【特別報(bào)道】英特爾芯片王朝崩盤，臺(tái)積電成為芯片一哥？

7月24日，英特爾(Intel)發(fā)布Q2財(cái)報(bào)，與營業(yè)額及凈利潤均同比超20%的漂亮相比，7nm制程工藝的一再跳票和推遲，則顯得格格不入。

由于7nm制程工藝中仍存在“缺陷”，導(dǎo)致了英特爾生產(chǎn)進(jìn)度落后于其內(nèi)部產(chǎn)品路線圖一年時(shí)間。此前英特爾原計(jì)劃采用7nm制程的芯片將在2021年底上市，現(xiàn)在看來，這一進(jìn)度將至少會(huì)推遲到2022年的年中。

英特爾7nm制程再一次放了市場(chǎng)的“大鴿子”。

兩天后，《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，英特爾考慮將其部分制造業(yè)務(wù)外包，使用其他企業(yè)的生產(chǎn)力，不必所有程序都親力親為。

本周一上午，中國臺(tái)灣《工商時(shí)報(bào)》稱，英特爾已與臺(tái)積電達(dá)成協(xié)議，明年將開始采用臺(tái)積電6nm制程量產(chǎn)18萬片處理器或繪圖芯片。受這一消息影響，臺(tái)積電股票在開盤后迅速拉升，到當(dāng)?shù)貢r(shí)間10點(diǎn)33分，已經(jīng)上漲超過9%。

臺(tái)積電一向不評(píng)論單一客戶接單及業(yè)務(wù)發(fā)展，英特爾亦表示不評(píng)論該市場(chǎng)傳言。但是，這并不能阻礙市場(chǎng)的熱情。

一路“奔騰”的江湖地位

1993年3月22日，英特爾正式對(duì)外發(fā)布了奔騰(Pentium)處理器，這是英特爾在品牌和命名上的第一次突破。這打破了此前英特爾發(fā)布的四代微處理器均以純數(shù)字如386/486命名的方式，開始真正地建立起屬于英特爾的芯片王朝，也是從這一年開始，英特爾成為全球最大的半導(dǎo)體公司，并持續(xù)近數(shù)十年。

從市值上看，英特爾只被三星短暫地超越過，就很快又重新回到了全球第一的寶座。雖然在今天，英特爾已經(jīng)被臺(tái)積電完全超越，在這場(chǎng)處理器制程的戰(zhàn)爭(zhēng)中，英特爾事實(shí)上已經(jīng)被臺(tái)積電斬于馬下。但在過去幾十年中的大部分時(shí)間內(nèi)，英特爾一直是全球最大的芯片制造商。

內(nèi)部代號(hào)為P5的第一代奔騰(第五代x86)微處理器，采用了管線化(Pipe-Lined)的循序(In-Order)超純量(Superscalar)技術(shù)，并以0.8um制程制造;接著推出的是P54，是把P5縮小到0.6um制程;P54之后接著是P54C，使用0.35um制程，這一制程工藝，是全球第一款采用純粹的CMOS (互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)的微處理器，相對(duì)于之前兩代奔騰處理器使用的Bipolar CMOS(雙極性晶體管和互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體)制程，P54C的集成程度更高、面積更小、晶體管數(shù)量更多，而且主頻更高，意味著其性能更為強(qiáng)大。

初代奔騰系列微處理器

在P54C上，英特爾規(guī)劃了筆記本專用版，至此，英特爾初步在“奔騰”上，完成了臺(tái)式機(jī)及筆記本的全面覆蓋布局，在90年代初期，依靠這一戰(zhàn)略規(guī)劃，一舉奠定了英特爾的江湖地位。

那么，為什么采用0.8um制程、CMOS技術(shù)的P5內(nèi)核，衍生的處理器成為當(dāng)時(shí)最為優(yōu)異的微處理器呢，并為英特爾的江山立下汗馬功勞，這我們就要回到“摩爾定律(Moore’s Law)”下的制程之爭(zhēng)。

制程戰(zhàn)爭(zhēng)推上桌面

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是誕生于美國的原創(chuàng)性技術(shù)，以IBM在1958年12月推出并量產(chǎn)的全晶體管式 RCA 501 微型計(jì)算機(jī)為代表，美國獨(dú)家掌握全球最領(lǐng)先的半導(dǎo)體工藝與知識(shí)產(chǎn)權(quán)長達(dá)六十年之久，產(chǎn)業(yè)鏈上下游都遵循 IBM(及其盟友)的研發(fā)節(jié)奏，推出新制程、新工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品，如微處理器等。

1965年4月19日，仙童半導(dǎo)體創(chuàng)始人之一、工程師摩爾在《電子學(xué)》雜志(Electronics Magazine)發(fā)表了題為《讓集成電路填滿更多的組件》的論文，在文中，摩爾預(yù)測(cè)：半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍。

1968年7月16日，摩爾從仙童半導(dǎo)體辭職，以集成電子 (Integrated Electronics)之名，創(chuàng)建英特爾。三年后，推出了第一款名為i4004的產(chǎn)品，這顆處理器的問世，成為了推動(dòng)“摩爾定律”前進(jìn)的開端，即便他僅僅集成了2250個(gè)晶體管，采用的是4位、10um制程、每秒僅可處理92000條指令。雖然其頻率只有108kHz，但是i4004的出現(xiàn)，代表了英特爾在產(chǎn)品技術(shù)上踐行創(chuàng)始人摩爾對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)的步伐。

