分拆计划陷入困境，英特尔还能重回巅峰吗?

Posted 2022-02-10 冰山406

据外媒报道，英特尔即将于2022年1月26日发布第四季度财报。还记得2021年2月，英特尔迎来了第八任CEO即英特尔曾经的首任CTO帕特·基辛格（Pat Gelsinger），他的上任也被业界寄予厚望，众人期盼着他能带领半导体巨头英特尔重振辉煌。对此，基辛格曾在华盛顿经济俱乐部主办的活动上表示，自己制定了为期五年的计划来带领英特尔重回巅峰。

如今，基辛格任职即将满一年，新一季度的财报也即将揭晓他在英特尔的首个年度成绩单。但在这之前，关于英特尔的消息似乎已被另一家公司的财报所透露，这家公司就是台积电。

英特尔和台积电的关系可谓说是亦敌亦友。英特尔在去年三月份开启了“IDM 2.0”战略，宣布将投资200亿美元在美国亚利桑那州新建两座晶圆厂，并打造世界一流的代工业务——英特尔代工服务（IFS）。但在同年12月，有媒体报道，基辛格已和台积电敲定了3nm工艺的合作。在芯片设计和制造分拆已然成为行业大趋势的情况下，基辛格的操作属实让人看不懂。对此，技术行业分析师本·汤普森（Ben Thompson）在Stratechery博客中详细表达了他的观点。

英特尔成台积电投资方？

在全球竞争愈发激烈的大环境下，英特尔面临的挑战也越来越严峻。台积电上周四发布了2021年第四季度的财报，它表示由于全球芯片紧缩，需求继续激增，今年将增加投资，使产能比去年同期提高多达 47%。台积电还表示，已将今年的资本支出预算定为400亿美元至440亿美元（去年为 300 亿美元），创下历史新高。

彭博社的蒂姆·库尔潘（Tim Culpan）将台积电这一庞大的资本支出数字，描述为是对同行芯片制造商英特尔的一个“警告”。这个美国代工行业的潜在竞争者，除了用自己的品牌制造芯片外，还决定通过为外部客户制造芯片来对抗台积电及其他芯片代工商。

由于英特尔在技术实力上远远落后于台积电，这迫使其陷入了依赖台积电生产自家最好芯片的讽刺境地。基辛格称自己有信心能赶上。也许他能做到，但英特尔不可能将产能和经济规模扩大到在代工行业具有财务竞争力的程度。

然而，实际情况可能比这更糟糕。英特尔成为台积电的客户，不仅否认了自己的制造需求规模，而且还把制造规模交给了台积电，在这个过程中改善了其竞争对手的经济状况。

难以延续的“摩尔定律”

谈到英特尔，就不得不提大名鼎鼎的“摩尔定律”—— 即英特尔联合创始人兼第二任CEO官戈登·摩尔（Gordon Moore） 观察到，集成电路的晶体管数量每两年翻一番。

摩尔在1965年提出了这一观点，在接下来的50年里，英特尔公司做出了这一选择。其中一位主要决策者就是当时20出头的基辛格。基辛格在高中毕业后就加入了英特尔，他在斯坦福大学学习电气工程期间，曾在开发286处理器的团队中工作；在完成硕士学业时，他是386项目的第四负责人。毕业后，基辛格成为486项目的负责人，当时他只有25岁。

英特尔 486 芯片 

英特尔当时是一家完全集成的设备制造商 (IDM)，虽然这个术语今天指的是设计和制造自己芯片的公司（与英伟达这样的公司相反，它设计自己的芯片但不制造；或者台积电，它制造芯片但不设计），但随着其他公司开始专注于制造过程的不同部分，它们的集成水平也随着时间的推移而降低。基辛格和三位合著者在2012年一篇题为《应对英特尔微处理器设计的复杂性——CAD历史》的论文中描述了这个问题：

戈登·摩尔在他1965年的原始论文中表达了一种担忧，即他预测的增长率可能无法持续。因为如果以如此快速增长的复杂性定义和设计产品的要求，增长率可能跟不上他预测。然而，竞争激烈的商业环境驱使人们充分地利用技术扩展。随着每一代工艺技术的发展，大约每两年可用晶体管的数量就能翻了一番。如下表所示，微处理器的主要架构变化是在晶体管数量增加4倍的情况下发生，这大约每隔一代工艺就会发生一次。所以，英特尔的微处理器设计团队必须想办法跟上每个新项目的规模和范围。

