英特尔公司规划集团的高级副总裁Stuart Pann发表了一篇有趣的“观点”文章,题为“扩大英特尔的代工合作伙伴:IDM 2.0的一个关键部分8月。“IDM 2.0”是英特尔使用的术语,用于描述除英特尔自主开发的工艺技术外,它还使用了其他代工厂的工艺技术。术语“IDM”意为“集成设备制造商”,指的是自行制造硅模具的芯片制造商。
Pann在他的文章中写道:
“有人问我:为什么我们使用代工厂生产产品,而不是我们的内部工厂网络,我们是如何做出这个决定的?”
然后他回答了这个问题:
“英特尔几十年来一直在使用外部代工厂。事实上,英特尔目前有20%的产品是在外部代工厂生产的,而我们是台积电的主要客户之一。从历史上看,我们与代工厂合作生产Wi-Fi模块和芯片组等组件,或特定的产品线,如以太网控制器。这些产品使用主流工艺节点来补充我们的内部领先技术。”
这是部分答案,我们先从这部分开始。我认为这个答案是英特尔前首席执行官鲍勃·斯旺去年可以也应该给出的,当时他宣布英特尔的7nm工艺(现在更名为“英特尔4”)将推迟一年,英特尔可能正在考虑其他代工厂的制造帮助。当时,斯旺说:
“我们将继续投资于我们未来的工艺技术路线图,但我们将务实和客观地部署工艺技术,为客户提供最大的可预测性和性能,无论是我们的工艺,外部代工工艺,还是两者的结合。”
我认为帕特·盖尔辛格成为首席执行官的原因之一是因为斯旺没有很好地公开传达这一现实,这对英特尔造成了不利影响(因此也影响了英特尔的股价)。当然,这不是唯一的原因;7纳米工艺延迟一年和相对于竞争对手的财务表现是两个更大的原因,但这肯定是原因之一。
当英特尔的产品结构主要由微处理器、微处理器和更多的微处理器组成时,该公司只需要一种工艺技术:当时最快、最密集的技术。然而,英特尔已经通过收购Altera(在同一笔交易中收购电源模块制造商Enpirion)、Barefoot Networks、Mobileye和哈瓦那实验室等不同的芯片公司,进入了多个相邻的市场。当它收购这些公司及其产品时,它也收购了它们与芯片供应商的现有关系。
将这些获得的芯片设计迁移到英特尔内部工艺节点上毫无意义。为不同的技术重新设计芯片需要大量的时间和资源。这些资源最好花在新产品和新一代产品上。
Stuart Pann最初的解释在他8月19日的文章中是正确的,但这只是部分解释。转向外部晶圆代工厂还有另一个强有力的原因,这个原因是基于英特尔和其他芯片制造商试图利用摩尔定律并尽可能保持它的活力。原因在于,制造多芯片模块(而非单片ic)的步伐正在加快。摩尔定律描述了缩小工艺技术的经济效益,在一个硅晶片上放置指数级增长的晶体管。
在最初的50年里,除了一些显著的例外,单芯片集成电路基本上是制造芯片的唯一方式。例如,Mostek在1979年生产了名为MK4332的32kbit DRAM。它将两个MK4116 16kbit DRAM芯片组合在一个多芯片封装中。MK4332 DRAM的陶瓷封装作为两个单独封装的MK4116器件的基板。
进入到更现代的时代,Xilinx在2011年发布了Virtex-7 2000T FPGA。它将四个FPGA贴片连接到一个硅中间体上,在一个具有近2M逻辑单元的封装中创建一个大型FPGA。
有时,在一个封装中放置多个芯片是实现封装设备目标的唯一方法。对于Mostek MK4332 DRAM和Xilinx Virtex-7 2000T FPGA来说,没有多个diesdie就无法实现的目标是所需的容量。当时的工艺技术无法胜任这项任务。所以这些早期的多芯片设备代表了一种跨越工艺技术曲线的方式。这基本上为摩尔定律提供了一种方法。
