技術(shù)
導(dǎo)讀:英特爾的自家工廠,連續(xù)兩次在生產(chǎn)那些構(gòu)成新一代中央處理器(簡(jiǎn)稱CPU)芯片的基礎(chǔ)電路方面受挫,這些芯片的晶體管要比以前的小。
英特爾(IntelCorp.)比任何一家公司都更有資格代表「硅谷」這個(gè)名稱中富有歷史感的「硅」字。他們?cè)跇I(yè)界的領(lǐng)頭羊地位不僅體現(xiàn)在引人矚目的集成電路設(shè)計(jì)上,還包括在自家工廠把這些電路蝕刻到硅芯片上。
英特爾公司內(nèi)部曾經(jīng)的正統(tǒng)理念是以自研自產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自我壯大,因而一直堅(jiān)持自己制造那些被稱為「計(jì)算機(jī)大腦」的旗艦芯片。在許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手外包生產(chǎn)、專注設(shè)計(jì)多時(shí)后,英特爾還在堅(jiān)持初衷。
因此,當(dāng)公司首席執(zhí)行官鮑勃·斯旺(Bob Swan)在7月23日的財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示英特爾考慮將一些最先進(jìn)芯片的制造業(yè)務(wù)外包后,這便成為了美國(guó)失去其制造主導(dǎo)地位的一個(gè)標(biāo)志性事件。
英特爾的自家工廠,連續(xù)兩次在生產(chǎn)那些構(gòu)成新一代中央處理器(簡(jiǎn)稱CPU)芯片的基礎(chǔ)電路方面受挫,這些芯片的晶體管要比以前的小。工廠試運(yùn)行期間生產(chǎn)的大部分產(chǎn)品都要作廢,承諾的產(chǎn)品交付時(shí)間也要推后。斯旺說(shuō),英特爾現(xiàn)在要重新考慮如何制造他們2023年及以后上市的芯片。
斯旺說(shuō)他們最終可能會(huì)將生產(chǎn)外包,也可能會(huì)繼續(xù)堅(jiān)持自產(chǎn),或是會(huì)采取一種新的模式,自己負(fù)責(zé)芯片生產(chǎn)的一部分工序,把其他的外包。他說(shuō):「(英特爾這一決定)體現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)而不是弱點(diǎn),公司有了更強(qiáng)的靈活性,可以決定在哪里制造我們的產(chǎn)品是最有效的方式?!?/p>
這家總部位于加利福尼亞州圣克拉拉市的公司承認(rèn),他們?cè)诠S制造方面遇到了困難,因?yàn)殡娐纷兊萌绱酥?,自產(chǎn)一些他們最重要的芯片可能在經(jīng)濟(jì)上并不劃算。英特爾的坦誠(chéng)在硅谷內(nèi)外激起了回響。
「英特爾解決不了這個(gè)問題,」英特爾前董事大衛(wèi)·約菲(David Yoffie)如是說(shuō):「對(duì)國(guó)家而言會(huì)覺得這是一種損失?!?至2018年,約菲在英特爾擔(dān)任了29年的董事。
英特爾拒絕了讓斯旺接受采訪的請(qǐng)求,理由是他之前承諾過會(huì)在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)給出相關(guān)公司戰(zhàn)略的最新情況。
按營(yíng)收來(lái)算,英特爾仍是美國(guó)最大的芯片制造商,鑒于行業(yè)數(shù)年的發(fā)展周期,最近挫折可能幾年內(nèi)都不至于威脅到他們的銷售情況。公司曾表示,受新冠大流行期間技術(shù)支出激增的推動(dòng),預(yù)計(jì)其2020年的銷售額將打破紀(jì)錄,每股收益則將接近創(chuàng)紀(jì)錄水平。
在過去,制造問題也曾拖累過新一代CPU和其他先進(jìn)芯片的推出進(jìn)程。英特爾最初的計(jì)劃是在約兩年時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)尖端芯片的制造,現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法按期實(shí)現(xiàn)了,但公司正試圖避免這一計(jì)劃進(jìn)一步延遲,這也意味著關(guān)鍵芯片的生產(chǎn)需要外包。
