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英特尔:若想成功,必先……

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作为全球领先厂商,英特尔的一举一动都备受各界关注,今天老雅痞就给大家带来一则英特尔的前沿消息,一起来看看在飞速发展的互联网时代,英特尔是如何把握住时代的风口的。

英特尔的财报要到下周三才会公布,但无论首席执行官帕特•盖尔辛格计划说些什么,在我看来有关英特尔的真正消息似乎是来自另一家公司:台积电。

摘自《华尔街日报》:

全球最大的代工芯片制造商台积电表示,在全球芯片紧缩的情况下需求继续激增,今年将增加投资,使产能较上年同期提高47%。台积电周四表示,公司将今年的资本支出预算设定在400亿至440亿美元之间,创历史新高,而去年的预算为300亿美元。

彭博社的蒂姆•库尔潘将巨额资本支出形容为对芯片制造商英特尔和三星的“警告”:

从技术角度来看,三星是最接近它的竞争对手。然而,由于这家韩国公司还生产显示屏,并将其大部分半导体支出用于台积电甚至懒得生产的商品存储芯片,所以这一比较存在着偏差。

然后是英特尔,这家美国潜在的挑战者决定加入代工竞争。除了制造自有品牌的芯片,英特尔首席执行官帕特•盖尔辛格去年决定,他想通过为外部客户制造芯片的方式,与台积电和三星以及其他一些公司较量。

但英特尔在技术实力上落后于这两家公司,这迫使这家加州公司陷入依赖台积电来生产其最好的芯片的讽刺境地。盖尔辛格有信心他能追赶上来。也许他可以,但公司不可能将产能和规模经济扩大到具有财务竞争力的程度。

实际上,更糟糕的是:通过成为台积电的客户,英特尔不仅否认了自身制造需求的规模,还让台积电获得了这种规模,这一过程中提高了其竞争对手的经济效益。

盖尔辛格的设计工具

迈克尔·马隆在《英特尔三位一体》一书中引用了我最喜欢的一句话:摩尔定律不是定律,而是一种选择:英特尔联合创始人兼第二任首席执行官 Gordon Moore 观察到集成电路的晶体管数量每两年翻一番,此事也同样如此。

[摩尔定律]是一项社会契约,是半导体行业与世界其他行业之间的协议,前者将继续努力,尽可能长时间地保持该定律的轨迹,而后者将为这种快速发展的成果付出代价。摩尔定律之所以奏效,并不是因为它是半导体技术的固有特性。相反,如果明天早上世界上最伟大的芯片公司同意停止推进该技术,那么到了晚上,摩尔定律就会被废除,剩下的几十年的任务就是消除它的所有影响。

摩尔在1965年提出了这个观点,在接下来的50年里,这个选择落在了英特尔的身上。其中一个主要的决策者是一个20多岁的年轻人,名叫帕特里克·盖尔辛格。盖尔辛格高中一毕业就加入了英特尔,在斯坦福大学学习电子工程时,他参与到286处理器的开发团队中;在完成硕士学业时,他是386处理器的第四负责人。毕业后,盖尔辛格成为了486项目的负责人;他当时只有25岁。

英特尔:若想成功,必先……

The Intel 486 die

当时,英特尔是一家国际整合元件制造商(IDM);虽然这个术语现在指的是自己设计和制造芯片的公司(与之相反的是像Nvidia这样自己设计芯片但不生产芯片的公司,或台积电这样自己制造芯片但不设计芯片的公司),但随着时间的推移,随着其他公司开始专门从事制造工艺的不同部分,集成水平已经下降。回到20世纪80年代,英特尔仍必须首次搞清楚许多事情,包括如何真正设计出更多的微型芯片。盖尔辛格和其他三位合著者在2012年的一篇题为《应对英特尔微处理器设计的复杂性——CAD的历史》的论文中描述了这个问题。

在1965年的原始论文中,戈登•摩尔表示担心他所预测的增长速度可能无法持续,因为在如此快速增长的复杂局势下去定义和设计产品需求的话,可能跟不上他预测的增长速度。然而,高度竞争的商业环境促使人们充分利用了技术拓展。随着每一代工艺技术的发展,可用的晶体管数量翻了一番,这大约每两年发生一次。如表I所示,微处理器的主要架构变化发生在晶体管数量增加4倍的情况下,大约每隔一代工艺就会发生一次。英特尔的微处理器设计团队必须设法跟上每个新项目的规模和范围。