另一方面，英特爾在i4004的設(shè)計(jì)上，將集成電路劃分為RAM、ROM和CPU。i4004微處理器成為了全球第一顆真正意義的CPU，也就是說，他能用于通用計(jì)算機(jī)。同時(shí)，以RAM/ROM為代表的儲(chǔ)存器芯片，也成為了英特爾的另一塊重要業(yè)務(wù)，英特爾將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，分成了儲(chǔ)存器與處理器。

另一個(gè)半導(dǎo)體巨頭TI(Texas Instruments，德州儀器)在1970年3月推出了第一個(gè)單芯片上完整的4位 ALU(算術(shù)邏輯單元) —— SN74181集成電路，這是TI在芯片上制造計(jì)算機(jī)的第一步。1971年7月，TI推出 TMS-0100微控制器，這是世界上第一個(gè)MCU(單芯片微控制器)。這種芯片確實(shí)是一種“芯片上的計(jì)算機(jī)”，因?yàn)樗谝粔K硅上包含了計(jì)算機(jī)的所有功能。

不過，他們接下來的項(xiàng)目，和英特爾一樣，走向了微處理器的研發(fā)。在i4004樣品面世的三個(gè)月后，TI也推出了一款叫TMX 1795的微處理器，這是全球第一款8位的處理器，當(dāng)他們將樣品交到客戶CTC(后改名為Datapoint)手上，以滿足他們需要針對(duì)設(shè)想的產(chǎn)品——可編程桌面終端來開發(fā)的8位 MOS 芯片，最終，TMX 1795被拒絕，TI隨后放棄了這顆微處理器，也就是說，TMX 1795從來沒有進(jìn)行過商業(yè)銷售，TI眼睜睜的將一個(gè)引領(lǐng)世界的機(jī)會(huì)，拱手讓給了英特爾。

同年11月，創(chuàng)造歷史的i4004正式銷售，半年后，英特爾的第一顆8位微處理器i8008推出，不過，i8008還是10um，但是集成的晶體管上升到了3500個(gè)，最高頻率提升到800kHz。

1975年12月，摩爾在IEEE國際電子組件大會(huì)上，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況對(duì)摩爾定律進(jìn)行了修正，把“每年增加一倍”改為“每?jī)赡暝黾右槐丁保髞恚柖筛鼮樽屓耸熘模恰懊渴藗€(gè)月增加一倍”的說法。但1997年9月，摩爾在接受一次采訪時(shí)表示，他從來沒有說過“每18個(gè)月增加一倍”，而且SEMATECH路線圖跟隨24個(gè)月的周期。

也就是說，摩爾定律的定義歸納起來，主要有以下三各方面：

一、集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便增加一倍;

二、微處理器的性能每隔18個(gè)月提高一倍，或價(jià)格下降一半;

三、相同價(jià)格所買的電腦，性能每隔18個(gè)月增加一倍。

由于晶體管的排列擺放可以近似于放在正方形之上，要使這個(gè)正方形面積縮小一半，晶體管的集成密度要成倍增長，就一定需要考慮到晶體管尺寸和面積的關(guān)系，而密度和面積是呈倒數(shù)的，晶體管尺寸變?yōu)?/sqrt(2)=1/1.414(根號(hào)二分之一)，這樣計(jì)算面積平方相乘正好就是二分之一的面積，而根號(hào)二分之一≈0.7，≈0.7便成了“摩爾定律”中的一個(gè)比較神奇的數(shù)字。根據(jù)摩爾定律，制程節(jié)點(diǎn)將以≈0.7倍遞減逼近物理極限，從0.8 μ m、0.5 μ m、0.35 μ m、0.25 μ m、0 .18 μ m、0.13 μ m、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm、7nm，一直發(fā)展到未來的5nm、3nm都是如此。在正常演進(jìn)節(jié)點(diǎn)中間，還出現(xiàn)一些最為常用的半節(jié)點(diǎn)制程，如28nm、20nm、14nm。

事實(shí)上從0.13um制程演進(jìn)到90nm制程節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了一些針對(duì)制程節(jié)點(diǎn)定義的爭(zhēng)議。在此之前特征尺寸基本上對(duì)應(yīng)制程進(jìn)展的物理長度，自65nm開始各廠商節(jié)點(diǎn)名稱的定義越來越模糊，已不能完全對(duì)應(yīng)器件的物理尺寸。

我們可以這么理解：摩爾定律的核心，是處理器的制程、集成度和價(jià)格。

i8008發(fā)布后兩年，i8080發(fā)布，這顆采用6um制程的微處理器，和上代相比，進(jìn)步了約10um的0.7倍。

之后的i8085、i80186、i80286、i80386，基本上都遵循了這個(gè)定律。

奔騰的出現(xiàn)，將制程戰(zhàn)爭(zhēng)，真正的推到了桌面，而他最初的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，除了TI和IBM外，便是1987年成立的臺(tái)積電。可以說，臺(tái)積電與英特爾制程之戰(zhàn)，從臺(tái)積電的成立，就已經(jīng)開始，這是IDM廠商與晶圓代工廠兩種形態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)。

“碾壓”中成長的臺(tái)積電與“群山計(jì)劃”

1987年，《美日半導(dǎo)體協(xié)定》生效一年，美國對(duì)日本電子產(chǎn)品如電腦征收100%關(guān)稅，美日貿(mào)易戰(zhàn)打到頂峰。為承接美國主導(dǎo)下的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工轉(zhuǎn)移，臺(tái)積電在中國臺(tái)灣工研院的投資下成立，除中國臺(tái)灣工研院之外，各大半導(dǎo)體巨頭中，只有飛利浦(Philips)一家向臺(tái)積電投資。