斯旺在10月的一次財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示,英特爾必須在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)決定在哪里生產(chǎn)這些芯片。他在7月透露,英特爾已經(jīng)決定將一種用于數(shù)據(jù)中心的強(qiáng)大新型圖形處理器芯片的部分生產(chǎn)交給一家合約制造商。
「這更像是公司在外包探索上邁進(jìn)了一小步,試著與外界趨勢(shì)融合。」英特爾公司的納威·謝諾伊(Navin Shenoy)表示。謝諾伊負(fù)責(zé)英特爾最重要的一些涉及服務(wù)器和人工智能計(jì)算芯片的項(xiàng)目。他說(shuō),這樣的策略轉(zhuǎn)變引發(fā)了很多爭(zhēng)論。
自斯旺宣布了這一消息以來(lái),英特爾股價(jià)一直在下跌,11月5日收于45.68美元,較7月23日下跌了24%。標(biāo)普半導(dǎo)體精選行業(yè)指數(shù)(The S&P Semiconductor Select Industry Index )在此期間則上漲了23%。
摩爾定律
美國(guó)的很多企業(yè)都將他們自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外包出去生產(chǎn)。有人認(rèn)為,最好是把資源投入到自己最擅長(zhǎng)的創(chuàng)造性工作中去,制造產(chǎn)品的資本風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)移到那些勞動(dòng)力成本較低的地方。從服裝制造商到蘋果公司(Apple Inc.),他們都把產(chǎn)品制造委托給了海外的合約制造商。
而英特爾則不同。
這家成立于1968年的公司,通過設(shè)計(jì)和制造一代又一代個(gè)人電腦和其他設(shè)備內(nèi)的「引擎」,成為體現(xiàn)美國(guó)技術(shù)領(lǐng)先地位的典范。公司聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)提出了推動(dòng)世界歷史上最偉大經(jīng)濟(jì)進(jìn)步之一的定律。
摩爾定律描述的是工程師們?nèi)绾伟凑疹A(yù)測(cè)節(jié)奏年復(fù)一年追尋縮小電路板尺寸的方法,這為世界提供了強(qiáng)大且低成本的芯片,這些芯片支撐著世界上所有那些被認(rèn)為是技術(shù)帶來(lái)的事物,如Google(Google)搜索、Facebook頁(yè)面、智能手機(jī)應(yīng)用和流媒體影片。
英特爾公司的正統(tǒng)理念正是利用了這個(gè)定律。如果芯片工程師直接和制造工程師合作,將新的芯片與新的生產(chǎn)設(shè)備相匹配,就能創(chuàng)造出更優(yōu)秀的電路,但如果是和外部制造商合作,就會(huì)增加難度。
公司2020年的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變讓人想起他們?cè)?jīng)遇到的另一場(chǎng)危機(jī)。1985年,他們放棄了隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM),即一類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的巨大市場(chǎng)。英特爾是這項(xiàng)技術(shù)的主要參與者,認(rèn)為公司需要保持這項(xiàng)業(yè)務(wù)以保持競(jìng)爭(zhēng)力。但根據(jù)摩爾定律,數(shù)據(jù)內(nèi)存芯片越來(lái)越便宜,英特爾無(wú)法跟上那些龐大的日本競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,日本制造商投入了大量資本,不斷升級(jí)工廠。芯片已經(jīng)成為了大宗商品。
英特爾拋棄了內(nèi)存市場(chǎng),這在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是美國(guó)正在失去技術(shù)優(yōu)勢(shì)的象征。相反,這一舉措對(duì)公司而言則是開創(chuàng)了一個(gè)繁榮的時(shí)代。他們將資源集中在CPU設(shè)計(jì)的強(qiáng)項(xiàng)上,因此獲得了更高的利潤(rùn),部分原因也是因?yàn)樗麄冊(cè)O(shè)計(jì)的電路享有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