处理器 时间 进程 晶体管数 频率
4004 1971 10 um 2,300 108 KHz
8080 1974 6 um 6,000 2 MHz
8086 1978 3 um 29,000 10 MHz
80286 1982 1.5 um 134,000 12 MHz
80386 1985 1.5 um 275,000 16 MHz
Intel486 DX 1989 1 um 1.2 M 33 MHz
Pentium 1993 0.8 um 3.1 M 60 MHz

这种难以置信的增长速度无法通过聘请成倍的设计工程师来实现。它是通过采用新的设计方法以及在每一代处理器中引入创新的设计自动化软件来实现。这些方法和工具总是应用提高设计抽象性的原则,在电路和寄生构造模型方面变得越来越精确,同时使用不断增长的层次结构、规律性和自动合成的水平。通常情况下,当任务用旧方法执行起来太过痛苦时,就会构想出新的方法和相关工具来解决问题。通过这种方式,工具和设计实践不断发展,始终解决手头最费力的任务。自然,工具的演变是自下而上的,从布局工具到电路、逻辑和架构。通常,在每个抽象层次上,验证问题都是最痛苦的,因此它需要首先被解决。这一层次的综合问题在很久以后才得到解决。

这种设计和实现之间的反馈循环正是创新前沿所必需的。Clayton Christensen在《The Innovator’s Solution》一书中解释道:

当存在性能差距时——当产品的功能和可靠性还不足以满足某一特定市场层次的客户需求时——企业必须通过制造最好的产品来竞争。在这场竞争中,那些围绕专有的、相互依赖的架构构建产品的公司,相对于那些产品架构是模块化的竞争对手,享有重要的竞争优势,因为模块化固有的标准化剥夺了工程师太多的设计自由,他们无法不优化性能。

这就是Gelsinger在486上所做的事情;在上文提到的论文中写到:

虽然 386 设计在很大程度上利用了 286 的逻辑设计,但 486 是一个更彻底的背离,它转向了全流水线设计,集成了一个大型浮点单元,并引入了第一个片上高速缓存——高达8k的用于代码和数据的直写缓存。鉴于从以前的设计中引用的内容大大减少,且晶体管数量增加了4倍,设计生产力的又一次飞跃面临着巨大的压力。虽然我们可以追求简单的人力增加,但负担他们,找到他们,培训他们,然后有效地管理一个超过100人的团队,最终组成486设计团队,这些都是问题……为了执行这个有远见的设计流程,我们需要建立一个当时还不存在的CAD系统。

为了制造新的芯片,英特尔需要制造新的工具,作为从设计到制造的综合尝试的一部分。

英特尔的僵化

快进30年,英特尔已不再处于领先地位;相反,世界领先的芯片制造商是台积电,一家不做设计的公司;Morris Chang告诉计算机历史博物馆:

当我还在TI和General Instrument时,我看到很多IC设计师想要离开并建立自己的事业,但阻止他们离开这些公司的唯一或最重要的事情是他们无法筹集到足够的资金来组建自己的公司。因为在那个时候,人们认为每个公司都需要制造,需要晶圆制造,而这是半导体公司和集成电路公司中最需要资金的部分。我看到所有想要离开的人都因为没有能力筹集足够的资金建造晶圆厂而被阻拦。所以我想,或许台积电这家纯代工企业可以弥补这一点。而作为我们能够改进的结果,这些设计师将成功地成立他们自己的公司,他们将成为我们的客户,他们将为我们构成一个稳定和增长的市场。

以下同样来自Christensen的《The Innovator’s Solution》:

超额完成任务并不意味着客户将不再为改进付费。这只是意味着他们愿意花高价购买的改进版将会发生变化。一旦他们对功能和可靠性的要求得到满足,客户就开始重新定义什么是不够好的。不够好的正是,顾客不能在他们需要的时候,尽可能方便地得到他们想要的东西。在速度、便捷性和定制化方面,客户愿意为改进的性能支付更高的价格。当这种情况发生时,我们就会说,某一层次市场的竞争基础发生了变化。

台积电愿意生产这些新的无晶圆厂公司能提到的任何芯片;值得注意的是,正是盖尔辛格和英特尔使这种模块化方法成为可能,这要归功于他们为 486 构建的工具。再次引用那篇论文:

所有这些工具组合在一起形成了一个称为RLS的系统,这是第一个用于主要微处理器开发程序的 RTL 布局系统……RLS的成功是因为它结合了三个基本要素的强大功能:

  • CMOS(允许使用单元库)
  • 硬件描述语言(提供一种方便的输入机制来捕获设计意图)
  • 合成(提供从RTL-to-Gates和布局的自动转换)

