FPGA业务仅占营收的3%却成为10nm工艺第一批受益者,英特尔是怎么想的?

2019-04-17 09:26:13 来源:EEFOCUS
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和过去几代产品相比,AMD近期推出的产品给了英特尔更为激烈的竞争压力,这将帮助AMD逐步超越英特尔;

近几年来,英特尔一直深陷制造工艺升级泥潭,它最近发布的10纳米 FPGA表明它的10纳米工艺还有一些尚未得到解决的问题;

AMD很有可能重现二十年前的辉煌,再次夺得CPU性能的铁王座。

 


近年来,AMD的表现逐渐盖过了英特尔,这已经不是什么行业秘密了。推动AMD卓越表现的一大动力是它发布的微处理器,和之前几代产品相比,AMD新处理器对英特尔产品的竞争力更强了。虽然AMD的推土机架构和紧随其后的一代衍生产品确实不能和英特尔的产品相抗衡,但是到了Zen架构这一代,AMD的产品终于不负众望,足以和英特尔掰一掰手腕了。

和AMD的高歌猛进形成鲜明对比的是,英特尔在10纳米工艺上一直深陷泥潭。工艺节点可以大致表明一个不是很准确的电路尺寸。长期以来,英特尔碾压AMD等竞争对手的一大利器就是它的制造工艺优势,但是现在,这种传统优势已经慢慢丧失了。

实际上,由于英特尔迟迟不能从14纳米迁移到10纳米上,英特尔可能很快就会在工艺技术上落后于AMD。不过值得一提的是,英特尔的10纳米晶体管尺寸和金属间距等指标和台积电等代工厂有所不同,英特尔的数据实际上更为接近国际半导体技术路线图。

英特尔在工艺技术上的挣扎
英特尔在14纳米制造工艺上已经停留了太长时间了,近年来它一直在努力升级制造工艺却困难重重。本来,早在几年之前它的10纳米工艺就应该准备就绪的,但是经过多次延迟之后,直到现在还没有得到大规模使用。根据既定计划,英特尔原本应该在三年前发布10纳米Cannon Lake处理器,结果直到现在这款产品还没有问世。

英特尔之所以无法把10纳米大规模量产,主要是因为良率太低,即在生产出来的晶圆上制造出来的正常芯片占比过低。如果一片晶圆上产生不了能够通过所有测试的足够数量的芯片,它的规模经济性肯定很差。所以,英特尔现在面临的挑战就是确保10纳米良率达到预期的目标。

在CES 2019展会上,英特尔透露它的10纳米Ice Lake处理器将于今年年底的假期季节上市。英特尔过去曾经提供过数量非常有限的10纳米处理器的样品,但是10纳米Ice Lake将是它第一个进入大批量生产阶段的微处理器,CES展会上给出的时间点是否准确当然要取决于英特尔会不会遭遇新的延迟了。

让事情变得更加有趣的是,2019年4月2日,英特尔推出了Agilex FPGA,这款产品将在未来几个月内成功接替Stratix系列FPGA。Agilex FPGA最为突出的特性就是它将采用10纳米工艺制造,这种信号使得一些人认为英特尔终于解决了10纳米大规模量产的所有问题。但是我看,未必然也!

 


为什么说英特尔可能还没有为10纳米微处理器做好准备?
和一些人认为英特尔已经成功解决了10纳米量产的问题相反,我认为英特尔的10纳米FPGA反而表明了它的10纳米工艺可能还有一些未曾解决掉的问题。首先要提到的原因是,从本质上来说,FPGA对制造缺陷引起的良率问题不敏感,或者说即便制造工艺存在缺陷,也能更容易地制造出FPGA来。

FPGA不像微处理器那样,设计一个可以执行程序的电路,然后开发者进行编程。FPGA可以成为你想要它变成的电路。和逻辑单元固定的微处理器不同,FPGA可以在制造完成后进行重新编程,以灵活适应所需要的功能。

为了实现这种电路编程的目标,FPGA内部包含大量以网格形式布局的可编程逻辑块。FPGA可以并行工作,这样不同的处理操作之间不会产生冲突。要执行的处理任务会分配到FPGA的特定分区内,这个分区包含它自己的一组可编程逻辑块。在分区之外的逻辑块不会影响分区的操作。

这就是说FPGA内置了一定程度的冗余。根据缺陷发生的位置,内置的冗余使得FPGA能够更好地适应制造工艺的缺陷,而这种缺陷对于微处理器来说却是致命的。由制造缺陷导致的一些逻辑单元的缺失可以通过重新配置来解决,只要有足够的门电路,FPGA仍然可以正常使用。

就是说,即使存在足以使得微处理器不能正常工作的制造缺陷,使用相同的工艺制造出来的FPGA仍然可以正常工作。所以,如果由于制造缺陷导致良率过低,使得制造工艺无法应用到通用微处理器上,我们依然可以用它来生产FPGA。

当良率较低时,FPGA的经济性优于微处理器
需要注意的第二件事情是,尽管市面上存在廉价的FPGA,但是高端FPGA的成本可能高达数万美金,具体价格取决于它能提供的功能。由于FPGA可能非常昂贵,即便每片晶圆只能生产出几颗可以使用的芯片,它仍然可能是划算的。

也就是说,让微处理器的大批量生产显得不经济的良率仍然适合于FPGA的制造。请记住,在一片晶圆上能够制造出来的良好芯片的数量必须能够弥补晶圆制造成本,如果FPGA的单片售价更高,显然不需要像更便宜的处理器那样必须生产出足够多数量的合格FPGA才能覆盖成本。

 