英特爾的芯片與微軟公司(Microsoft Corp.)的Windows操作系統(tǒng)相結(jié)合,形成了一統(tǒng)天下多年的「Wintel」雙頭壟斷,兩家公司因此所占據(jù)的優(yōu)勢(shì),也讓他們成為美國(guó)聯(lián)邦反壟斷監(jiān)管機(jī)構(gòu)的目標(biāo)。
在21世紀(jì),隨著新興互聯(lián)網(wǎng)巨頭公司的出現(xiàn),英特爾失去了一些硅谷公司的光彩,但它仍然是市場(chǎng)上一股強(qiáng)大的力量,提供驅(qū)動(dòng)新興巨頭產(chǎn)品的處理器。英特爾的芯片支持著世界上大多數(shù)個(gè)人電腦,幾乎所有數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器計(jì)算機(jī)中都有英特爾的芯片,這些數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)處理公司的數(shù)據(jù),微軟、Alphabet Inc.的Google和亞馬遜公司(Amazon.com)在云計(jì)算業(yè)務(wù)中也使用英特爾的芯片。
公司目前有10個(gè)主要生產(chǎn)基地,其中四個(gè)在美國(guó)。
競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手策略
其他芯片制造商也在經(jīng)歷與制造環(huán)節(jié)的剝離。英特爾在處理器市場(chǎng)上的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手超威半導(dǎo)體公司(Advanced Micro Devices Inc.,簡(jiǎn)稱AMD)十多年前就擺脫了制造工廠。專攻圖形處理芯片多英偉達(dá)(Nvidia Corp.)一直以來(lái)都依賴外部制造商,今年他們超過了英特爾,成為美國(guó)市值最大的芯片公司。
這種轉(zhuǎn)變不乏一些優(yōu)勢(shì):芯片公司不必為工廠投入資本,也不必?fù)?dān)心自己的工廠在需求減弱時(shí)面臨產(chǎn)能過剩的問題。業(yè)界所謂的全球芯片生產(chǎn)「生態(tài)系統(tǒng)」傾向于標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和制造方法,在這套生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中,當(dāng)合約制造商出現(xiàn)問題的時(shí)候,那些為代工生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的芯片往往更容易轉(zhuǎn)移到另外的制造商手中。
據(jù)英特爾公司稱,當(dāng)譬如汽車芯片這類的新產(chǎn)品需求超過英特爾的產(chǎn)能時(shí),英特爾的確會(huì)將一些制造工作外包出去,這部分總計(jì)約占其目前產(chǎn)能的20%。公司還經(jīng)常讓他們收購(gòu)的芯片制造商繼續(xù)使用外部制造商。
但他們堅(jiān)持自己制造CPU。據(jù)英特爾現(xiàn)任和前任員工透露,公司的工程和管理文化彌漫著一種信心,認(rèn)為他們能夠克服在制造上緊跟摩爾定律所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
到2018年,競(jìng)爭(zhēng)壓力越來(lái)越大。在臺(tái)灣積體電路制造公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.,簡(jiǎn)稱臺(tái)積電)和韓國(guó)三星公司(Samsung Electronics Co.)等芯片巨頭的工廠里,一平方毫米的硅芯片上所能容納的晶體管數(shù)量已經(jīng)趕上了英特爾。他們根據(jù)合同為包括AMD和英偉達(dá)在內(nèi)的一些英特爾競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手生產(chǎn)芯片,因此這些工廠和英特爾的工廠產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)意義上的競(jìng)爭(zhēng)。