之后，借助中國臺(tái)灣工研院投資1000萬美元的“RCA計(jì)劃(美國無線電公司(RCA)技術(shù)移轉(zhuǎn)授權(quán)計(jì)劃)”引入的技術(shù)、飛利浦的資金與臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀的個(gè)人資源，臺(tái)積電用了一年的時(shí)間，從美國、日本及歐洲，買來了設(shè)備，搭建了產(chǎn)線。

飛利浦的半導(dǎo)體部門，自然而然成為了臺(tái)積電最先的客戶。

后來，飛利浦半導(dǎo)體部門剝離出來，獨(dú)立成了兩家巨頭，一家就是專供光刻機(jī)設(shè)備的ASML，另一家就是NXP (NXP Semiconductors，恩智浦)。

但飛利浦的訂單，怎么能滿足臺(tái)積電的產(chǎn)能呢?雖然“晶圓代工廠”模式在當(dāng)時(shí)的日本和美國都有公司在做，但是這些公司并沒有專門只做代工，而是將代工作為業(yè)務(wù)板塊之一，并沒有特別重視。包括臺(tái)積電一直的代工競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手聯(lián)電，也是在1995年前后才轉(zhuǎn)型為“晶圓代工廠”。

轉(zhuǎn)機(jī)，來自于美國當(dāng)時(shí)“扶臺(tái)抑日”的政策，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游的設(shè)計(jì)、設(shè)備、原料無法與日本、美國競(jìng)爭(zhēng)的情況下，臺(tái)積電選擇了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈末端的制造。而美國所給予的支持，初期主要便是由英特爾提供，只不過英特爾沒有想到的是，自己在30年后，會(huì)被臺(tái)積電在制程上超越。

產(chǎn)線建立后的臺(tái)積電，制程只有3um和 2.5um兩種生產(chǎn)工藝，全年產(chǎn)能不到 7000 片、6吋晶圓，良率也不高，基本接不到大公司的晶圓訂單，整個(gè)臺(tái)積電在以虧損的狀態(tài)運(yùn)行。

1988年，年輕的格魯夫接替摩爾成為了英特爾的CEO，張忠謀憑借與格魯夫的私交，將格魯夫邀請(qǐng)到了臺(tái)積電，想讓英特爾救救虧損中的臺(tái)積電。

此時(shí)的英特爾，正在進(jìn)行斷臂求生的自救。在東芝(Toshiba)、尼康(Nikon)、日立(HITACHI)等日本半導(dǎo)體公司的競(jìng)爭(zhēng)下，格魯夫?qū)τ⑻貭栠M(jìn)行了大手術(shù)，砍掉了儲(chǔ)存器業(yè)務(wù)，向電腦處理器(CPU)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，集中力量“要做地表最強(qiáng)CPU”。

格魯夫在參觀完臺(tái)積電工廠后，發(fā)現(xiàn)臺(tái)積電的制程工藝比當(dāng)時(shí)英特爾的落后兩代半，但格魯夫最終還是決定將一部分落后制程的生產(chǎn)任務(wù)給了臺(tái)積電，前提是要通過英特爾的認(rèn)證。

格魯夫是個(gè)真正的朋友，英特爾是個(gè)嚴(yán)格的師傅，他們給臺(tái)積電制定了魔鬼檢測(cè)。在當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體制程工藝還僅有二百多道環(huán)節(jié)的情況下，格魯夫要求英特爾的工程師們至少要在臺(tái)積電的產(chǎn)線上，找出二百個(gè)問題。對(duì)于這種命令，英特爾的工程師們對(duì)每道工序要帶著“放大鏡”一個(gè)細(xì)節(jié)一個(gè)細(xì)節(jié)的去摳，而臺(tái)積電的工程師們，則面臨著前一個(gè)問題剛剛解決，下一個(gè)問題接踵而至。

最終，臺(tái)積電通過了英特爾的生產(chǎn)認(rèn)證，這使得臺(tái)積電終于獲得了主流廠商的認(rèn)可。不過，此后的十余年中，臺(tái)積電依舊是在英特爾主導(dǎo)的技術(shù)進(jìn)程下生存。

1990年，臺(tái)積電突破6吋、1um制程，而英特爾的0.8um，在1985年的i80386上已經(jīng)量產(chǎn)。

1993年，對(duì)于臺(tái)積電來說，是個(gè)制程急劇進(jìn)步的一年，這一年，在英特爾的幫助下，臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)了0.8um制程的量產(chǎn)，并逐步解決了0.6um的一些問題，突破了0.6um的重要技術(shù)，依附于英特爾技術(shù)支持的臺(tái)積電，不僅通過了英特爾關(guān)于ISO 9001的質(zhì)量體系認(rèn)證，依靠張忠謀的資源，獲得了TI的訂單。

1991年成立的博通(Broadcom)和1993年成立的英偉達(dá)(NVIDIA)，成為了第一代無廠半導(dǎo)體公司的代表，他們借助臺(tái)積電的工廠，開始生產(chǎn)不同于英特爾CPU的產(chǎn)品，并迅速成長為行業(yè)巨頭。1994年，臺(tái)積電獲得了剛剛在美股上市的ST(ST Microelectronics，意法半導(dǎo)體)的訂單，也是從這個(gè)時(shí)候開始，臺(tái)積電真正的成為無廠半導(dǎo)體公司們的“虛擬工廠”。

