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英特尔发力晶圆代工市场,台积电/三星压力山大!

2017-09-22 芯智讯-浪客剑 芯智讯

9月19日,“英特尔精尖制造日”活动在北京正式召开,英特尔除了正式推出了自己全新的10nm工艺之外,还宣布对外开放其10nm工艺的代工,此外英特尔还针对移动领域及物联网市场开放的22nm FFL工艺,而在此之前,英特尔的14nm代工业务也已经顺利开展。看来,英特尔是要全面进军代工市场与台积电、三星抢市场了。


高端晶圆代工市场快速增长


随着移动互联网以及物联网的快速发展,越来越多的智能终端倍连接在网上。根据预测,到2020年联网的终端将会有500亿台,每天将会产生海量的数据。



现在每人每天上网的平均数据量是1.5G,但是物上网以后就完全不一样了。物上网是人上网千倍以上的增长,一个智能医院每天产生的数据量是3TB;一辆无人驾驶汽车产生的数据量是4TB;一个智慧工厂联网,假如说一千多台设备,每台设备上一二百个传感器,时时刻刻产生数据,它每天数据量将是1PB。所以预测到2020年全世界的数据总量将是44ZB。(注:1ZB就是1000EB,1EB是1000PB、1个PB是1000TB,1TB是今天的1000个GB。)


而随着数据量的爆炸式增长,对于计算力的需求也是大幅增长。根据数据显示,2014年全世界所需的晶体管为2.5×10^20个。而现在,英特尔单颗最新的酷睿芯片的晶体管数就超过了1.7×10^10个。相比1971年英特尔第一颗芯片4004相比,性能提高了40多万倍,但是大小只有前者的50万分之一。而这一切的背后则离不开半导体制程技术的发展。




(注意:上图数据不包括三星和英特尔内部收入,同时尖端技术是指:2010年小于65nm的技术,2011-2012年小于45nm的技术,2013-2016年小于32纳米的技术)


根据英特尔公布的研究数据显示,近年来晶圆代工市场一直呈现稳步增长,特别是近三年(2014-2016)来,高端晶圆代工市场增长相对较快(2010-2016年复合增长率达14%),而滞后节点的晶圆代工市场则增长缓慢。到2016年,高端晶圆代工市场规模已达230亿美元,占比已经接近整个市场一半的份额。


另外,根据IC Insights于9月19日发表研究报告显示,2017年专业晶圆代工市场预计将增长7%,而40nm以下的销售额有望年增18%至215亿美元, 是最主要的成长动能。IC Insights报告称,40nm以上的IC晶圆代工市场,2017年虽将有60%的份额,但预估销售额仅会略增2亿美元。 相较之下,40nm以下的晶圆代工销售额,2017年却有望大增33亿美元。


显然,高端晶圆代工市场增长正在加快。


拥有领先技术的玩家越来越少,一家独大的台积电遭遇新挑战


十多年前,大约有25家公司有自己的领先的晶圆厂,但现在变成了4家,其中只有3家(台积电/三星/英特尔)是在投资开发最新的规模量产型的制程技术,其中只有两家公司是真正有一体化的器件的生产,这确实是非常困难的一个技术领域。





目前,在高端晶圆代工市场,台积电可谓是一家独大。IC Insights的数据显示,2017年台积电估计会有58%的营收来自40nm以下制程,比例是GlobalFoundries的两倍以上,更是联电的3倍之多。同时,IC Insights预测,2017年台积电在40nm以下晶圆代工市场的占有率将高达86%。


而台积电之所以能够在高端晶圆代工市场占据主导地位,也是与其巨大的投入密不可分。根据台积电财报显示,2012年以来,其资本支出分别为84.76、96.51、90.97、78.28、101.28亿美元,累计452.41亿美元,年均90.5亿美元。目前来看,2017年台积电的资本支出仍将进一步增长,2017年上半年,台积电资本开支已达67.6亿美元,同比2016年上半年的34.1亿美元增长98%。


得益于在高端晶圆代工市场的领先地位,台积电的毛利率也很高,2016年,台积电毛利率首次突破50%,达到50.1%。2002年以来,台积电的收入、利润、市值均增长10倍以上。