英特爾試圖通過發(fā)明新型晶體管來(lái)應(yīng)對(duì)這一局面,新晶體管在尺寸不變小的情況下性能提升。英特爾還并發(fā)明了新的方法將芯片組合在一起,使其具性能優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)代芯片工廠的建造成本動(dòng)輒要花費(fèi)數(shù)百億美元,所使用的機(jī)器要能夠印制只有幾個(gè)原子寬度的電路。芯片行業(yè)不斷向更小尺寸的電路邁進(jìn),不斷將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到那些有能力產(chǎn)出這種電路的新工廠設(shè)備。到2015年,可以生產(chǎn)出的最先進(jìn)的芯片晶體管為14納米(這種衡量方法泛指晶體管尺寸,大約相當(dāng)于普通人頭發(fā)寬度的萬(wàn)分之一)。
2018年,行業(yè)轉(zhuǎn)向尺寸更小的10納米芯片進(jìn)發(fā)。英特爾當(dāng)時(shí)的首席執(zhí)行官布萊恩·科再奇(Brian Krzanich)押注公司可以用這一代產(chǎn)品達(dá)成空前的目標(biāo):在同樣空間里填充2.7倍數(shù)量的晶體管。通常來(lái)說(shuō),晶體管密度每提高一倍,行業(yè)就會(huì)向前邁進(jìn)一步,他設(shè)想如果成功的話,就可以使英特爾保持領(lǐng)先地位。
而科再奇2018年在面對(duì)分析師和股東時(shí)的這一說(shuō)法,最后被證明是過于激進(jìn)了。他說(shuō),為了到達(dá)那個(gè)目標(biāo),工程師們?cè)陂_發(fā)過程中選擇承擔(dān)了極高的風(fēng)險(xiǎn),最終導(dǎo)致的問題難以解決。
結(jié)果,英特爾反覆遭遇制造方面的障礙,產(chǎn)品的一再延期,再加上對(duì)芯片的需求激增,導(dǎo)致其CPU短缺,從而制約了全球個(gè)人計(jì)算機(jī)行業(yè)的銷售。這其中有一個(gè)是物理問題。隨著晶體管尺寸不斷縮小,電流的走向開始變得不可預(yù)料,這就需要新的材料和芯片設(shè)計(jì)相結(jié)合,這對(duì)所有芯片制造商來(lái)說(shuō)都是越來(lái)越大的障礙。
科再奇2018年出于其他原因被迫離開英特爾——該公司稱是因?yàn)樗c一名員工的自愿關(guān)系。他沒有回應(yīng)記者的置評(píng)請(qǐng)求。時(shí)任臨時(shí)首席執(zhí)行官的斯旺因在行業(yè)引起巨大反應(yīng)的制造延期向客戶致歉。
在那以后,英特爾解決了10納米芯片的難題,但公司仍要繼續(xù)應(yīng)對(duì)一再推遲產(chǎn)品交付的后果。英特爾芯片設(shè)計(jì)與制造業(yè)務(wù)之間數(shù)十年來(lái)不斷發(fā)展成的緊密聯(lián)系,使得要克服生產(chǎn)問題變得極為復(fù)雜。由于英特爾針對(duì)自己的芯片制造工具做了優(yōu)化,因此很難輕易尋求外部制造商的幫助,這讓他們很難迅速?gòu)氖д`中恢復(fù)過來(lái)。
增加靈活性
英特爾正采取技術(shù)措施來(lái)提高制造靈活性。與此同時(shí),英特爾從依賴外包的芯片制造商那里引入了新工程師,希望能夠加快這種轉(zhuǎn)變。一位熟悉英特爾的工程師表示,對(duì)他們來(lái)說(shuō),即便知道英特爾保留自己工廠帶來(lái)了優(yōu)勢(shì),但若因?yàn)閮?nèi)部工廠的原因而限制芯片設(shè)計(jì)是毫無(wú)道理的。
英特爾對(duì)NetSpeed Systems公司(NetSpeed Systems Inc.)的收購(gòu),以及NetSpeed首席執(zhí)行官桑達(dá)里·米特拉(Sundari Mitra)的到來(lái),都有助于加速芯片設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化,讓內(nèi)部和外部的芯片架構(gòu)師都能更容易利用任何制造工藝。
到了2019年,英特爾的工程師和高管們都在爭(zhēng)論將來(lái)如何制造10納米CPU芯片,這些芯片因?yàn)橹暗墓こ萄诱`而被耽擱。爭(zhēng)論有時(shí)很變得很激烈,一些工程師敦促管理層,如果自己的設(shè)施造不了,就應(yīng)該考慮讓別人造,一些高管則認(rèn)為自己的工廠可以解決他們的問題。
首席工程師文卡塔·穆西·倫杜欽塔拉(Venkata 「Murthy」 Renduchintala)2019年5月告訴分析師,英特爾已經(jīng)從早期失誤中吸取了教訓(xùn),10納米芯片已步入正軌。他告訴他們,英特爾的下一代7納米CPU有望在2021年開始生產(chǎn)。