這一時(shí)期，無論是臺(tái)積電，還是三星，其發(fā)展的制程工藝技術(shù)，都是委身和依附于以IBM/英特爾為代表的美國公司之下，他們一方面要依靠美國公司的技術(shù)支持，另一方面，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)合并浪潮和2000年互聯(lián)網(wǎng)泡沫之前，半導(dǎo)體公司大多還在堅(jiān)持IDM模式來進(jìn)行發(fā)展，臺(tái)積電的制程，一定程度上會(huì)落后于IBM/英特爾，畢竟最新的技術(shù)，肯定是要自己優(yōu)先使用。

1995年11月1日，奔騰Pro發(fā)布，與奔騰Pro前后發(fā)布的Windows95，與之構(gòu)建了Win-Tel軟硬件聯(lián)盟，成為了個(gè)人電腦時(shí)代，最為強(qiáng)大的壁壘。

1997年1月8日，奔騰MMX發(fā)布，這顆處理器，成為了奔騰I的絕唱，也是英特爾新制程的試驗(yàn)品，他同時(shí)采用了0.6um與0.35um制程，最高頻率也飆升到了200MHz，集成的晶體管數(shù)量，達(dá)到了450萬個(gè)。

1997年5月7日，英特爾推出基于全新核心架構(gòu)“Klamath”的奔騰II，奔騰II的發(fā)布，延續(xù)了英特爾在制程上的持續(xù)領(lǐng)先，全系0.35um制程，并開始導(dǎo)入0.23um制程。

1998年是英特爾全面開花的一年。

首先，英特爾在1月19日發(fā)布了基于“Deschutes”核心架構(gòu)的奔騰II，啟用新系列命名，是為了完全的與上一年采用0.35um制程的“Klamath”區(qū)分開來，這一系列，全部采用0.25um制程，在131mm 的面積上，集成了750萬個(gè)晶體管。

其次，在6月29日，英特爾推出了全新的至強(qiáng)(Xeon)品牌，以替代之前的奔騰Pro，其目的是用于服務(wù)站，至強(qiáng)的推出，是英特爾進(jìn)入專業(yè)服務(wù)器處理器的前奏，在之后的日子里，至強(qiáng)進(jìn)過數(shù)代的迭代，成為了使用最為廣泛的服務(wù)器處理器。直到今天，在全球主要的超級(jí)計(jì)算機(jī)中，除了中國的之外，幾乎都采用了至強(qiáng)的處理器。

8月15日，英特爾推出全新的、面向低端用戶的處理器品牌賽揚(yáng)(Celeron)，至此，英特爾圍繞處理器，搭建了覆蓋低端市場(chǎng)、中高端市場(chǎng)、服務(wù)器市場(chǎng)的產(chǎn)品布局，借助這一布局，英特爾進(jìn)一步擴(kuò)大了自己的優(yōu)勢(shì)。

隨著Windows 98的發(fā)布，Win-Tel聯(lián)盟的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，而英特爾在制程上對(duì)臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)，隨著個(gè)人電腦的普及，形成了全面的碾壓。

受到碾壓的，除了臺(tái)積電，還有臺(tái)積電的兄弟們，比如英偉達(dá)。在這一年的3月，英偉達(dá)與臺(tái)積電達(dá)成全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，英偉達(dá)將所有的圖形加速顯示適配器交給臺(tái)積電生產(chǎn)，這一局面，直到2003年英偉達(dá)以IBM簽訂長期代工合約，才被打破。

這一年，臺(tái)積電終于實(shí)現(xiàn)了0.25um的量產(chǎn)，并將之用到英偉達(dá)推出的全新顯卡RIVA TNT上。

為了擴(kuò)大對(duì)晶圓代工廠的優(yōu)勢(shì)，和縮小與IDM(尤其是與IBM及英特爾)的差距，臺(tái)積電在1998年開始實(shí)施醞釀了長達(dá)五年時(shí)間、名為“群山計(jì)劃”的戰(zhàn)略：

臺(tái)積電給5家使用先進(jìn)制程的IDM廠商制定專屬的技術(shù)支撐計(jì)劃，來適應(yīng)每家企業(yè)不同需求。

這一戰(zhàn)略實(shí)施的本質(zhì)就是“先做技術(shù)服務(wù)、輔助技術(shù)升級(jí)、更新設(shè)備產(chǎn)能，然后獲取訂單”。這五家IDM廠商包含了TI、ST、摩托羅拉、NXP等，都是當(dāng)時(shí)并延續(xù)到現(xiàn)在的半導(dǎo)體巨頭公司。臺(tái)積電通過與他們的合作，打磨技術(shù)、降低成本、提高良率，讓自己成為IDM廠商的備用生產(chǎn)車間。而對(duì)于無廠半導(dǎo)體公司來說，臺(tái)積電本身就是他們的“虛擬工廠”。

這一戰(zhàn)略從1998年開始實(shí)施后，成為了后期臺(tái)積電獨(dú)立體系的基礎(chǔ)。

1999年2月26日，英特爾發(fā)布奔騰III系列處理器，在最初的四款產(chǎn)品中，英特爾保守的選擇了0.25um制程。從奔騰III 500E開始，英特爾導(dǎo)入了0.18um制程。

同一時(shí)期，臺(tái)積電量產(chǎn)0.18um，這一制程最先用在了英偉達(dá)8月推出的GeForce 256，這是全球第一款真正意義上的GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器)。

0.18um制程的量產(chǎn)，是臺(tái)積電第一次與IDM廠商在制程數(shù)字上實(shí)現(xiàn)同步，不過其產(chǎn)能和良品率一直受到影響。而且，其技術(shù)仍舊是來自于IBM/英特爾主導(dǎo)的技術(shù)聯(lián)盟，從一定程度上來說，現(xiàn)階段的臺(tái)積電依舊是作為IDM廠商技術(shù)的延伸，還不足以成為自身“制程之戰(zhàn)”的武器。