面对高端晶圆代工市场的快速增长。近年来三星也在不断加大对于半导体领域的投入。资料显示,2015年三星资本支出为130亿美元、2016年资本支出为110亿美元,预计2017年将达到125亿美元。


今年5月,三星还宣布将公司芯片代工业务剥离为一个独立部门,彰显了其芯片代工业务部门的重要性和芯片代工业务需求的增长。此外,今年三星还宣布称将耗费超过180亿美元投资多个半导体生产线。希望能够挑战台积电在芯片代工市场领头羊地位。


不过,在此前三星与台积电的竞争当中,三星始终处于下风。虽然在2015年,三星凭借抢先推出14nm,抢得了部分苹果A9处理器的订单,但是由于品质与台积电仍然存在差距,所以苹果后来的A10/A11都选择了台积电。而目前三星最新的10nm工艺除了自用之外,似乎也只有高通一家客户。但是,今年骁龙835的旗舰数量相比往年基于高通骁龙800系列的机型明显要少很多,这使得三星10nm代工业务受到了一些影响。


在三星多次挑战台积电未果之后,高端晶圆代工市场又迎来了一位重量级玩家——英特尔。



“英特尔之所以会进军代工业务,是因为这个市场里面存在着非常好的业务机会,这是我们做代工业务的重要原因。作为一家领先的技术企业,英特尔确实能够靠自己的优势在代工市场里挣到钱。这个市场在不断的整合,现在拥有尖端技术能够来做代工的公司其实非常少,而英特尔恰恰是其中之一,这对我们来说是一个不可多得的机会,我们自然要发展这个业务。”对于英特尔为何要进军代工市场这个问题,英特尔公司技术与制造事业部副总裁、晶圆代工业务联席总经理Zane Ball这样回答到。



确实,在晶圆制造领域,英特尔的制程工艺一直是最强的。虽然近年来受到了台积电、三星的挑战,但是从目前来看,英特尔依然拥有近一代的领先优势。(此前我们在《英特尔10nm工艺发布:正面PK友商,刀刀见血!》一文当中已有详细介绍,这里就不再累述。)凭借领先的制程工艺技术,台积电将迎来一个更为强大的竞争对手,而三星希望超越台积电成为晶圆代工市场老大的梦想也恐遭重挫。


英特尔全面开放10nm、14nm、22nm FFL工艺


早在2016年8月,英特尔就正式宣布开放芯片代工业务,同时与ARM达成新的授权协议,这也意味着英特尔将可以利用自己的制程技术来代工ARM架构的芯片。而现在,英特尔不仅将其原有的先进的14nm工艺开放,同时还将其最新的10nm、22nm、22FFL工艺也全部对外开放代工,可谓是下足了血本。



目前,台积电、三星的高端晶圆代工技术主要面向的是智能手机市场。相比之下,英特尔在切入高端晶圆代工市场之初,将其目光更多投向了其本身就具有优势的网络基础设施市场(网络处理器、FPGA)以及移动和互联设备市场(物联网和入门级移动设备)。


1、网络基础设施市场


首先,网络基础设施对于性能密度、高速数据传输、经济的多芯片集成有更高的要求。而英特尔的制程工艺在这些方面都拥有较高的优势。


比如英特尔的10nm工艺相对于竞争对手来说,晶体管密度更高,可提供更高的性能,功耗更低。


在高数据传输方面,去年,英特尔发布了56Gbps PAM4 SerDes的技术,接下来还会有112Gbps SerDes技术,英特尔表示可以将这些技术通过英特尔的代工厂提供给市场使用。


在经济的多芯片集成方面,英特尔拥有Mix and Match异构设计技术,可以将不同工艺混合搭配在一起,统一封装在同一个基底上,比如说CPU用10nm,GPU和通信模块用14nm,其他则是22nm。此外,配合英特尔第二代嵌入式多内核互连桥接(EMIB)封装技术,可提供112Gbps的串行通道,或者PCI-E 4.0 x16通道,所以带宽和延迟都不是问题。它能够实现芯片之间以高效、高密度的连接,可以作为一个芯片来工作,也就是在芯片的任何一个位置,可能是不同技术芯片的互联。其他实现的是芯片插入式选样,但是成本更高而且不灵活。