处理器	推出日期	工艺	晶体管	频率
4004	1971	10 um	2300	108 KHz
8080	1974	6 um	6000	2 MHz
8086	1978	3 um	29000	10 MHz
80286	1982	1.5 um	134000	12 MHz
80386	1985	1.5 um	275000	16 MHz
Intel486 DX	1989	1 um	1.2 M	33 MHz
Pentium	1993	0.8 um	3.1 M	60 MHz

这种令人难以置信的增长速度，不可能通过雇用数量成倍增长的设计工程师来实现。它只能通过采用新的设计方法和在每一代处理器中引入创新的设计自动化软件来实现。这些方法和工具总是遵循提高设计抽象的原则，在电路和寄生建模方面变得越来越精确，同时使用不断增加的层次结构、规则性和自动合成。

基辛格在上述论文中描述了他对486所做的事：

虽然386的设计在很大程度上利用了286的逻辑设计，但486是一个更彻底的背离。它转向了全流水线设计，集成了一个大型浮点单元，并引入了第一个片上高速缓存——一个高达8K字节的高速缓存，这是用于代码和数据的直写高速缓存。鉴于利用先前设计的设计大大减少，并且晶体管数量增加了4倍，设计生产力的又一次飞跃面临着巨大的压力。虽然我们可以追求简单的人力增加，但问题是有能力负担得起、找到他们、培训他们，然后有效地管理一个团队，该团队需要比最终组成486设计团队的100人多得多。为了执行这个有远见的设计流程，我们需要建立一个尚不存在的计算机辅助设计（CAD）系统。

为了制造新芯片，英特尔需要制造新的工具，作为从设计到制造的整体集成工作的一部分。

工具和IP库落后于行业标准

现如今，英特尔不再处于领先地位；甚至收入还被三星超越，跌落神坛。英特尔合作的台积电也是世界领先的芯片制造商之一，不同的是，台积电是一家建立在不做设计理念的公司。台积电创始人张忠谋（Morris Chang）在计算机历史博物馆的采访中说：当他在TI和通用仪器工作时，看到很多集成电路设计师想要离开并建立自己的企业。但唯一的阻碍是，他们无法筹集到足够的资金来制造晶圆，这也是半导体公司和集成电路公司最需要资金的部分。所以台积电，一家纯粹的代工厂，为他们解决这个问题。那些设计师便能成功地组建自己的公司，并将成为台积电的客户，为其构成一个稳定和不断增长的市场。

台积电愿意制造这些新的无晶圆厂公司所能提出的任何芯片。值得注意的是，正是基辛格和英特尔使这种模块化方法成为可能，这要归功于他们为486构建的工具。还是来自那篇论文：

所有这些工具的组合被拼接到一个名为RLS的系统中，这是第一个在大型微处理器开发项目中采用的从RTL到布局的系统。RLS之所以成功，是因为它结合了三个基本要素的力量：

1.CMOS（允许使用单元库）

2.硬件描述语言（提供方便的输入机制来捕捉设计意图）

3.综合（提供从RTL到门和布局的自动转换）

这就是“神奇而强大的三巨头”。这些元素中的每一个都无法单独彻底改变设计生产力，这三者的结合是必要的！这三个元素后来被EDA行业标准化和整合。这个系统成为了所有ASIC行业的基础，以及无晶圆厂半导体行业的通用接口。

问题是，习惯于发明自己工具和流程的英特尔，在标准化方面逐渐落后。虽然它已与 Synopsys和Cadence 等EDA公司建立了合作伙伴关系，但它大部分工作都是在自家工具上完成，并根据自己的晶圆厂进行调整。这使得英特尔定制代工厂的客户业务变得非常困难，更糟糕的是，英特尔本身也在浪费时间，建造那些曾经有差异化优势但现在已成为商品的工具。如果英特尔不使用行业标准的设计工具和IP库，就不能指望成为一个提供全面服务的代工厂。

不过，这也可以理解为基辛格宣布IFS只是英特尔更广泛的“IDM 2.0”战略一部分的原因：

• 第1部分是英特尔自己设计的内部制造，基本上是IDM 1.0
• 第2部分是英特尔计划使用台积电等第三方制造商生产其尖端产品
• 第3部分是英特尔代工服务

从上述战略分析，考虑到第1部分英特尔内部制造的历史，这个战略似乎有长远的发展。但仔细分析第2部分以及它与其他部分联系，这个战略可能不会走太远。

英特尔——靠自己才是王道

基辛格此前谈到，让台积电为英特尔制造芯片，是前任CEO鲍勃·斯旺（Bob Swan）发起的一项倡议。不过当时，几乎每个人都认为，英特尔与台积电的合作只是权宜之计，而该公司的制造厂已经整顿好，这样它就可以直接参与竞争。但事实却并非如此。