不過，這一情況很快會(huì)被改變，因?yàn)椋_(tái)積電打造的武器，正在形成。

英特爾不疾不徐，臺(tái)積電加速

1997年，IBM率先切入0.13um制程的研發(fā)，隨后，英特爾、TI也選擇進(jìn)入新制程的競(jìng)爭(zhēng)中去，如何在新制程的研發(fā)中獲得先機(jī)，成為了擺在臺(tái)積電面前最大的挑戰(zhàn)。

此時(shí)，被半導(dǎo)體業(yè)昵稱“蔣爸”的蔣尚義入職臺(tái)積電，這位半導(dǎo)體技術(shù)大牛，成為了臺(tái)積電0.13um突破的最重要的領(lǐng)導(dǎo)者。

1998年時(shí)，張忠謀表示：

“摩爾定律在過去30年相當(dāng)有效，未來10到15年應(yīng)依然適用。”

2000年，IBM率先將0.13um銅制程推向市場(chǎng)，IBM找到臺(tái)積電，試圖將該技術(shù)賣給臺(tái)積電，使臺(tái)積電繼續(xù)成為自己技術(shù)聯(lián)盟中的一員，繼續(xù)依附于自己的技術(shù)體系之中。

在通過一段時(shí)間的溝通后，臺(tái)積電以IBM的0.13um制程不成熟而婉拒，轉(zhuǎn)而進(jìn)行自主研發(fā)0.13um制程。

0.13um制程之所以重要，是因?yàn)檫@一制程是第一個(gè)溝道長度小于用于光刻的波長的制程，而且也是摩爾定律演進(jìn)的重要的跨度制程，從大于光刻光波長到小余光刻光波長。

恰恰在這個(gè)時(shí)候，互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂，無數(shù)互聯(lián)網(wǎng)公司破產(chǎn)倒閉。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也受到極大的波及，臺(tái)積電營收在這一年首次出現(xiàn)了下滑。不過，臺(tái)積電的“群山計(jì)劃”開始取得成效，此時(shí)的IDM廠商，搭建一條12吋、0.13um的產(chǎn)線需要25~30億美元，處在危機(jī)之中的IDM廠商們，切實(shí)感受到自建廠房的壓力，張忠謀的“群山計(jì)劃”，在幾年的持續(xù)操作下，得到了收獲，臺(tái)積電開始收獲IDM廠商的訂單。

另一方面，臺(tái)積電將3D晶體管技術(shù)(FinFET(Fin Field-Effect Transistor，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和FD-SOI(Fully Depleted Silicon-on-Insular，全耗盡型絕緣上覆矽))的主要發(fā)明人胡正明聘任為CTO。這項(xiàng)技術(shù)，簡(jiǎn)單說來就是把晶體管排布方式從原來的平鋪改為立體堆棧，使得單位面積內(nèi)能容納的晶體管數(shù)量更高。

蔣尚義帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，依靠胡正明的帶來的技術(shù)，迅速找到了0.13um制程的突破口。同時(shí)，以余振華為核心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在新制程的研發(fā)中，還引入了Low-K Dielectric(低介電質(zhì)絕緣)技術(shù)，全新的0.13um系統(tǒng)單芯片(System-on-a-Chip，SoC)銅/低介電系數(shù)(Cu/Low-K Dielectric)制程技術(shù)在臺(tái)積電誕生。

這一技術(shù)，成為了臺(tái)積電發(fā)展史上最為重要契機(jī)，他使得臺(tái)積電第一次以IDM廠商在制程上并駕齊驅(qū)，而且重新將晶圓制造技術(shù)，定義為IBM/英特爾體系與臺(tái)積電體系。

已升任臺(tái)積電COO的蔣尚義力排眾議，決定跳過0.15um制程，直接量產(chǎn)0.13um制程。

此后，在胡正明任CTO的三年多時(shí)間里，臺(tái)積電形成了以胡正明為主導(dǎo)、蔣尚義為核心、余振華為執(zhí)行人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，他們加速消化胡正明帶來的新技術(shù)，并不斷的在實(shí)驗(yàn)室和量產(chǎn)過程中進(jìn)行嘗試，以尋找更新的制程。

在摩爾定律的推動(dòng)下，處理器在經(jīng)歷了0.18um制程后，在2001年直接進(jìn)入了0.13um制程時(shí)代。公開數(shù)據(jù)顯示，與0.18um制程相比，0.13um制程的氧化層可減少30%以上，工作電壓可達(dá)到更低，芯片面積更小，每塊芯片的成本變得更低，處理器/顯示芯片的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入到最為激烈的時(shí)候。0.13um取代0.18um成為大勢(shì)所趨，而銅/低介電系數(shù)技術(shù)的引入，成為了芯片制造界歷史上一次重大的變革。

與臺(tái)積電取得的成就相比，英特爾的步驟，依舊走得不疾不徐。依靠前三代奔騰系列的熱賣，和賽揚(yáng)、至強(qiáng)的布局，以及好基友微軟的給力，英特爾世界第一的位置，根本無法撼動(dòng)，即使在臺(tái)積電0.13um取得長足進(jìn)步的時(shí)候，英特爾依舊按照自己的節(jié)奏，更新著奔騰系列。

