拿下最强光刻机，英特尔能反超台积电吗？
The following article is from 远川研究所 Author 李健华
2020年10月，三星太子李在镕专门去了一趟荷兰，目的非常明确：跟阿斯麦高层见面，敦促对方赶快交付三星订购的9台EUV光刻机，好让三星追赶台积电。三个月后，李在镕被起诉“亲信门”贿赂罪，当庭入狱。
李在镕入狱前还魂牵梦绕的EUV光刻机，是制造半导体的关键设备。一般来说，EUV光刻机占整条半导体产线设备投资的25%，能够用光“雕刻”出更先进的芯片。台积电制程冠绝全球，离不开它拥有全球数量最多、最先进的EUV光刻机。
放眼全世界，只有阿斯麦能提供光刻机。以至于阿斯麦曾说：“如果我们交不出光刻机，摩尔定律就会停止。”
不过，在追逐台积电这件事上最积极和激进的，还不是三星，当属昔日霸主英特尔。
英特尔新CEO基辛格上任以来，宣布将在美国、欧洲投资超过1000亿美金兴建晶圆代工厂，又收购以色列高塔半导体。今年1月，英特尔甚至截胡台积电，成功抢购第一台阿斯麦最新NA 0.55光刻机。更重量级的消息，是英特尔将开放授权x86架构，抢夺采取ARM架构的台积电客户。
过去一年以来，英特尔动作频频，就是要把台积电挑下马，重夺半导体制造霸主地位。磨刀霍霍的英特尔这回打得动台积电吗？
01
霸主的陨落
要回答打不打得过，首先得知道英特尔是怎么从山峰掉到山腰的。
2014年，英特尔如日中天，生产出当时世界最先进的14nm制程芯片。随着晶圆代工行业利润越来越高，英特尔开始加大晶圆代工业务的投入，在各大场合自诩晶体密度世界第一[1]。但没风光多久，英特尔就被台积电+AMD联盟赶超。
英特尔衰落的一切根源，就在于其坚持多年的IDM模式。
所谓IDM，是指半导体生产的三大核心环节：设计、制造和封测，全产业链自己一手包办的模式。这种模式优势是生产能力强，能够全方位执行自身战略，劣势是企业生产战线长，投资成本大。
模式的劣势，在英特尔内部的滴答钟摆式策略（tick-tock）上显现了出来。这个规划按两年为周期，第一年tick是对CPU制程工艺的更新，第二年在新制程基础上进行tock架构升级。从公司部门来看，设计部门负责制程更新的设计与规划，技术与制造部门（TMG）负责让制程落地。
一直到14nm阶段，tick-tock的节奏都还算紧凑。但在此时，TMG开始执着于提升芯片晶体的密度而非制程，于是出现了14nm+、14nm++、14nm+++业界奇葩现象，10nm量产却遥遥无期。
好好的tick-tock-tick-tock节奏，硬生生被整成了tick-tock-tock-tock。
TMG的卡壳，也导致原本应过渡10nm的各大业务产能，被迫集体挤在14nm。甚至逼得核心CPU产品部门对外公开喊话：“如果遇到紧急情况，会准备好外包部分制造业务，使用别人的代工厂。”
结果就是，忙于处理14nm产能大堵车的TMG，再也无余力研发10nm和7nm的制程工艺，英特尔的制程工艺进度从此落后。
与此同时，台积电开创了晶圆代工模式，All in 半导体三大核心中的制造环节，制程工艺开始超越英特尔。
晶圆分工模式还拯救了英特尔的老对手AMD。在整个CPU市场，原本AMD在2016年被英特尔打得只剩四分之一市场份额[9]，眼看台积电制程日益先进，AMD果断放弃IDM模式，卖掉自家格芯晶圆厂，投入台积电7nm的怀抱。
最终，AMD凭借台积电先进制程和市场性价比，在2021年的CPU市场回升到四成左右的市场份额[9]。
面对落后的局面，英特尔并没坐以待毙。2020年，英特尔时任CEO斯旺把技术部门分权改组，同时推动废除IDM模式，要把半导体制造环节交给台积电代工，但还没真正实施就被赶了下台。
一年后，英特尔新任CEO基辛格上台，又是扩建产能又是开放架构抢客户，矛头直指台积电。
账面上看，英特尔作为纵横半导体50多年的老牌巨头，既有技术积累，又不乏资源优势。
从制程工艺来说，大部分人印象中，制程纳米数越小，代表工艺越先进。殊不知，真正衡量芯片制程工艺的核心指标，其实应看“逻辑晶体密度”——只有密度越高，产品才越先进。
