英特爾如何追趕臺積電？

柳書琪

全球芯片產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的技術(shù)升級和競爭升級局面，英特爾希望能抓住這次機會。

近日，在英特爾代工大會（Intel Foundry Direct Connect）上，英特爾宣布與微軟達成芯片代工合作，微軟將采用英特爾18A制程生產(chǎn)芯片。雙方未透露這款芯片的具體信息，去年微軟曾發(fā)布一款A(yù)I芯片及一款CPU，因此業(yè)內(nèi)推測微軟與英特爾的合作也將是AI方向的芯片。

芯片制造業(yè)務(wù)曾是英特爾的重要業(yè)務(wù)之一，此后該業(yè)務(wù)一度被放棄。2021年上任的英特爾CEO（首席執(zhí)行官）基辛格（Pat Gelsinger）堅定重回代工路線，無視外界勸說英特爾放棄芯片制造的聲音，轉(zhuǎn)而大力投資建設(shè)晶圓廠，提出了“四年五節(jié)點”的激進目標，分別是Intel7、Intel4、Intel3、Intel 20A和Intel 18A。英特爾與微軟將合作的18A，是目前英特爾最先進的制程工藝，目前英特爾已有四家采用18A制程生產(chǎn)芯片的外部客戶。

與臺積電、三星以納米制程命名不同，英特爾采用獨立的命名方式。便于比較，業(yè)內(nèi)通常認為Intel 20A對應(yīng)業(yè)界的2納米，Intel 18A對應(yīng)業(yè)界的1.8納米。

基辛格透露，目前Intel7、Intel4已上市，Intel3已做好大規(guī)模量產(chǎn)的準備，Intel 20A將于今年量產(chǎn)，Intel 18A也正按計劃推進。在那次會議上，英特爾還公布了后續(xù)的芯片制程演進計劃。2024年后英特爾將發(fā)展更先進的Intel 14A制程，并將原有的制程工藝演進至新技術(shù)版本。英特爾副總裁兼技術(shù)開發(fā)總經(jīng)理安·凱萊赫（Ann Kelleher）告訴《財經(jīng)》，業(yè)內(nèi)不再以實際測量的晶體管柵極間距或其他物理指標作為命名標準，但為便于理解，業(yè)內(nèi)可以將Intel 14A與1.4納米制程對應(yīng)。

圖1：全球半導(dǎo)體代工市場份額變化

資料來源：Counterpoint。制圖：顏斌

除了微軟，英特爾也達成了與芯片架構(gòu)公司Arm的合作，做好了基于Arm架構(gòu)的芯片公司采用英特爾代工的準備，如聯(lián)發(fā)科等。IP（知識產(chǎn)權(quán)）和EDA（電子設(shè)計自動化）企業(yè)如新思科技、Cadence、西門子、Ansys、Lorentz和是德科技也在英特爾的后續(xù)合作名單之中。

基辛格在芯片代工上雄心勃勃，他任期內(nèi)的一項重要任務(wù)，是帶領(lǐng)英特爾代工業(yè)務(wù)重回頂峰?；粮駷榇嗽O(shè)下兩個目標：一是在技術(shù)上，2025年底前在先進制造上超越臺積電，并將優(yōu)勢延續(xù)到2026年后；二是在產(chǎn)能或產(chǎn)值上，2030年前英特爾要成為世界第二大芯片代工廠。這個位置目前屬于三星。

對英特爾而言，芯片工廠至少有三重含義：第一也是最重要的目的，是保證英特爾自身芯片的產(chǎn)能、技術(shù)優(yōu)勢和供應(yīng)安全。基辛格在接受《財經(jīng)》等媒體采訪時表示，即便到2030年，英特爾工廠的大部分晶圓產(chǎn)能仍將用于英特爾產(chǎn)品，并用這些產(chǎn)品反推制程節(jié)點的改進、實現(xiàn)性能目標。

在英特爾代工大會（Intel Foundry Direct Connect）上，基辛格展示英特爾“四年五結(jié)點”的晶圓產(chǎn)品。圖/受訪者提供

其次，芯片市場規(guī)模在AI與數(shù)字化浪潮下持續(xù)擴大，臺積電訂單爆滿，先進制程的芯片制造市場前景廣闊。吸引外部客戶加入，有助于英特爾工廠快速提升規(guī)模，改善財務(wù)狀況。

再次，英特爾發(fā)力芯片代工，也是美國主導(dǎo)制造業(yè)回流的關(guān)鍵一環(huán)?；粮裉岢隽恕暗窃掠媱潯钡哪繕?，他說，20世紀90年代初，80%的芯片在美國和歐洲制造，而現(xiàn)在80%的芯片制造在亞洲。英特爾的目標是在十年內(nèi)實現(xiàn)兩邊各50%的比例，以保證供應(yīng)鏈的韌性與安全。