奔騰IV系列，這顆英特爾歷史上，生命周期最長、產(chǎn)品序列最多、銷量最大的處理器誕生，自2000年11月20日推出，2001年1月3日發(fā)售，到2006年1月16日最后一個(gè)產(chǎn)品序列Pentium 4 HT 661推出并停止更新。

奔騰IV前后延續(xù)了至少5年，發(fā)布了至少110顆不同型號(hào)的處理器，其制程橫跨了0.18um到65nm。既是英特爾在PC市場(chǎng)攻城拔寨的利器，也是英特爾在制程戰(zhàn)爭(zhēng)中持續(xù)領(lǐng)先的砝碼，同時(shí)也是英特爾新制程的試驗(yàn)田。奔騰IV系列，是英特爾處理器發(fā)展史上的重要一環(huán)，是英特爾承上啟下快速發(fā)展的中堅(jiān)力量。

與Pentium 4 HT 661在2006年1月16日一同出現(xiàn)在發(fā)布會(huì)上的，是英特爾全新架構(gòu)的全新品牌：酷睿(Core)，這個(gè)品牌名，本身就是“核心”的意思。

帶著65nm制程到來的酷睿，拉開了小余波長光制程新的戰(zhàn)爭(zhēng)。

2000年與蔣尚義同時(shí)來到臺(tái)積電的，還有一位真正的科學(xué)家，林本堅(jiān)。

2002年全球芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展瓶頸期，摩爾定律也因此止步不前，如何從65nm制程，跨入到45nm，成為了阻擋在所有半導(dǎo)體廠商門口的攔路虎。

這一年7月，受比利時(shí)微電子中心(IMEC)負(fù)責(zé)人阿諾德(Bill Arnold)邀請(qǐng)，林本堅(jiān)出席在比利時(shí)布魯塞爾(Brussels)舉行的157nm微影技術(shù)的研討會(huì)，林本堅(jiān)在介紹“浸潤原理”的專題演講時(shí)，說了句“不得了，我找到了134nm波長的光波”，當(dāng)大家聽到134nm波長的時(shí)候，157nm技術(shù)研討會(huì)，讓林本堅(jiān)成為了主角。

此時(shí)的ASML依舊投入7億美元用來研發(fā)157nm光刻機(jī)，而英特爾的投入，超過了10億美元，加上尼康、佳能的投入，各大廠商在“卡殼”的157nm波長、45nm制程上，投入巨資仍不見成績(jī)。

林本堅(jiān)回到中國臺(tái)灣后，在張忠謀及蔣尚義的支持下，開始了“浸潤原理”商業(yè)化的研究。尼康第一家宣布加入193nm、通過浸潤原理，利用水1.44的折射率，實(shí)現(xiàn)193nm÷1.44≈134nm波長的“浸潤式光刻機(jī)(Immersion Lithography)項(xiàng)目”，隨后，ASML宣布放棄157nm的研發(fā)，也加入到193nm浸潤式光刻機(jī)的行列。

2004年12月，日本半導(dǎo)體展(SEMICON Japan)開幕，臺(tái)積電正式推出已順利使用浸潤式光刻機(jī)生產(chǎn)的90nm芯片、并通過了相關(guān)的功能驗(yàn)證。這臺(tái)浸潤式光刻機(jī)，便是臺(tái)積電與ASML聯(lián)合研發(fā)，由ASML生產(chǎn)的。

浸潤式光刻機(jī)技術(shù)的使用，是臺(tái)積電第一次在制程上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。如果說，張忠謀奠定了臺(tái)積電前二十年的基礎(chǔ)，那么，林本堅(jiān)的浸潤原理，則使臺(tái)積電在接下來的二十年中保持領(lǐng)先。

FinFET技術(shù)與193nm浸潤式光刻機(jī)在臺(tái)積電的技術(shù)組合，使得“摩爾定律”得以續(xù)命，也使得制程得以繼續(xù)推進(jìn)，“浸潤原理”得到了英特爾等半導(dǎo)體龍頭、設(shè)備商采用，并順利跨入了45nm制程節(jié)點(diǎn)，這一解決方案，也成為了國際半導(dǎo)體藍(lán)圖架構(gòu)成為主流。

在臺(tái)積電的官網(wǎng)上，這么介紹90nm制程：

“浸潤式曝光技術(shù)改寫了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的光刻機(jī)規(guī)格。此項(xiàng)創(chuàng)新不僅進(jìn)一步強(qiáng)化臺(tái)積公司的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位，更協(xié)助全球半導(dǎo)體業(yè)突破摩爾定律的挑戰(zhàn)，得以繼續(xù)推進(jìn)更先進(jìn)的制程技術(shù)。”

一飛沖天的“夜鷹”

之后的故事就簡(jiǎn)單多了。

臺(tái)積電在蔣尚義的主持下，在2005年實(shí)現(xiàn)了65nm制程的量產(chǎn)、2008年實(shí)現(xiàn)了45nm量產(chǎn)、2009年實(shí)現(xiàn)了40nm量產(chǎn)。

英特爾方面，也同樣不甘人后，并駕齊驅(qū)，臺(tái)積電的成就，并沒有掩蓋英特爾的光芒，英特爾世界第一的江湖地位，臺(tái)積電還不足以撼動(dòng)。

而與臺(tái)積電、英特爾同時(shí)期的，三星、聯(lián)電及格芯的差距，在這一時(shí)期并沒有拉開。

在2009年臺(tái)積電量產(chǎn)40nm制程的時(shí)候，英特爾的32nm已經(jīng)量產(chǎn)，在制程上，雖然使用的是同樣的技術(shù)，但是，英特爾無疑是領(lǐng)先臺(tái)積電一個(gè)代次的。

