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Intel 逆襲的二部曲

 Intel Accelerated Event 

製程正名、製程藍圖、代工客戶進展

Intel 在 2021年7月26日 CEO Pat Gelsinger上任後,首次線上舉辦創新發表會,揭露 Intel 半導體技術發展藍圖、製程正名、封裝技術、展現企圖心,並明確告知外界 Foundry 2.0 首批代工客戶是 Qualcomm高通、Amazon AWS。

如果順利執行,Apple、Qualcomm、Amazon、Google 的自製高性能晶片,都不會與 Intel 競爭,會成為 TSMC 在高階晶片代工最大的勁敵!

Takeaways 閱讀重點:

  • Qualcomm、Amazon 將成為首批採用 Intel 20A 20埃米製程代工的客戶
  • Intel 製程正名後,技術落後 TSMC 一年,有機會在 2024年追上
  • 2024年 的 Intel 20A 若成功,將是 TSMC 高階晶圓代工的最強競爭對手
  • 2奈米之下製程需要全新的電晶體架構 GAA,對晶圓製造公司都是新挑戰
  • Intel 需要持續觀注其執行力,為是否能追上 TSMC、重返榮耀的關鍵
  • 多家高性能晶片客戶與 Intel 業務並不衝突,為 Intel Foundry 2.0 潛在客戶
  • TSMC 專注高階晶圓代工的策略,面對 Intel 的企圖心,完全沒有鬆懈的本錢


Intel Foundry 2.0 (IFS) 首個客戶是 Qualcomm高通,Source: Intel Accelerate 




New Node Naming 製程正名

0.25微米之後 TSMC 命名就不按照摩爾定律,Intel 2020年呼籲晶圓代工業者製程節點命名回歸摩爾定律,在呼籲無效之後決定加入改名:

  • 2020年量產的 10nm 更名為 Intel 7,相當于 TSMC 的 7nm,但晚 1年
  • 2022下半年的 7nm  更名為 Intel 4,相當于 TSMC 的 4nm,但晚 1年
  • 2023下半年 Intel 3,相當於 TSMC 的 3nm,但晚 1 年
  • 2024 Intel 20A (20 Å),相當於 TSMC 的 2nm,時程相當
  • 2025 Intel 18A (18 Å)

Intel 製程正名之後,比較 TSMC 跟 Intel 製程節點時間,目前 TSMC 的 N5、N3 領先 Intel 一年,但到了2024年的 2奈米,兩者時程相當。

TSMC、Intel 製程節點時程比較,美股探路客製表

TSMC 的 2奈米稱為 N2,Intel 則玩了數字遊戲,稱之為 Intel 20A,以 Angstrom Å 埃米來定義,代表製程進入全新的埃米世代,同時會成為首家導入 ASML 的 High NA EUV 曝光機,採用自家 GAA 版本 的 RibbonFET 以及 晶片背面供電的 Power Via 設計。





Roadmap 製程藍圖

2024年的 Intel 20A 如果沒有延誤,將會是 TSMC 最大的威脅,畢竟 Apple、Qualcomm、Google、Amazon等科技巨頭的自製晶片,都不會是 Intel 的晶片業務對手

  • 2022年
    • Intel 4 開始採用 EUV,相當於 TSMC 4奈米
    • 電晶體架構仍是 SuperFinFET
  • 2023年
    • 製程進展到 Intel 3,相當於 TSMC 3奈米
  • 2024年
    • 會是業界第一家取得High NA EUV設備的公司、宣示進入埃米世代
    • Intel 20A 採用全新電晶體架構 RibbonFET
    • 導入Power Via技術,背面供電大幅提升晶片電源供電性能限制
Intel Process Technology Roadmap,Source:Intel Accelerate

Intel 20A

Intel 20A 採用 RibbonFET、PowerVia兩個全新架構,跟 TSMC 的 2奈米製程相當,甚至不排除有可能整體效能更佳。

RibbonFET屬於 GAA FET的一種,TSMC也還在開發中,Samsung 則計畫在 2022 年 3奈米率先導入,PowerVia 則為業界首創的技術。

Intel 20A 採用 RibbonFET、PowerVia兩項全新技術

RibbonFET

半導體業界認為 3奈米以下,電晶體必須採用 GAA (Gate All Around) FET 架構,才能克服尺寸微縮的電氣特性問題,目前 TSMC 到 3奈米仍是 FinFET 架構,GAA 也在開發中,Samung 則稱之 MBCFET 並計畫 2022年導入量產。 

其實 GAA FET在 1986年 就已經發明, 2006年韓國 KAIST 發表 3奈米 GAA FET 論文,然而實驗室製作樣品跟大量生產複雜度不可相提並論。

Planar、Fin、GAA FET 架構比較,Source: Samsung

Intel 20A 計畫在 2024年 20埃米時,採用屬於 GAA 架構的 RibbonFET 電晶體,也展示了開發的晶圓照片、電子顯微鏡照片,並不是紙上談兵。

Intel 20A 製程節點採用 RibbonFET架構,Source: Intel Accelerate

PowerVia

發表會上 Intel 也介紹了業界創新的PowerVia 技術,將原先位於晶片上方的電源層改到晶片底層,解決高密度晶片上佈線、電源供電瓶頸問題。目前還不確定是否對製程的複雜度、成本有什麼樣的影響。 

Intel PowerVia 技術,Source: Intel




先進的2.5D、3D封裝技術

封裝技術是後摩爾時代重要的技術,2016年 TSMC 擊敗 Samsung 取得 Apple A系列處理器代工訂單的關鍵之一,在追求高性能運算、縮小電路面積體積扮演重要的角色。

2.5D EMIB 封裝技術

Intel 的 2.5D封裝技術稱為 EMIB (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge), 號稱封裝架構較其他業界例如 TSMC 的更簡單、製程更單純,早已應用在旗下的 Kaby Lake處理器、FPGA 晶片等

EMIB Advantages,Source: Intel

架構上不需要昂貴的矽穿孔 (Silicon Thru-Via) 製程,透過基板、矽橋接連接板達成 2.5D的封裝效果,也可以適合於尺寸不同的晶片堆疊封裝。

Intel 2.5D封裝架構,Source: Intel

3D Foveros 封裝技術

Intel 的 Foveros 3D封裝技術被Anadtech認為領先 TSMC,這部分對於 HPC 高性能運算客戶也有很大的吸引力。

Intel 3D 封裝技術 Foveros Omni,Source: Intel

結語

Intel CEO Pat Gelsinger 上任後展開一系列動作,藉由技術創新的展示,顯示不可能放棄自有晶圓廠的路線,也展示重回顛峰的企圖心,技術雖然只落後 TSMC 一年,種種技術的展示,也成功吸引 Qualcomm、Amazon 計畫成為代工客戶,對 TSMC 的影響值得追蹤觀察,但目前投資 Intel 的不確定性仍高。

關鍵還是在執行力,Intel 不能再延遲製程節點的推出,如果能在接下來三年順利執行,會是TSMC 在高階晶片代工最大的勁敵❗️

延伸閱讀:Intel 對 TSMC 逆襲的序曲





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