即便英特尔在14nm不断挤牙膏，拖到2019年才量产10nm，而彼时台积电已经进入7nm制程，但如果把两者的逻辑晶体密度（单位：MTr/mm²）对比：英特尔100.8，台积电100，就会知道，英特尔10nm的技术水平与台积电7nm相当。
换句话说，TMG当年做的也不完全是无用功。英特尔的技术水平在行业还是顶尖，完全有追赶台积电可能。
资源方面，文章开头提到的开放x86是一步狠招。按照英特尔新成立的代工服务事业部（IFS）工程副总裁Bob Brennan的说法，这是“英特尔史上第一次将x86软核和硬核授权给想要开发芯片的客户[3]。”
简单说，x86是如今PC市场绝对主流的芯片架构标准，相当于微软Windows系统在电脑的地位。全球只有英特尔、AMD和台湾威盛拥有x86架构的授权。英特尔凭借这一架构，在所有CPU市场处于龙头的位置。
如今英特尔开放这张入场门票当然是有条件的：客户想要获得授权，设计出芯片后，要找英特尔晶圆部门代工。消息一旦落地，势必会对使用ARM架构的台积电三星订单带来影响。
相比于内因，更利好英特尔逆袭的，还得是它的美国户口。这为英特尔带来双重特殊待遇：核心客户和关键设备。
核心客户方面，美国政府在相关政策支持会给它带来更多本土客户。
比如，去年3月英特尔重回晶圆代工业务后，在7月就获得高通和亚马逊两大核心客户订单，形成典型的美国同盟[8]。一个月后，政府直接把国防部“快速保障微电子原型商业计划”（RAMP-C）第一阶段晶圆代工订单，交给了英特尔为首的美国公司。
关键设备方面，全球任何一家晶圆代工厂，在半导体制造的关键设备上，都不可能绕过美国：EUV光刻机唯一供货商阿斯麦接受美国长臂管辖；刻蚀机则被美国拉姆、应用材料把控；就连离子注入机也是美国维利安半导体的天下。
以阿斯麦为例，美国政府当年因为担心尖端技术落入外国公司，极力反对日本尼康加入EUV技术联盟。而当时只是小厂商的荷兰阿斯麦，不仅答应在美国建厂，还许下光刻机的美国零部件占比55%以上的承诺，才得以加入联盟。在资本层面，阿斯麦前三大股东都来自美国。
从这个角度来看，英特尔能得到最强EUV光刻机的优先供货权并不是一件令人意外的事情。
相比之下，无论是台积电还是三星，与美国的关系就疏远了许多。
台积电虽然是被美国扶持起来的盟友，但其1987年创办以来，台积电只在1996年到美国华盛顿州建设过180nm制程的晶圆代工厂。直到2020年，在懂王多次威逼利诱下，才拍板在亚利桑那州兴建5nm晶圆厂。
早在2014年，英特尔70%的处理器和芯片组晶圆就已经产自美国晶圆厂[10]，至今在美国本土建有超过10座代工厂，这还没计算投资千亿美金的超级工厂。去年6月，英特尔CEO基辛格似有所指地在美国政治媒体《POLITICO》刊文喊话：美国应该重点扶植像英特尔一样的美国本土芯片厂商，而不是只在美国设厂的外国企业[4]。
至于三星就更不用多言了。如果说英特尔是亲儿子，台积电是干儿子，那么三星是直接的竞争对手。
去年，美国要求台积电三星等半导体企业，交出自己的客户名单、销售、采购和库存等核心机密信息，美其名曰要让芯片供应链变得更透明，实际上，“谁不听话就等着被制裁”的意味明显。业界甚至认为，美国有可能把这些资料转交给英特尔。
然而在这些优势的加持下，英特尔的反超并不像看上去那样板上钉钉，因为它还存在没解决的隐忧。
英特尔新CEO基辛格上任，释放出各种进击信号的同时，却也做了一件“不吸取历史经验教训”的事情：把前任想摒弃的IDM模式又搬了回来。
这个IDM2.0计划虽然会把部分先进产能外包给第三方代工厂，但英特尔会加强技术和研发路线，继续在内部完成大部分产品的生产。这也意味着，英特尔会坚持从设计、制造到封测三大环节的IDM模式。
这样一来，英特尔面临了两大隐忧：一方面，过去IDM的制程迭代慢的问题依然存在，另一方面，这个模式让它在全球的环境里“四处为敌”。
制程迭代方面，IDM意味着当它需要升级制程时，必须同步升级电路图、晶圆制造厂和封测厂，依然可能出现过去部门之间合作不畅的问题。