真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是16nm/14nm制程，2011年英特爾選擇了發(fā)展14nm制程，而臺(tái)積電則選擇了16nm制程作為這一代次的演進(jìn)技術(shù)。

最終，經(jīng)歷三年的研發(fā)，英特爾在2014年實(shí)現(xiàn)了14nm制程量產(chǎn)，一年后，臺(tái)積電的16nm制程到來。

2014年，成為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的分水嶺。

一方面，英特爾進(jìn)入到了發(fā)展的瓶頸期。

這一瓶頸的源頭，可以追溯到2007年實(shí)施的“Tick-Tock”戰(zhàn)略，即“工藝年-構(gòu)架年”模式。

“Tick”代表制程工藝提升，而“Tock”代表工藝不變，芯片核心架構(gòu)升級(jí)。一個(gè)“Tick-Tock”代表完整的芯片發(fā)展周期，耗時(shí)兩年。

按照Tick-tock節(jié)奏，英特爾可以跟上摩爾定律的演進(jìn)，大約每24個(gè)月可以讓晶體管數(shù)量翻一倍。

這個(gè)節(jié)奏，在2014年的時(shí)候，隨著14nm制程的量產(chǎn)，遭遇到了最大的阻礙。隨后，英特爾調(diào)整這一戰(zhàn)略，宣布實(shí)施“架構(gòu)、制程、優(yōu)化” (APO，Architecture Process Optimization)的三步走戰(zhàn)略，也就是說，英特爾的一個(gè)更新周期變成“一年作為架構(gòu)升級(jí)、一年作為制程升級(jí)、一年作為優(yōu)化升級(jí)”。這意味著英特爾新制程的推進(jìn)，變成了每36個(gè)月，晶體管數(shù)量才會(huì)翻一倍。

自2015年開始，英特爾在14nm制程節(jié)點(diǎn)上，已經(jīng)停留超過4年時(shí)間，從Skylake內(nèi)核(14nm)、Kaby Lake內(nèi)核(14nm+)、CoffeeLake內(nèi)核(14nm++)，一直在更新14nm制程。原本其原計(jì)劃于2016年推出的10nm制程，經(jīng)歷了多次推遲后，直到2019年年底才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

另一方面，同樣在2014年，臺(tái)積電在張忠謀回歸后，啟動(dòng)了“夜鷹計(jì)劃”，其目的是為了在突破16nm制程后迅速進(jìn)入10nm制程。為此，臺(tái)積電召集了近 400 位研發(fā)人員，輔以豐厚的報(bào)酬和優(yōu)渥的條件，讓這些工程師按照24小時(shí)三班倒的工作節(jié)奏，進(jìn)行新制程研發(fā)工作，最終，他們勝利了，臺(tái)積電解決了所遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)，并在2017年實(shí)現(xiàn)10nm制程的量產(chǎn)，這一制程，最先應(yīng)用到了iPhone 8上搭載的A11 Bionic芯片上。

臺(tái)積電終于實(shí)現(xiàn)了對(duì)英特爾在制程上的全面超越，而且，與新老對(duì)手三星、聯(lián)電也拉開了一定的差距。

2018年，臺(tái)積電率先推出7nm制程，可見臺(tái)積電會(huì)繼續(xù)按照摩爾定律，推進(jìn)晶圓制造的制程升級(jí)。

2019年將極紫外光刻 (EUV) 技術(shù)的7nm+制程量產(chǎn)，2020年5nm量產(chǎn)。接下來還有3nm和2nm也宣布取得突破。

而英特爾，則一再推遲新制程的發(fā)布。

舊時(shí)代終結(jié)，新王誕生

2014年8月，一本名為《制造繁榮:美國為什么需要制造業(yè)復(fù)興》的書籍出版，作者在書中問到，美國重振制造業(yè)背后的真實(shí)意圖是什么?制造業(yè)對(duì)于美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有何種戰(zhàn)略意義?產(chǎn)業(yè)公地到底是什么?美國到底應(yīng)該以哪種方式支持制造業(yè)發(fā)展?這些問題，成為了對(duì)奧巴馬政府的“靈魂拷問”。

作者堅(jiān)稱：“當(dāng)一個(gè)國家失去制造能力，就意味著喪失了創(chuàng)新能力。”

在臺(tái)積電之前，大部分半導(dǎo)體公司都是自己設(shè)計(jì)芯片、自己建廠生產(chǎn)芯片的，這種就是所謂的IDM廠商，AMD、英特爾都是如此。不過，AMD在2009年剝離了CPU生產(chǎn)業(yè)務(wù)，成立了格芯(Global Founderies，GF)，AMD變成了無廠半導(dǎo)體公司，主要靠格芯和臺(tái)積電代工 。

放眼到全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，英特爾幾乎是唯一的自產(chǎn)自銷的半導(dǎo)體巨頭了，并且在22nm制程節(jié)點(diǎn)，就量產(chǎn)了3D FinFET晶體管技術(shù)，領(lǐng)先臺(tái)積電2年、1.5個(gè)代次的時(shí)間。

但是IDM的模式代價(jià)也很大，那就是一旦工藝出問題，就會(huì)影響到一系列產(chǎn)品路線圖。更重要的是IDM模式的成本越來越高，現(xiàn)在建造一座10萬晶圓月產(chǎn)能的10nm制程以下晶圓廠，投資是百億美元級(jí)別的。