外界普遍认为台积电宣布增加资本支出的主要推动力，似乎来自于英特尔。据DigiTimes报道，台积电正在为其建造一个定制工厂：

据业内人士透露，台积电计划在台湾北部新竹市宝山地区设立新的生产基地，为英特尔生产3nm芯片。台积电将把部分工厂转换为3nm工艺制造。该基地的设施被称为P8和P9，最初是为亚3nm工艺技术的研发中心设计的。台积电宝山基地的P8和P9每月将能够处理20,000片晶圆，并将专门用于完成英特尔的订单。

消息人士指出，台积电打算将其为英特尔生产的芯片与为苹果生产的芯片区分开来，因此决定将其专门用于完成这两个主要客户订单的3nm工艺生产线分开。这些举措也是为了保护客户各自的机密产品。英特尔的需求可能巨大到足以说服台积电这个纯代工厂修改其制造蓝图。消息人士称，这对伙伴可能达成了长期的的合作关系。

当然，英特尔这是被历史所约束。基辛格想要英特尔不受制于他人就必须摆脱束缚，这意味着其要接管自己的定制工厂。

联想到上文解释的EDA问题：当唯一的受益者是潜在的代工厂客户时，诱使英特尔工程师放弃他们自己的设计标准转而采用行业标准是一件很艰难的事情——这也是英特尔定制代工厂之前失败的主要原因之一。但是，如果英特尔要与台积电一起制造芯片，那么它别无选择，只能使用行业标准。如今，英特尔已失去了垄断前沿x86芯片的机会，并不得不与台积电竞争。它不仅要赢得第三方业务，还要保住自己设计团队的业务。

英特尔被激励的分拆计划

本·汤普森表示，英特尔想要与其它代工厂竞争的唯一方法就是将业务分拆。其中，需要引起关注的重点是激励问题——这也是英特尔需要被分拆的原因。

集成设计和制造是英特尔数十年来构建护城河的基础，但这种集成已成为了业务双方的紧箍咒。英特尔的设计因公司在制造方面的挣扎受阻，而其制造则面临激励问题。我们首先要了解的关键是芯片设计的利润率是非常高的。例如，英伟达的毛利率在60~65%之间，而制造英伟达芯片的台积电，其毛利率接近50%。正如上文所提到的，英特尔传统上的利润率更接近英伟达，这要归功于它的集成。这就是为什么英特尔自己的芯片始终是其制造部门的优先事项。

但这也意味着其会为潜在客户提供更差的服务，并且更不愿意改变其制造方法来适应客户成为他们的最佳供应商（进一步降低利润率）。此外，还有一个信任问题：与英特尔竞争的公司是否愿意与竞争对手分享他们的设计，特别是在该竞争对手被激励优先考虑自己业务的情况下？

解决这个激励问题的唯一方法就是将英特尔的制造业务分拆出来。当然，构建与第三方合作所需的客户服务组件需要时间，更不用说与台积电这样的公司合作（相对）容易的巨大IP构建模块库。但是，如果英特尔想要成为一个独立的制造企业，它将拥有实现这一转变最强大的动力，即生存的需要。

分拆如何？拭目以待

英特尔现在显然没有完成分拆，但台积电的这项投资似乎让基辛格认识到了英特尔所处的困境，并且正在尽一切可能摆脱困境。因此，似乎越来越清楚的是，基辛格的目标是去解除英特尔对其的依赖。作为设计公司的英特尔基本上是无晶圆厂的，它把业务交给了世界上最好的代工厂，无论那个代工厂是不是英特尔的。与此同时，作为制造公司的英特尔也为自己的设计做出了牺牲——以独家访问x86 IP块作为报酬，让超大规模制造商为自己构建芯片，包括使用英特尔自己的CPU。

目前还不清楚这个分拆计划是否可行。因为建造晶圆厂的成本太高，以及晶圆厂满负荷运转也相当危险。此外，与英特尔的合作正在让台积电变得更强大（而台积电则受益于其与苹果竞争）。不过，鉴于英特尔在过去十几年中的表现，坚持现状可能会带来更大的风险。因为在这种情况下，英特尔陷入困境的代工厂也会拖垮它的设计。

曾在2009年选择离开的基辛格，在英特尔经历创新的关键时刻又重新回来了，并且正在做使英特尔成为一家伟大的设计公司和制造公司所必须做的事情：将这二者分开。这也意味着英特尔将颠覆以往的发展道路，它会挣脱束缚重回巅峰吗？这将变得非常有挑战性。

 参考链接：

1.The Intel Split – Stratechery by Ben Thompson

2.https://news.ycombinator.com/item?id=29980227

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