美國商務(wù)部長吉娜·雷蒙多（Gina Raimondo）在英特爾代工大會（Intel Foundry Direct Connect）上與基辛格的連線中表態(tài)，美國需要制造更多芯片，“讓硅（芯片的主要成分）重回硅谷”。英特爾是這項計劃的重要實施者。

獨立運營代工業(yè)務(wù)

英特爾芯片制造的歷程頗為坎坷。

此前多年英特爾曾是芯片制造上的王者，憑借在芯片設(shè)計與制造的雙重領(lǐng)先，在全球PC（個人筆記本電腦）和服務(wù)器芯片領(lǐng)域占據(jù)統(tǒng)治地位，至今仍有超過七成的市場份額。以英特爾為代表的IDM模式（從設(shè)計到生產(chǎn)全流程自主化）也被視為業(yè)內(nèi)主流。

圖2：英特爾代工服務(wù)營收及利潤情況

單位：億美元注：不包括英特爾內(nèi)部訂單。資料來源：英特爾財報

但是從約十年前開始，英特爾從10納米制程工藝起逐漸被臺積電、三星超過。IDM模式一度飽受質(zhì)疑，AMD、IBM等科技公司逐步放棄了自主生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而采用更輕資產(chǎn)的Fabless模式（只設(shè)計，不生產(chǎn)），這也是高通、蘋果、英偉達、華為等企業(yè)共同的商業(yè)模式。IDM模式只剩下英特爾、三星等為數(shù)不多的企業(yè)。

有觀點認為，英特爾已在制程工藝競賽中落后于臺積電、三星，不必再追趕。但英特爾確實有其優(yōu)勢：它是當今半導(dǎo)體行業(yè)為數(shù)不多的同時具備先進芯片設(shè)計、制造能力的企業(yè)。為了適應(yīng)新時代、新形勢、新需求的發(fā)展，英特爾沒有固守以往的模式，也沒有簡單粗暴地拆分設(shè)計與制造，而是提出了全新的IDM 2.0模式。但基辛格反其道而行之，2021年他啟動的IDM2.0戰(zhàn)略，核心是以合縱連橫的姿態(tài)，重啟晶圓代工業(yè)務(wù)。

此次英特爾代工的一大變化是，在組織架構(gòu)上將產(chǎn)品與代工拆分，打破了自家芯片自家造的傳統(tǒng)。英特爾芯片可以找臺積電代工，英特爾代工也可以生產(chǎn)其他芯片公司的芯片。

圖3：全球半導(dǎo)體產(chǎn)能分布

注：通常28納米以下被稱為先進制程，28納米以上被稱為成熟制程。資料來源：Trendforce

英特爾高級副總裁兼代工服務(wù)事業(yè)部總經(jīng)理斯圖爾特·潘（Stu Pann）對《財經(jīng)》說，英特爾內(nèi)部實行了嚴格的防火墻制度，代工與產(chǎn)品業(yè)務(wù)將成為兩個分離的法律實體，采用兩套ERP企業(yè)管理系統(tǒng)、兩套員工團隊。

事實上，Intel公司現(xiàn)在分為兩大部分，一是負責產(chǎn)品設(shè)計的Intel Product，二是負責代工制造的Intel Foundry。二者相輔相成但又相對獨立，財務(wù)單獨核算，彼此互相激勵。

研究公司Creative Strategies首席執(zhí)行官兼首席分析師本·巴加林（Ben Bajarin）在接受采訪時稱，此前英特爾向客戶提供代工服務(wù)存在兩個問題，一是更重視英特爾自身的芯片產(chǎn)品和技術(shù)，二是潛在客戶會擔心英特爾既是供應(yīng)商又是競爭對手的雙重角色。

將組織架構(gòu)分離是英特爾吸取教訓后作出的調(diào)整，目前看來初有成效。據(jù)媒體報道，英特爾最早將于今年二季度成為英偉達芯片封裝的供應(yīng)商，預(yù)計月產(chǎn)能5000片，約占英偉達訂單量的10%。盡管只是封裝而不是晶圓生產(chǎn)，這也是兩家競爭對手少見的合作。

自下季度起，英特爾還將首次在財報中披露整體代工業(yè)務(wù)的財務(wù)狀況，包括內(nèi)部及外部代工。此前財報中的代工業(yè)務(wù)收入僅來自外部。