FPGA业务对英特尔的贡献不算大
近几年来,得益于以数据为中心的业务的快速增长,英特尔的营收一直在增加。2018年,英特尔营收达到708亿美元,比2017年增加了80亿美元,增长率达到13%。下面这张表显示了英特尔的收入增长情况。需要提醒各位看官注意的是,在英特尔的各大业务板块中,以数据为中心的业务的收入已经超过了以PC为中心的业务。

FPGA业务隶属于可编程解决方案事业部(PSG),该事业部去年的收入达到了21亿美元,相较于英特尔2018年708亿美元的收入,PSG部门的收入占比约为3%。从利润上来看,英特尔去年录得233亿美金利润,而来自PSG部门的利润只有5亿美元,占比仅为2.1%。下面这张表列出了PSG部门各个细分板块的相关数字。

 


另外,在过去两年中,PSG部门的利润几乎保持不变,均为5亿美元。从营收增长来看,2018年PSG部门营收仅仅增加了2亿美金,低于其它增长强劲的部门。下面这张表列出了和2017年相比每个细分市场在2018年对英特尔增长的贡献的增加值。

 


请注意,客户端计算事业部(CCG)和数据中心事业部(DCG)是对收入增长贡献最大的两个部门,它们分别贡献了30亿美金和39亿美金的收入增长。按照2018年收入增长了80亿美金计算,这两个部门合计贡献了69亿美金营收增长,占比达到86.3%。

 


为什么其它产品贡献更大但英特尔优先在FPGA上使用了10纳米呢?
通过上面的数字可以看出,FPGA显然对英特尔不算重要。不过,FPGA却成为英特尔首批使用10纳米制造工艺的产品之一。可是一般情况都是把资源和最新的技术预留给能带来最大收益的产品。


特别是最新工艺节点的晶圆厂产能还很有限,最大限度地利用新工艺的可用产能产生最大的收入才是明智之举,这包括尽可能多地将产能分配给对收入和利润贡献最大的产品。可是当前的情况是,英特尔的14纳米CPU已经供不应求,再把10纳米资源分配给FPGA似乎说不大过去。

 


一个可能的解释是英特尔尚未完全掌握10纳米工艺技术。现在的10纳米技术可能足以生产FPGA,但是可能尚未准备好用于微处理器的批量生产。原因是不是这样我们不能肯定,只有英特尔心中有数。英特尔之前表示10纳米处理器将在2019年年底上市,可能2019年底真的就是英特尔能够大批量供货10纳米处理器的正确时间。

问题在于,在过去的几年中,英特尔多次做出了量产10纳米处理器的承诺但未能成功兑现。除了英特尔,任何人都不知道它的10纳米工艺技术的确切状态。在接下来的一段时间里,它的良率可能会有所改善,但是是否能够提升到足以大批量生产CPU的程度仍然雾里看花。英特尔一直对它为什么在10纳米工艺上良率不佳的原因讳莫如深,这更是引起了人们的质疑。

综合来看,英特尔可能还没有做好大批量生产10纳米微处理器产品的准备,它先推出10纳米FPGA可能就是这种情况的反映。如果确实如此,并且还会进一步延迟10纳米处理器延迟时间,这必将对它与AMD的竞争产生影响。

英特尔在工艺技术方面落后于AMD会带来哪些影响?
在其它条件都相同的情况下,晶体管尺寸越小,芯片性能越好。所以,如果AMD真的在工艺技术方面具有对英特尔的优势,再加上它在Zen 2上的改进,那么AMD很快就会拥有性能盖过英特尔的产品了。

英特尔上一次在处理器性能上明显落后于AMD已经是二十年前的事情了,当时,AMD刚刚推出了速龙系列,特别是雷鸟,它们都盖过了英特尔的奔腾3。不久之后,AMD对英特尔的领先优势帮助它的股价攀升到44美元左右的历史高点,从那之后,AMD的股票再也没有回到那么高的位置。

英特尔最终用奔腾4取代了奔腾3,但是由于其Netburst微体系架构导致的功耗过大和散热等问题,奔腾4仍然没有帮助英特尔重新夺回领头羊位置。

直到2006年Core 2系列推出之后,英特尔才能名正言顺地宣称其处理器再次明显优于AMD的处理器了。在之后的每一代最新的Core系列中,英特尔都或多或少地保持了领先地位。相比之下,AMD的推土机、打桩机、压路机和挖掘机整整四代体系架构都表现差劲,无法和英特尔匹敌。

但是现在,AMD有机会凭借它将要于今年推出的Zen 2重回二十年前的辉煌了。Zen 2基于台积电的7纳米制造工艺,很可能和英特尔拉开性能差距,这是AMD多年来已经忘却了的一种胜利。如果台积电真的在2020年向其代工厂客户们提供5纳米工艺,并且AMD升级到5纳米上,届时它对英特尔的领先优势可能会进一步拉大。

历史即将在二十年后重演吗?
在很长一段时间里,英特尔的产品比AMD的产品更昂贵,因为它们提供了卓越的性能。但是,如果客户支付了高额费用但是只能获得较低的性能,那么英特尔将面临它的客户叛逃到AMD阵营的问题。在未来的一两年内,AMD可能会有很大的机会从英特尔那里抢走很大一块市场份额。

英特尔的10纳米量产问题可能成为推动AMD领先于英特尔的催化剂,现在这种局面下,英特尔必须解决10纳米的量产问题,以防止它的产品在性能上落后于AMD。如果它的10纳米再次延迟,那么很有可能像二十年前一样,因为AMD产品性能领先导致英特尔的市场份额、收入和利润都出现大幅度下滑。

 

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