这就是“神奇而强大的三足鼎立”。这些元素中的每一个都不能彻底改变设计生产力。三者的结合是必要的。这三个要素后来被EDA行业标准化并整合。这种系统成为所有ASIC工业的基础,也是无晶圆厂半导体工业的通用接口。

问题是,习惯于发明自己的工具和流程的英特尔,在标准化方面逐渐落后;是的,该公司与Synopsys和Cadence等EDA公司建立了合作伙伴关系,但大部分工作是在自己的自主工具上完成的,并针对晶圆厂进行了调整。这使得成为英特尔的定制客户变得很困难;更糟糕的是,英特尔自己也在浪费时间来建造那些曾经是差异化工具,但现在是商品的东西。

关于工具的这一点并不新鲜;盖尔辛格在去年3月的英特尔芯片代工服务(IFS)公告中宣布了英特尔对Synopsis和Cadence的支持。如果不能使用行业标准的设计工具和IP库,英特尔就无法指望成为一个提供全面服务的芯片代工厂。

然而,我所欣赏的正是盖尔辛格宣布IFS只是英特尔更广泛的“IDM 2.0”战略的一部分的原因:

  • 第一部分是英特尔自己设计的内部制造;这基本上是IDM 1.0。
  • 第二部分是英特尔计划使用像台积电这样的第三方制造商来生产其尖端产品。
  • 第三部分是英特尔的代工服务。

从Stratechery创立之初,我就一直在呼吁成立IFS之类的组织,甚至在盖尔辛格演讲的一个月前,我就主张公司进行拆分。“IDM 2.0”暗示英特尔不会走那么远——考虑到第1部分的历史,这是可以理解的。但我越是思考第2部分,以及它如何与其他部分联系,我想知道我是否比我意识到的更接近目标。

微软和英特尔

2018年,在一篇题为《Windows的终结》的文章中,我追溯了萨蒂亚·纳德拉带领微软实现的显著转变。我注意到,纳德拉的第一场公开活动是在iPad上发布Office。这是几年前在前首席执行长史蒂夫•鲍尔默领导下启动的一项工作,但由于Windows Touch版本还没有准备完毕,所以一直没有推出。不过,这正是纳德拉的发布之所以意义重大的原因:他在向公司其他成员发出信号:Windows将不再是Office的必需品;就在同一周,纳德拉将Windows Azure更名为Microsoft Azure,传达了完全相同的信息。

当盖尔辛格谈到台积电为英特尔生产芯片时,我想到了这一时刻;这也是前任鲍勃•斯旺发起的一项倡议。不过,几乎所有人都认为,英特尔与台积电的合作只是权宜之计,因为台积电要让自己的制造业务恢复正常,这样就可以直接参与竞争;事实上,这就是本文开头的假设。

然而,这也是台积电宣布增加资本支出是如此重要的原因:增加资本支出的主要推动力似乎是英特尔,据报道,台积电正在为英特尔建造一家定制晶圆厂。DigiTimes报道:

据业内消息人士称,台积电计划在台湾北部新竹宝山地区建立新的生产基地,为英特尔生产3nm芯片。消息人士称,台积电将把部分工厂转换为3nm工艺制造。该基地的设施被称为P8和P9,最初被设计为sub-3nm技术的研发中心。消息人士表示,台积电宝山工厂的P8和P9每个月将能够处理2万个晶圆,并将专门用于完成英特尔的订单。

消息人士指出,台积电打算将其为英特尔与为苹果生产的芯片区分开来,因此决定分离其3nm生产线,专门用于满足这两个主要客户的订单。消息人士称,这些举措也是为了保护客户各自的机密产品。消息人士指出,英特尔的需求可能巨大到足以说服台积电修改其纯代工的制造蓝图。消息人士还称,两方的合作也可能是长期的。

当然,英特尔和微软有历史渊源,但显然它们的业务处于计算光谱的两端:英特尔经营的是原子,微软经营的是比特。不过,两者的共同之处在于对其商业模式基础的坚定信念:对微软来说,这不仅是对桌面,还是对Windows提供的生产力和企业服务器的影响力;这对英特尔来说是他们制造业的优势。在纳德拉能够改变战术甚至战略之前,他必须先摆脱Windows遗留下来的问题,这一问题已经腐蚀了文化;盖尔辛格需要对英特尔做同样的事情,这意味着他要接管自己的工厂。

想想我上面解释的EAD问题:当唯一的受益者是潜在的代工客户时,说服英特尔的工程师放弃他们自己的解决方案而支持行业标准肯定是一件艰难的事情——这是英特尔定制代工过去失败的主要原因之一。然而,如果英特尔要与台积电合作生产芯片,它将别无选择,只能采用行业标准。此外,正如Windows需要学会依靠自己的优势来竞争,指望 Office 或 Azure 来支撑它,英特尔的工厂被剥夺了垄断前沿x86芯片的机会,现在将不得不与台积电竞争,不仅要赢得第三方业务,还要赢得英特尔自己设计团队的业务。