一位英特爾人士對《財經(jīng)》說，產(chǎn)品與制造業(yè)務(wù)分離，總體上可以節(jié)約成本。過去產(chǎn)品部門可以免費要求制造部門多次流片，成本高昂，而要求付費后產(chǎn)品部門會更加謹慎。但這也對英特爾制造能力提出了更高的挑戰(zhàn)，如果在定價、良率與產(chǎn)能上沒有足夠的優(yōu)勢，自家產(chǎn)品也會采用外部代工廠。

新賽點出現(xiàn)

Intel代工的目標，是在2030年成為全球規(guī)模第二的代工廠，僅次于臺積電。

此次英特爾公布的新制程節(jié)點14A，將是英特爾能否趕超的關(guān)鍵。與14A制程對應(yīng)的臺積電、三星1.4納米制程也已在研發(fā)中。二者均預(yù)測將于2027年前后實現(xiàn)量產(chǎn)，與英特爾的時間表相當。

這項關(guān)鍵性技術(shù)需要借助荷蘭光刻機公司ASML的High-NA EUV（高數(shù)值孔徑極紫外光刻），英特爾2023年底就已率先采購。

臺積電與三星也將采購這款最新的光刻機設(shè)備，但暫未公布時間表。一位芯片設(shè)計公司人士對《財經(jīng)》記者評價，由于High-NA EUV定價高昂，臺積電仍在觀望中，更傾向于采用低成本的成熟技術(shù)。

芯片代工是一個高度集中的寡頭市場，臺積電與三星兩家企業(yè)占據(jù)過七成的市場份額，留給英特爾的空間是有限的。

第三方研究機構(gòu)Counterpoint數(shù)據(jù)顯示，2023年三季度，全球半導(dǎo)體代工企業(yè)收入市場份額中，臺積電以近六成位居第一，三星以13%的市場份額排名第二，聯(lián)電、格羅方德、中芯國際均以6%左右的份額排名第三至第五。余下代工廠共占10%市場份額。

英特爾與前二者相比還有較大差距。據(jù)另一家研究機構(gòu)Trendforce統(tǒng)計，2023年三季度英特爾在全球晶圓代工行業(yè)中首次躋身前十，以1%的市占率排名第九。

以財務(wù)指標來看，英特爾代工業(yè)務(wù)2023年實現(xiàn)營收10億美元，營業(yè)虧損5億美元。與此同時臺積電營收規(guī)模為693億美元，凈利潤269億美元。

英特爾代工市場營銷副總裁克雷格（Craig Org）告訴《財經(jīng)》記者，英特爾為外部客戶代工芯片的業(yè)務(wù)僅啟動三年，目前仍在設(shè)計和產(chǎn)能爬坡階段，尚未實現(xiàn)量產(chǎn)，因此營收規(guī)模有限。只有芯片封裝業(yè)務(wù)已取得可觀的實際收益。

盡管營收規(guī)模不大，但以技術(shù)儲備來看，全球具備角逐先進制程實力的公司只剩臺積電、三星和英特爾。

據(jù)Stu Pann介紹，英特爾的差異化優(yōu)勢是提供一系列專業(yè)化的系統(tǒng)支持，從工廠網(wǎng)絡(luò)到軟件的全棧優(yōu)化。Stu Pann經(jīng)常對客戶說，英特爾代工不同于傳統(tǒng)意義上的晶圓廠，而是綜合發(fā)揮芯片系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢，包括芯片、IP、系統(tǒng)架構(gòu)咨詢等專業(yè)能力。

英特爾之所以自稱系統(tǒng)級代工，是因為有著系統(tǒng)級的全套服務(wù)能力，可謂差異化優(yōu)勢。具體來說，底層是各種先進制造工藝和封裝技術(shù)，之上有基板技術(shù)（將引入玻璃材質(zhì)）、散熱技術(shù)（浸沒式液冷散熱能力可超過2000W）、內(nèi)存技術(shù)（下一代HBM4）、互連技術(shù)（UCIe）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（光電子）等。再往上的頂層，則是各種軟件與服務(wù)能力，做到軟硬兼施。

既然是定位為“系統(tǒng)級芯片代工廠”，英特爾代工即便積淀深厚，也無法單打獨斗，而是與整個產(chǎn)業(yè)的眾多生態(tài)伙伴都密切合作。英特爾官方公布的芯片制造伙伴目前有30多家，包括IP（知識產(chǎn)權(quán)）、EDA（電子設(shè)計自動化）領(lǐng)域的新思科技、Cadence、西門子、Ansys、Lorentz、是德科技，以及Arm、Rambus等IP廠商。它們對于英特爾的意義在于在各個制程節(jié)點上，可以加速基于Intel 18A工藝的先進芯片設(shè)計。

Craig Org沒有披露英特爾具體的產(chǎn)能及良率。他表示，良率正以越來越快的速度提升，最終將至少達到業(yè)內(nèi)常規(guī)或“更好一點”的水平。