2015年,英特尔以167亿美元收购了对可编程芯片(FPGA)厂商Altera。正所谓肥水不流外人田,在9月19日的“英特尔精尖制造日”活动上,英特尔旗下的Altera负责可编程FPGA事业部的副总裁Rina Raman就公布了代号为“Falcon Mesa”的下一代10nm FPGA产品,其就采用了Mix and Match和第二代EMIB技术。


2、互联设备市场


对于主流移动市场的产品来说,往往对于性能和功耗的要求都很高,对此,英特尔也是与ARM紧密合作,积极力推其最新的10nm工艺。



据英特尔透露,在去年8月与ARM达成合作之后,英特尔就开始把ARM Cortex-A75放到英特尔标准的10nm晶圆代工的流程当中,整个流程是标准化的,只花了14周时间就完成了RTL到首个10nm晶圆代工测试芯片流片,而且整个流程是非常标准的合成流程。英特尔的数据显示,在其10nm工艺下,ARM Cortex-A75内核可以达到超过3.3GHz的主频,功耗可以达到0.25mW/MHz。


另外,英特尔的14nm工艺早已开放给了合作伙伴——展讯,今年展讯发布的SC9861G-IA和SC9853,都采用了英特尔的14nm工艺代工,当然,这两款芯片都还是基于x86架构。


对于物联网和入门级移动设备来说,都有着超低漏电、低成本、便于设计的要求,针对这个市场,英特尔推出了22FFL制程工艺。


可以看到,相对于原来的22nm FinFET工艺,22FFL在晶体管密度进一步提升的同时,提高了栅极间距、金属间距。


据英特尔介绍,相对于竞争对手的28nm工艺,英特尔的22FFL工艺漏电率降低了100倍,活跃功率增加了2.5倍,芯片面积缩小了20%,这也使得其成本方面具有强大的竞争优势。


从高端晶圆代工收入的占比来看,2016年,28nm仍占据了高端晶圆代工市场一半的市场份额。而英特尔推出的22FFL工艺主要也是想抢28nm工艺的市场。


ARM公司战略联盟与销售部门高级副总裁Will Abbey表示:“22FFL是一项非常令人振奋的工艺,它提供了FinFET晶体管所能带来的优势,并且有更简单的后道工艺。这种优势从ARM的角度来说,为量大但对成本敏感的移动和消费类应用找到了一条很好的通路。”


英特尔晶圆代工有哪些优势?


毫无疑问,相对于目前的竞争对手的制程技术来说,英特尔的制程技术仍然具有一定的领先优势。此次开放的22nm、14纳米、10nm、22FFL工艺,也都是英特尔的高端制程技术。此外,FinFET技术最早是英特尔率先商用的,因此,英特尔在FinFET技术上也拥有着最为丰富的量产经验(目前英特尔已出货700万片晶圆)。


与此同时,英特尔还提供了全面设计自动化的基础软件给芯片设计公司,同时英特尔也有晶圆验证的IP来帮助快速方便的设计。


特别值得一提的是,英特尔不仅提供晶圆代工服务,同时还可提供提供标准化的封装与测试能力,并且还能有提供很多差异化的创新功能,比如前面提到的EMIB、Mix and Match技术等。


”我们把代工和封装测试一体化的服务提供给客户,这是一种完全的交钥匙的方案,是客户的价值选择。”Zane Ball这样总结到。


另外,对于晶圆代工厂来说,工厂的规模和产能也是至关重要的。


对此,Zane Ball表示:“英特尔技术和制造集团员工总数是3万,我们洁净室面积超过400万平方英尺,每秒生产晶体管的数量超过100亿。我们拥有全球规模,在全球拥有多家工厂,比如美国的俄勒冈、亚利桑那、爱尔兰、中国大连、以色列都有晶圆厂,使得我们有足够的产能来应对市场不断变化的需求,并且成本也具有全球竞争力。同时我们在中国成都、马来西亚的槟城以及越南都有封装测试厂,我们能够实现全球最佳的良品率,这也是我们独一无二的竞争力之一。另外,我们始终有能力能够对我们的产品进行再创新,将新的产品带向世界,为数以千万计的客户服务,收集他们的反馈,重新升级产品,再带向市场,这对客户很重要,对我们也很重要,这也是非常强有力的竞争优势。”


作者:芯智讯-浪客剑

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