英特尔的拆分

当我写到英特尔应该被拆分时,我关注的是激励机制:

这就是英特尔需要一分为二的原因。没错,数十年来,设计和制造的融合是英特尔护城河的基础,但这种融合已经成为业务双方的桎梏。英特尔的设计受到了该公司在制造业的困境的阻碍,而其制造业也存在激励问题。

芯片的设计有更高的利润;例如,英伟达的毛利率在60 – 65%之间,而为英伟达生产芯片的台积电的毛利率接近50%。正如我上面提到的,英特尔传统的利润率更接近英伟达,这要归功于它的集成,这就是为什么英特尔自己的芯片将永远是其制造部门的优先考虑。这意味着对潜在客户的服务将会更差,也意味着它不愿意改变其生产方式,以适应客户并纳入最佳供应商(这将进一步降低利润率)。还有一个信任问题:与英特尔竞争的公司是否愿意与竞争对手分享他们的设计?特别是当竞争对手优先考虑自己业务的时候。

解决这一激励问题的唯一方法是拆分英特尔的制造业务。是的,建立与第三方合作所需的客户服务组件需要时间,更不用说使与台积电这样的公司合作(相对而言)变得容易的庞大的IP模块库。但一个独立的制造企业将拥有实现这一转变的最强大动力:生存的需要。

英特尔显然还没有拆分,但这次对台积电的投资看起来肯定让盖尔辛格意识到了英特尔的束缚,并正在尽一切可能摆脱它。为此,目标似乎越来越明确:英特尔的设计公司基本上是无晶圆厂,将其业务交给世界上最好的代工厂,无论该代工厂是否是英特尔;与此同时,英特尔的制造公司也必须获得成功(拥有x86 IP块的独家访问权是超大规模业者打造自己芯片的诱惑),包括使用英特尔自己的CPU。

盖尔辛格的Grovian Moment

当然,目前还不清楚这是否会奏效;事实上,考虑到建造晶圆厂的成本之高,以及晶圆厂满负荷运转的重要性,这是很有风险的。此外,英特尔正在让台积电变得更强大(而台积电则从拥有另一个与苹果竞争的顶级客户中受益)。然而,考虑到英特尔在过去十年的表现,保持现状可能会更有风险,在这种情况下,英特尔陷入困境的工厂也会拖垮英特尔的设计。事实上,这让人想起了摩尔和盖尔辛格的导师安迪·格鲁夫决定放弃存储器的著名故事,我在2016年写过这个故事:

英特尔成立之初是一家存储器公司,该公司因率先采用金属氧化物半导体技术制造第一个SRAM和第一个商用DRAM而闻名。正是储存器推动了英特尔最初的收入和利润,最好的员工和最好的制造设施都投入到了储存器中,英特尔坚信储存器是他们的“技术驱动力”,这一产品使其他的一切——包括他们刚刚起步的微处理器——成为可能。正如格罗夫在《只有偏执狂才能生存》(Only the Paranoid Survive)一书中所写的那样,“我们的特征决定了我们的优先事项;毕竟储存器曾代表着我们。”

问题是,到了20世纪80年代中期,日本的竞争对手在日本政府的无限资金支持下,以更低的成本(据称)生产出了更可靠的储存器,而英特尔在竞争中举步维艰……

Grove在《只有偏执狂才能生存》中解释了接下来发生的事情:

我记得在1985年中期的的某一天,那时已经迷茫了持续近一年时间,当时我正和英特尔董事长兼首席执行官戈登·摩尔在办公室里讨论我们的窘境。当时我们的情绪很低落。我望着窗外远处正在旋转的大美洲游乐园的摩天轮,然后转过身来问戈登:“如果我们被踢出局,董事会换来了一位新的CEO,你认为他会怎么做?”戈登毫不犹豫地回答说:“他会让我们放弃储存器。”我呆呆地盯着他,头皮发麻,然后说:“为什么你和我不自己去做这件事呢?”

盖尔辛格曾被认为是英特尔下一任首席执行官;然而2009年,他离开了英特尔。在接下来的10年里,英特尔在商业模式下苦苦挣扎,人们做梦都想不到能开发出486,或开发出使之成为可能的工具;现在他回来了,并且正在做一件如果英特尔想要成为一个伟大的设计和制造公司,就必须要做的事: 将它们拆分。

编辑于 2022-01-19 02:03
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