英特爾投得起么?投得起。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去15年中英特爾在研發(fā)上一共花了1300多億美元，約合9118億人民幣。而在2020年，計(jì)劃投資是150億美元，除了7nm研發(fā)、生產(chǎn)之外，其中大頭還是投向了10nm制程。即便如此，英特爾在2020年，預(yù)計(jì)也只能量產(chǎn)10nm+制程，距離7nm制程，還有很遠(yuǎn)。

有意思的是，在英特爾陷入制程困境的時(shí)候，臺(tái)積電已經(jīng)在大規(guī)模的擴(kuò)建工廠和進(jìn)行先進(jìn)制程的布局，2020年量產(chǎn)5nm制程，產(chǎn)能已經(jīng)被蘋果、海思等吃掉。2021年上半年，臺(tái)積電將進(jìn)行3nm制程試產(chǎn)，2022年量產(chǎn)3nm制程，而且，其投資依舊維持在150億美元以上的高位，預(yù)計(jì)2021年更多。

但是相比英特爾全流程的投資，150億對(duì)150億是不對(duì)等的，研發(fā)、建廠是臺(tái)積電的核心，英特爾則還要兼顧設(shè)計(jì)、封裝等流程。

2017年10月23日，臺(tái)積電舉行了成立30周年的盛大慶典，光刻機(jī)制造商ASML、IP授權(quán)商ARM、GPU巨頭英偉達(dá)、手機(jī)芯片巨頭高通、模擬芯片巨頭亞德諾、無線設(shè)備芯片巨頭博通及蘋果的高層悉數(shù)到場(chǎng)，在各大半導(dǎo)體巨頭中，唯獨(dú)缺少了英特爾。

圍繞臺(tái)積電“晶圓代工廠”為核心，集合了上游的設(shè)備商、授權(quán)商以及下游的客戶，組成的聯(lián)盟，其牢固程度，似乎已經(jīng)超過了Win-Tel聯(lián)盟，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代及智能手機(jī)時(shí)代到來后，英特爾似乎開始力不從心。

經(jīng)過數(shù)十年的演變，半導(dǎo)體制造業(yè)從最初的“一覽包干”的IDM模式，在1987年開始分割，其分割的標(biāo)志就是臺(tái)積電的建立，他重新定義了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也開辟了基于“晶圓代工廠”的制造產(chǎn)業(yè)，和“無廠半導(dǎo)體公司”的設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。

整合，分工，成為了這個(gè)行業(yè)最為顯著的特征之一，從出席臺(tái)積電三十周年慶典的高層來看，這些龍頭公司們各自在自己細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)，依托自身的實(shí)力，將自身資源全部投入到最為核心的研發(fā)中去，然后相互配合、相互優(yōu)化、相互信任，在數(shù)十年的演變中，不斷洗牌、更新和發(fā)展，形成了今天牢不可破的龐大產(chǎn)業(yè)。

當(dāng)然，我們用不著為英特爾現(xiàn)在的落寞感到惋惜，即便在制程上落后，但是英特爾依舊是當(dāng)今全球最強(qiáng)大的半導(dǎo)體公司，依舊是美國半導(dǎo)體的象征，依舊在傳統(tǒng)電腦、服務(wù)器等領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，而且在進(jìn)入的安全領(lǐng)域、企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)中同樣領(lǐng)先于全世界大多數(shù)的公司。

不過，隨著美國政府“重振制造業(yè)”及“美國優(yōu)先”的政策下，英特爾6nm制程、18萬片晶圓、近2000萬片處理器的訂單，有可能成為一個(gè)“孤單”。從英特爾一向的作風(fēng)來看，雖不能說英特爾輸?shù)袅诉@場(chǎng)起始于英特爾的制程戰(zhàn)爭(zhēng)，但是，英特爾又拿什么來翻盤呢?

要知道，給臺(tái)積電站臺(tái)的大佬中，可能隨便一位的江湖地位都比英特爾差不了多少，更何況是7位。

用彭博社的話來說，英特爾先進(jìn)制程委托給臺(tái)積電這一行為，預(yù)示著“一個(gè)由英特爾公司和美國主導(dǎo)世界半導(dǎo)體行業(yè)的時(shí)代的終結(jié)”。

而且，臺(tái)積電的其他客戶與英特爾有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，可能反對(duì)臺(tái)積電優(yōu)先處理英特爾的訂單。如果英特爾未來繼續(xù)在自己生產(chǎn)芯片，那么臺(tái)積電會(huì)不會(huì)為英特爾的訂單，進(jìn)行擴(kuò)大投資以滿足當(dāng)下英特爾的訂單產(chǎn)能呢，我們不得而知。

按照摩爾定律，芯片制程的最小可以演進(jìn)到0.1nm的物理極限，那么，多年以后，芯片制程世界，還會(huì)翻天么?

按照臺(tái)積電公開信息推演，至少在接下來的五年內(nèi)，英特爾趕上或超越臺(tái)積電的可能性幾乎為零。悲觀一點(diǎn)地說，甚至可能永遠(yuǎn)追趕不上。【責(zé)任編輯/額華】

參考資料：

1、姚劍波，楊朝瓊，曾羽，龍奮杰 等著.《大數(shù)據(jù)叢書系列：大數(shù)據(jù)安全與隱私》. 成都：電子科技大學(xué)出版社, 2017.07.

2、韋亞一.《超大規(guī)模集成電路先進(jìn)光刻理論與應(yīng)用》.北京：科學(xué)出版社，2016. 06.

3、謝志峰，陳大明.《一本書看懂晶片產(chǎn)業(yè)：給未來科技人的入門指南》.中國臺(tái)北：早安財(cái)經(jīng)，2019.09.

來源：財(cái)經(jīng)無忌

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