聊聊英特尔10纳米节点：过去、现在与未来(3)

很明显，英特尔早在2015年——也就是发布相关公告之前——就已经非常清楚10纳米制程工艺的问题。在意识到风险之后，该公司需要保证自己生产的CPU能够同时满足成本、性能与上市时间等要求。如果不行，那么上市时间肯定是首选妥协目标，哪怕导致英特尔在接下来的几年中一直无法使用其最新、最先进的制程工艺。为此，英特尔公司于2016年初宣布将引入新的制程工艺与微架构发展策略，转而使用“制程架构优化（PAO）”模式，借此全面取代已经推进了10年的传统Tick-Tock模式。在新的模式下，微架构设计成果的使用周期更长，英特尔则在此期间不断对制程工艺及产品设计做出改进。

Brookwood指出，“Tick-Tock模式主要是一种风险缓解策略。这项原则要求通过已知的微架构调试新制程，再以经过实践验证的制程为基础建立新的微架构。这就使英特尔能够以稳定可期的每年一次方式，推出经过升级的改进版产品。”

一位前英特尔员工表示，“我认为Tick-Tock原则的诞生，源自英特尔希望在营销层面建立起更加可靠可期的商业声誉。在管理层看来，这样的升级节奏似乎能够一直持续下去，当时很多人也不假思索地相信了这一点。但他们忘记了，芯片设计本身就是一项工程学的奇迹，而奇迹不可能总是稳定延续。”

新的PAO原则开始把关注重点放在新的角度身上：保证英特尔及时推出具有竞争力的产品，并保证这些产品拥有财务可行性。从2016年开始，英特尔一直对自家制程技术进行迭代式改进（英特尔将其称为节点内改进），而不再强调边界分明的节点间代际更替。这乍一看似乎非常合理，但最终结果似乎并不完美，也让英特尔在市场竞争当中逐渐陷入被动。

Brookwood提到，“Tick-Tock在过去十年中一直稳定可靠，但转折点出现在14纳米时期，并在10纳米阶段彻底崩溃。在另一方面，台积电则一直保持着每两年一次换代的节奏。改进空间有限，但可预测性更强。谁会想到现在AMD已经在产品线中全面引入了台积电的7纳米制程，而英特尔却仍在主打14纳米？”

英特尔的第一项14纳米级制程被称为14nm+技术，它的加持让英特尔代号为Kaby Lake的CPU在主频上较Skylake处理器提升了15%，且功耗保持不变。至于该擮的更高阶版本（即14nm++）将栅极间距增加为84纳米（大于初代14纳米制程中的70纳米间距），驱动电流提升约24%，使其功耗降低约50%。英特尔的14nm++制程技术被用于制造代号为Coffee Lake与Comet Lake的两大处理器系列，专门面向高端游戏台式机与笔记本电脑市场。展望未来，英特尔还将继续迭代式改进其制程工艺，因此相信我们会逐步迎来10nm+/10nm++以及7nm+/7nm++等新技术。

与此同时，英特尔公司CEO则希望芯片巨头能够重新回归每2到2.5年完成一次主要节点轮换的节奏，但目前还很难判断这样的雄心能否真正实现。

英特尔公司一位发言人指出，“我们的目标是每年调整发展步调，借此支持我们的产品路线图。我们将通过节点缩小与节点内增强相结合的方式实现这项目标，保证在性能、功率与芯片尺寸方面找到理想的改进平衡点。”

当然，除了制程工艺的迭代开发之外，英特尔还需要解决其他一系列重大难题。以往，该公司的产品设计与制程工艺一直紧密挂钩，意味着只能使用特定制程工艺来实现特定的芯片设计方案。但如今，英特尔已经将产品设计与节约规划剥离开来，并表示将为即将推出的下一代CPU或GPU提供最具可行性的设计方向。这种方式，其实更类似于纯芯片设计厂商与代工合作伙伴之间的联动，只是都在同一家企业内进行，因此关系更为亲密。为了确保英特尔的芯片工程师们拥有在特定节点内实现设计生产的必要条件，英特尔方面去年聘请了GlobalFoundries公司前任CTO兼IBM公司前微电子业务负责人Gary Patton。Patton将主要负责监督制程设计套件（PDK）、IP与工具开发工作。

英特尔：10纳米并不是我们最好的节点

英特尔未来打算继续以迭代方法改进其制程工艺。芯片巨头目前表示计划在2020年与2021年分别推出其10纳米节点的两个增强版本——10nm+与10nm++。根据Mark Bohr（英特尔前高级奏鸣曲、制程架构与集成总监）在2017年展示的演示文稿，英特尔的10nm+技术有望将晶体管性能增强至超越10纳米水平，当然其超频潜力仍然不及14nm++——抱歉，很多游戏玩家可能要失望了。但需要强调的是，英特尔目前在10纳米技术层面遇到的最大问题，在于片上缺陷密度。相信10nm+将主要从这方面入手，帮助芯片巨头摆脱烦恼。

而在未来几个季度中，英特尔还打算逐步使用其10nm++技术——这项技术有望显著提高晶体管性能，帮助英特尔旗下的处理器家族更轻松地应对各类高主频需求类应用。当然，英特尔公司也承认其10纳米节点家族在盈利能力方面，还无法与之前的22纳米与14纳米节点相提并论。英特尔首席财务官George Davis在今年早些时候曾表示：
“10纳米并不是英特尔公司有史以来最好的节点。其生产率低于14纳米，也低于22纳米节点，但我们仍对目前取得的进展感到兴奋。我们预计，从2021年底开始，我们将正式迈入7纳米时代并拿出更强大的性能表现。”

展望未来，英特尔将陆续推出7纳米，甚至是7nm+/7nm++等制程技术。这些技术将高度依赖于极紫外线光刻（EUVL）技术，帮助英特尔解决由多图案模式带来的各类问题。但需要承认的是，迭代开发必然需要占用大量额外资源与更高的研发成本，而且随着芯片制程工艺总体开发成本的飙升，我们真的很难预估这里所说的“额外成本”到底有多高。另外，英特尔CFO还提醒称，各类制程工艺成本因素（包括研发、设备成本以及项目启动成本等）之间的相互重叠，也会进一步压低产品毛利率：

“我之前也说过，实际上10纳米制程工艺达不到人们对于14纳米或者7纳米的表现预期。为了重新在制程领域夺回领导地位，我们必须得加快从10纳米到7纳米的换代速度，而后再考虑如何从7纳米进一步推进至5纳米。这一切都将在成本层面有所体现，特别是从2021年开始，业界各参与方都将迎来从10纳米到7纳米的投资额度交叉点。另外，我们也开始对5纳米制程进行投资，这一切都将挤占英特尔芯片产品的毛利空间。”

英特尔还坦言，其10纳米制程技术在财务表现方面确实不及已经推出达七年之久的14纳米节点。但10纳米的命运并未最终决定，10nm+与10nm++等后续研发项目仍有望帮助这一代产品家族焕发生机。

一位熟悉半导体生产内情的消息人士表示，“周期在一到两年之间的制程节点往往利润最可观，因为其产量往往更高，而且足以摊薄晶圆代工厂中的制造设备成本。”

（编辑：ASP站长网）