英特尔的庞特维奇奥GPU,基于英特尔相对较新的Xe图形架构,是多芯片封装的一个极端例子。庞特维奇奥封装将47个有源“瓦片”(英特尔对“芯片”的称呼)结合在一个封装中,使用3D和2.5D组装技术,由多个供应商的5个不同半导体工艺节点制造,生产出超过1000亿个晶体管的产品。
当然,英特尔正在使用多芯片封装来实现目前单片工艺技术无法实现的晶体管数量。然而,这只是Ponte Vecchio使用多个流程节点的原因之一。
英特尔的庞特维奇奥GPU在一个包中结合了47个用五种不同工艺技术制造的活动“瓦片”(模具)。
并非所有用于制造庞特维奇奥瓷砖的工艺节点都是英特尔工艺节点。正如Stuart Pann在他的观点文章中所写的那样(我强调的是黑体字):
“作为英特尔首席执行官Pat Gelsinger在3月份宣布的IDM 2.0战略的一部分,我们正在发展这种集成设备制造商模式,以深化和扩大我们与领先晶圆代工厂的合作关系。这些Xe图形产品是我们发展的第一阶段的一部分第一次进入另一家铸造厂的高级节点.原因很简单:正如我们的设计人员为正确的工作负载使用正确的体系结构一样,我们也选择最适合该体系结构的节点。目前,这些代工节点是我们离散图形产品的正确选择。”
他还写道:
“接下来的发展是由我们的模块化架构方法驱动的,这允许我们在不同的工艺节点上混合和匹配单个硅片或瓦片,并通过英特尔的先进封装将它们连接起来。随着越来越多的半导体产品从芯片上的系统向封装上的系统技术过渡,英特尔在先进封装方面的领导地位将使我们能够利用这一趋势。这一点已经在Ponte Vecchio上得到了体现,我们将通过即将推出的面向客户端计算的Meteor Lake等大批量产品全心全意地拥抱这一趋势。正如我们所披露的,流星湖计算瓦将使用我们领先的英特尔4工艺技术制造,一些支持瓦将在台积电生产。”
我在这里真正想说的是,在多芯片封装技术的帮助下,今天的芯片设计正变得更像过去50年的电路板设计。在设计充满芯片的电路板时,我们不会假设每个集成电路都来自同一家制造商。我们希望为每个功能使用“最佳”芯片,基于一些允许我们为每个项目定义“最佳”的多维矩阵。您可以轻松地组合英特尔,高通或NXP微处理器或SoC;Xilinx或Lattice FPGA;三星或美光的SDRAM;以及来自三星、Kioxia、美光或SK海力士的闪存。事实上,您可能经常进行这种设计。不知何故,当IDM这样做时,它就成了新闻。
然而,这并不是什么新闻,因为根据定义,所有无晶圆厂芯片制造商都已经使用外部晶圆代工厂了。这不是新闻,因为芯片制造商几十年来一直在生产多芯片模块。这不是新闻,因为英特尔多年来一直在使用其他代工厂。
这是新闻,因为这是英特尔第一次宣布它将使用先进的对于许多英特尔观察人士来说,这一披露似乎越过了某种神秘的界限。但这难道不是英特尔做出的一个合理、合乎逻辑的决定吗?通过“维奇奥桥”,英特尔只是走了一条直接从行业的过去走向未来的道路。
最后,你可能会问“下一步是什么?”英特尔是否会做出一些疯狂的举动,比如使用其他非x86 CPU架构?”
快讯:英特尔已经在其芯片中使用了非x86 cpu。
英特尔fpga(以前的Altera fpga)已经集成Arm CPU架构很多年了。英特尔最近发布的芯片上的Mount Evans IPU(基础设施处理单元)也包含Arm CPU内核;英特尔(Intel)的Mobileye在其产品中使用了MIPS CPU内核。最后,SiFive在今年早些时候宣布英特尔已经授权了SiFive的RISC-V CPU产品组合。为了保持其半导体供应商的领先地位,英特尔需要采用任何允许其竞争的技术、流程或商业实践。