基辛格透露，在晶圓制造和先進封裝領(lǐng)域，英特爾代工的預(yù)期交易價值在很短的時間內(nèi)從40億美元提升至100億美元，如今已超過150億美元。如果以2030年前成為全球第二大代工廠來看，英特爾的目標是1000億美元。

留給英特爾的機會

在芯片代工的道路上走了三年，英特爾的朋友圈名單越來越長。

“我的董事會成員認為我的資本計劃相當激進?！被粮裨谂cOpenAI創(chuàng)始人兼CEO山姆·奧特曼（Sam Altman）對談時說。

2021年英特爾宣布斥資200億美元在美國亞利桑那州建設(shè)兩座晶圓廠，2022年再投資200億美元在俄亥俄州建立“世界最大”的芯片工廠。在歐洲與美國其他地區(qū)，英特爾也有設(shè)廠或擴產(chǎn)計劃。

圖4：全球AI半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)測

單位：億美元。資料來源：Gartner（2023年8月）

全球芯片產(chǎn)業(yè)正處于擴產(chǎn)期，英特爾也正快速入局。國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）在全球晶圓廠預(yù)測報告中稱，繼2023年增長5.5%后，2024年全球半導(dǎo)體產(chǎn)能預(yù)計增長6.4%至每月3000萬片。當中既有智能終端市場復(fù)蘇的因素，也得益于生成式AI與高性能運算等新興應(yīng)用的推動。2022年-2024年間，全球預(yù)計共有82座新的半導(dǎo)體工廠投產(chǎn)。

奧特曼說，他不懷疑基辛格的計劃。事實上，奧特曼對AI芯片產(chǎn)業(yè)的預(yù)期顯然更加激進。此前有媒體報道稱，奧特曼正奔走籌措總計高達7萬億美元的資金，以建立一套AI芯片生態(tài)——“可以買下世界上所有GPU”，英偉達CEO黃仁勛形容。

奧特曼在與基辛格的對談中沒有正面回應(yīng)7萬億，但他相信這個世界需要比人們現(xiàn)在計劃多得多的AI基礎(chǔ)設(shè)施，包括晶圓廠、能源、數(shù)據(jù)中心，總成本將非常高昂。

市場研究機構(gòu)Gartner預(yù)測，2024年全球AI芯片市場規(guī)模將同比增長25.6%至671億美元，2027年時還將近乎翻倍，達到1194億美元。芯片公司AMD的預(yù)測更加樂觀，將預(yù)測的2027年AI芯片市場規(guī)模由此前的1500億美元上修至4000億美元。

基辛格認為，市場對AI芯片的需求在未來幾年都是無法滿足的，他稱之為“芯經(jīng)濟”（siliconomy）?！斑@些微型芯片會使我們得以實現(xiàn)現(xiàn)代經(jīng)濟周期，堪比魔術(shù)。”

目前臺積電幾乎掌握著所有的最先進制程AI芯片訂單，但隨著市場膨脹，英特爾有望分得一杯羹。但對后來者英特爾而言，更重要的外部契機在于地緣政治。

2022年美國出臺了芯片法案，將以約520億美元引導(dǎo)芯片制造業(yè)回流，其中包括390億美元的直接撥款補貼。英特爾即是一大受益者，有望獲得超過100億美元的補貼。雖然臺積電、三星也計劃在補貼之下赴美設(shè)廠，但最先進的制程工藝會留在本土。

不需要在中國臺灣地區(qū)就能生產(chǎn)芯片，是英特爾的一大賣點。Stu Pann說。在芯片法案的扶持之下，一些芯片設(shè)計公司會首先考慮美國晶圓廠。

吉娜·雷蒙多認為，芯片如同過去的太空競賽?！懊绹绾闻c中國競爭，要跑得更快、創(chuàng)新得更快、量產(chǎn)得更快?！辈贿^，雖然芯片法案提供了可觀的補貼，但發(fā)放進度緩慢，英特爾、臺積電、三星的新工廠都因此推遲了投產(chǎn)時間。

美國芯片制造也面臨著人才、成本等諸多問題。臺積電創(chuàng)始人張忠謀2022年在接受美國智庫布魯金斯學會訪談中說，美國提高國內(nèi)芯片產(chǎn)量是昂貴、徒勞之舉，美國芯片制造業(yè)沒有擴張和成功所需要的人才庫，在美國制造芯片的成本比臺灣貴50%。

基辛格認為，過去幾年的新冠疫情、經(jīng)濟周期、戰(zhàn)爭，讓供應(yīng)鏈的脆弱性更加突出，“我們只是希望建立一個更安全、更有彈性的供應(yīng)鏈”。