另外，从工序和成本上来看，IDM的这种“我全都要”，势必要比台积电的“专攻制造”要高出很多。要知道半导体迭代制程越先进，工艺难度越大，需要的核心设备也越贵。
以半导制造的核心设备刻蚀机为例：20nm工艺的步骤约1000道，刻蚀占55道工序；一旦进入7nm工艺，全部工序提高到1500道，刻蚀也需要增加到150道[5]。据IBS数据，一条5万片/月产能的产线，在28nm节点的设备投资额约39.5亿美金，而同样产能的7nm产线，则要花114.5亿美金[5]。
可以说，IDM的模式决定了，这些牵一发动全身的巨大成本，都需要英特尔自己全部承担。
对比之下，台积电只专注晶圆代工，不需要迭代设计和封测环节，资本优势巨大，能在制程领先的道路上更快狂奔。在2021年，台积电资本支出达到300亿美金，营收更高的英特尔只有179亿美金。
总结来说，台积电之所以强大，是因为形成了先进制程技术-具备产品议价权-把所有利润投入更先进制程工艺-继续保持制程领先的正循环。
而坚持IDM模式的英特尔，在资本和技术的劣势下很难打得动台积电。
另一方面，IDM既做代工，又做产品竞争的模式，让英特尔在行业四处为敌，别人很难放心把产品交给它。
如果拉出英特尔这条多业务竞争战线，你会发现一个恐怖故事，英特尔在芯片领域有太多大佬级别的敌人。
在PC领域，AMD与英特尔缠斗20年；在AI芯片，虽然英特尔做集显，英伟达做独显，但同样是竞争对手；自动驾驶方面，英特尔则直接收了mobileye；FPGA领域有赛灵思（现已被AMD收购）；晶圆代工有最强者台积电......
台积电则完全是不同光景，它专门做晶圆制造，跟AMD、英伟达、高通等十几家顶级半导体企业都是老朋友，利益不仅不冲突，还高度一致，台积电轻松地被这些全球顶级公司一起供养了起来。
总之，台积电没有敌人，所有半导体公司都是它的客户，英特尔却相反，几乎所有的公司都是对手。要在这样的情况下重回巅峰，恐怕比提升制程还要困难数倍。
整个半导体制造行业有一个独特的特点：严重依赖工程师人才。本质上，一家晶圆代工企业的制程工艺实力，就是靠工程师的know-how积累而成的。
美国现在半导体制造领域的人才情况如何？答案是不容乐观。
1990年代，美国半导体企业进入了全球化垂直分工进程，尤其在台积电开创了晶圆分工模式后，以德州仪器、AMD等一大批半导体巨头纷纷退出晶圆制造环节，半导体制造产业重心开始迁移到以韩国和台湾为代表的亚洲地区。
外包的结果是专业工程师人才空心化。
美国半导体制造空心化后，优秀的年轻人就业首选，不是选择进入华尔街指点江山，就是到硅谷创业叱咤风云。
一个经典例子是，台积电去年宣布在美兴建亚利桑那州5nm代工厂后，要空运300名工程师进驻才能开展工作。与此同时，台积电在美国招聘数百工程师后，还要分批送到台湾回炉再造。
从半导体制造人才断层这点来看，大陆和美国区别可能并不大。改开以来，由于对芯片产业的认识和重视不足，人们把注意力更多集中在下海经商、房地产、金融炒股上，而互联网虽属科技范畴，但“重模式、轻技术”、“重应用，轻研发”的特点，始终没有把此前的课补上来，直到华为被制裁。
半导体晶圆制造是一个靠工程师“堆”出来的行业。但现实始终很骨感：美国的精英都在华尔街，大陆的人才全在陆家嘴。
[1] 革命性创新的三维鳍型电晶体，唐英瓒
[2] 英特尔败局揭秘，问芯Voice
[3] 听说，英特尔要对外开放x86授权？CSDN
[4] 英特尔CEO投书敌视台积电 陆行之：没把彼此当伙伴，台湾经济日报
[5] Intel的历史转折与历史进程中的中芯国际，国海证券
[6] 台积电被美国工程师吐槽：一天工作12小时、3小时开会浪费时间，Glassdoor
[7] 台积电创办人张忠谋：世界已不是平的，美国半导体本地制造不会成功，爱集微
[8] 英特尔为高通、亚马逊生产新品 有这三项目标，经济日报
[9] 苏妈率AMD从濒临破产到市值首次超过英特尔，新智元
[10] 六大芯片制造厂的制程工艺演进之路，半导体行业观察
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