并且有許多獨特的內部測試模式。雖然這給英特爾帶來(lái)了一些相對于行業(yè)的優(yōu)勢，但并不都是積極的。

Jason Grebe，英特爾企業(yè)規劃集團副總裁兼總經(jīng)理說(shuō)：「與業(yè)界同行相比，我們測試時(shí)間越來(lái)越長(cháng)。目前，我們估計我們的測試時(shí)間是競爭對手的 2 到 3 倍。實(shí)際上，我們的低成本測試平臺正在補貼我們測試時(shí)間的增長(cháng)?！?/span>

英特爾過(guò)去擁有的巨大制造能力優(yōu)勢，再次變成了劣勢。鑒于最終芯片的現場(chǎng)可靠性并沒(méi)有真正差異化，測試時(shí)間沒(méi)有必要是 AMD 等競爭對手的 2 到 3 倍。

英特爾認為，更直接地向業(yè)務(wù)部門(mén)收取測試、分類(lèi)和分類(lèi)費用將使業(yè)務(wù)部門(mén)更加清楚他們在設計中使用的測試策略，并每年節省約 5 億美元。

此外，英特爾先進(jìn)的分箱策略導致他們制定了我們稱(chēng)之為「SKU 垃圾郵件」的產(chǎn)品策略。在 PC 和數據中心領(lǐng)域，英特爾擁有數十種 SKU，因為他們能夠將芯片分類(lèi)到最終終端市場(chǎng)芯片的眾多箱子中。與 AMD、Broadcom 和 Nvidia 的產(chǎn)品堆棧要簡(jiǎn)化得多相比，通過(guò)減少 SKU 的數量顯然有節省成本的潛力，但我們還沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)英特爾有任何改變這一點(diǎn)的計劃。