但他所說(shuō)的并沒有實(shí)現(xiàn)。英特爾表示,下一代CPU的制造現(xiàn)在比最初的計(jì)劃晚了一年,產(chǎn)品上市時(shí)間要推遲六個(gè)月。英特爾對(duì)技術(shù)部門進(jìn)行了調(diào)整,宣布了倫杜欽塔拉的離職。倫杜欽塔拉拒絕發(fā)表評(píng)論。英特爾拒絕對(duì)他的離職事件發(fā)表評(píng)論,他們?cè)?dāng)時(shí)的一份聲明稱,他的離職恰逢公司要進(jìn)行管理層調(diào)整來(lái)提高芯片技術(shù)執(zhí)行力。
斯旺在7月份的電話會(huì)議上告訴分析師:「我們會(huì)從務(wù)實(shí)的角度考慮,是否以及何時(shí)對(duì)在內(nèi)自產(chǎn)或外包制造做出安排?!?/p>
斯旺表示,公司的新方針是按期生產(chǎn)市場(chǎng)領(lǐng)先的芯片。英特爾自己的工廠將是首選的制造方案,但如果需要,生產(chǎn)可以外包。斯旺已表示,英特爾仍計(jì)劃對(duì)自己的工廠和未來(lái)的尖端晶體管技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模投資。
作為轉(zhuǎn)向更多外包策略的一部分,英特爾正在對(duì)一些芯片采用所謂的「分解」,即使用不同地方的制造工藝來(lái)制造一塊芯片的過程。英特爾可能會(huì)開始時(shí)在一家內(nèi)部工廠生產(chǎn)一款芯片,然后轉(zhuǎn)由另一家工廠生產(chǎn),或者可能在英特爾工廠開始生產(chǎn)一款芯片,然后運(yùn)到外部制造商那里,加上那些不由英特爾生產(chǎn)的部分。公司表示,他們正在開始有限度地使用這種類型的混合制造法,所制造的芯片包括一款即將面世的圖形處理芯片。
「當(dāng)你采用這種分解設(shè)計(jì)或模塊化設(shè)計(jì)方案時(shí),」英特爾的謝諾伊說(shuō),「我們可以就各種不同款式的芯片,選擇不同的晶圓代工?!?/p>
斯旺在10月的分析師電話會(huì)議上表示,英特爾將在明年初決定如何制造2023年和2024年的芯片。
英特爾首席芯片架構(gòu)師拉賈·科杜里(Raja Koduri)在8月的一次線上演示時(shí)表示,如果英特爾早點(diǎn)接受新的設(shè)計(jì)方法,就可以避免10納米芯片的問題。他在8月的時(shí)候告訴《華爾街日?qǐng)?bào)》(The Wall Street Journal)記者,現(xiàn)在要等到2022年末或2023年,這種靈活性設(shè)計(jì)才會(huì)被廣泛使用于多款芯片。
前英特爾工程師弗朗索瓦·皮德諾埃爾(Fran?oisPiedno?l)在英特爾工作了20年后于2017年離職。他說(shuō),外包會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)檫@涉及到芯片設(shè)計(jì)過程中的變化,從而會(huì)犧牲性能。作為英特爾的股東,皮德諾埃爾正在努力讓公司董事會(huì)吸收更多芯片設(shè)計(jì)方面的專業(yè)人才作為董事。目前的董事會(huì)只有一名半導(dǎo)體專家,盡管確實(shí)包括了那些目前或以前的雇主是主要半導(dǎo)體消費(fèi)群體的董事。
皮德諾埃爾8月和9月都發(fā)布了YouTube影片表達(dá)了自己的不滿,提出對(duì)英特爾芯片設(shè)計(jì)選擇的懷疑,并批評(píng)了公司的企業(yè)文化。他說(shuō),已故公司首席執(zhí)行官安迪·格羅夫(Andy Grove)確立的公司文化是要善于作戰(zhàn)且要有協(xié)作精神,但現(xiàn)在的文化已經(jīng)偏離了這種精神。
謝諾伊表示,英特爾仍然認(rèn)為,擁有芯片工廠比起那些必須要依靠其他工廠的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來(lái)說(shuō)更具優(yōu)勢(shì)。「在美國(guó)擁有先進(jìn)技術(shù)制造,」他說(shuō),「是一項(xiàng)非常重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),我們不會(huì)喪失這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的?!?/p>