IBM公司其下一代数据中心处理器芯片将采用三星7nm EUV工艺制造

在AMD利用台积电代工“蚕食”英特尔CPU市场份额之际，后者不得不放下身段向台积电提出生产需求。 如今，由于格芯已在巨大的成本压力下放弃7nm工艺的研发，IBM公司8月17日宣布，其下一代数据中心处理器芯片将采用三星7nm EUV工艺制造，这也是该公司的首款7nm工艺处理器。 作为半导体产业的发源地，目前美国国内拥有众多实力强悍的芯片设计企业，如高通、博通、赛灵思、苹果等，但在美国制造的芯片仅一成左右，前述企业的芯片生产大都依赖于亚洲的芯片代工厂。 为减少科技产品制造对亚洲的依赖，过去两个月，美国芯片行业正为大规模游说活动做准备，以期获得数百亿美元的政府资金用于扩大本土研发和制造业务，进而维持美国在芯片行业的领先地位。

今年二季度全球晶圆代工市场份额：台积电51.5%，三星18.8%；GlobalFoundries（格芯）7.4%，联电7.3%，中芯国际4.8%。数据来源：TrendForce

“拥有晶圆厂，才是真男人”“拥有晶圆厂，才是真男人。”1994年，AMD创始人杰里·桑德斯（Jerry Sanders）在建设晶圆厂时曾作出如此表述。事实上，IBM也曾经拥有自己的晶圆厂，而英特尔目前还在坚持着IDM模式。 （观察者网注：IDM模式是集芯片设计、制造、封装和测试等多个环节于一身；Fabless只负责芯片的电路设计与销售；Foundry只负责制造、封装或测试的其中一个环节。） 但令人唏嘘的是，AMD和IBM现在已将先进芯片的生产托付给亚洲代工厂商（Foundry）。即便强如英特尔，也不得不在先进制程一再“挤牙膏”的情况下，寻求第三方代工以缓解自己的产能不足。 就在当地时间8月17日，IBM发布一款新型数据中心用处理器芯片——Power10。该公司透露，这款芯片将由三星电子生产，采用7nm EUV（极紫外光刻）工艺，其性能将是上一代的3倍。

IBM Power处理器技术路线 与现在寻求代工相比，IBM也曾在半导体制造领域拥有自己的高光时刻。1988年，IBM建设全球第一条200mm晶圆生产线，随后投资超过25亿美元，于2002年建设全球最先进的300mm生产线。 根据市场调研机构“iSuppli”的统计报告，2003年IBM的晶圆代工服务已挤入世界前三强，以6.3%的市场份额紧随台积电、联电之后。 当时，中芯国际3.65亿美元的营收还不到IBM 8亿美元的一半。 然而，虽然在2003年的晶圆代工市场表现亮眼，但时任IBM科技事业部技术制造服务总经理约翰·阿科切拉（JohnAcocella）却强调，该公司并不打算追随台积电或联电的脚步成为晶圆代工大厂。 时间辗转到了2014年10月，由于亏损严重，IBM不得不请求格芯（Global Foundries）收下其晶圆工厂，同时为避免支付更高额的遣散费与后续诉讼，前者还承诺在未来3年“倒贴”格芯15亿美元现金。 除此之外，双方当时还达成协议，格芯将在未来10年内提供22nm、14nm及10nm技术给IBM，主要为后者供应Power处理器。

IBM的“Power10”CPU 图片来源：IBM官网

三大巨头均找外部代工2009年3月，格芯作为合资公司从AMD拆分出来，最大股东为阿布达比创投基金（ATIC），AMD在其中的持股比例为8.8%。 成立之初，源于和AMD的关系，格芯主要承接AMD处理器和绘图芯片的生产订单，之后才陆续开始承接其他半导体企业的外包订单。 尴尬的是，2011年，AMD Bulldozer架构的微处理器由格芯代工32nm制程时，因良率过低，造成原计划当年一季度出货的进度，一直延误到四季度，使得后来AMD无奈将部分订单转交给台积电。 作为格芯的最大股东，ATIC持续为格芯先进制程投入巨资，但后者的研发并不顺利。2011年，台积电已量产28nm制程，但格芯却迟至2012年下半年才正式量产该工艺。 而在14nm FinFET工艺上，格芯2014年4月宣布从三星获得该项技术专利。这不免让人质疑该公司在14nm工艺研发上遭遇挫折，研发能力也遭人诟病。 众所周知的是，对于晶圆厂商而言，先进的工艺就是最核心的竞争力。但巨大的研发投入、昂贵的设备和折旧费用对格芯来说，像滚雪球一般，使其深陷财务泥潭，持续亏损。

图自富途证券 由于无法负担高昂的成本，格芯在2018年8月宣布退出7nm工艺的竞赛。 虽然7nm工艺所需的巨额研发资金是格芯考虑退出的重要因素，但由于苹果、高通、华为、英伟达等先后将7nm订单交给台积电，前者即使完成研发，能否“虎口夺食”也是其考虑的风险所在。 在格芯宣布放弃7nm工艺研发消息不久，其最大客户AMD宣布将采用7nm工艺的Zen2处理器和7nm Vega/Nav i显卡GPU芯片代工全部转给台积电代工。 而原本采用格芯工艺14nm生产Power处理器的IBM，在下一代产品上也只能另寻出路。 在此之前，曾有传言称IBM的Power10处理器将采用台积电的7nm工艺。但在2018年12月，IBM、三星联合宣布扩大战略合作关系，三星将使用7nm EUV工艺为IBM代工Power处理器。 当时，由于三星7nm EUV工艺刚量产2个月，双方合作的细节仍未敲定。根据IBM原来的规划，下一代的Power 10处理器将使用10nm工艺，再下一代的Power 11才会使用7nm工艺。 韩国《中央日报》8月18日指出，三星此次获得IBM服务器CPU的委托生产订单，主要得益于两家公司的长期合作。 报道认为，在与台积电的竞争中一直处于劣势的三星有望凭借这笔订单实现反超。此前台积电为AMD代工生产7nm CPU产品“Ryzen”，大幅提高市场份额，三星有望凭借IBM的订单与其一较高下。 《中央日报》还特意提到，CPU市场的传统王者英特尔目前还停留在14nm工艺，落后于三星与台积电。

英特尔工艺研发进度 图片来源：英特尔官网 在10nm经过5年多的攻关才量产后，英特尔上个月在二季度财报电话会议上再次向市场释放“坏消息”：由于生产上遇到“缺陷”，其7nm制程处理器的上市将推迟6个月，最晚要等到2023年。 对此，科技媒体“The Verge”在报道中毫不讳言地指出：如果以英特尔在14nm制程上不断改进的历史作为参考的话，接下来的几年里将会看到该公司发布更多的10nm产品。 2019年，由于英特尔14nm制程工艺饱受产能不足困扰，迟迟不能交货，使得戴尔、惠普和联想等PC厂商不得不改变事先制定好的产品上市策略和节奏，甚至有企业开始转向AMD。 为缓解产能不足的问题，英特尔也曾选择“妥协”，将部分14nm订单外包给三星生产。 路透社报道认为，由于IBM和AMD都使用外部芯片代工厂来与英特尔竞争，同时后者下一代制造技术将面临延迟，这将使其竞争对手获得市场份额。 《日经新闻》也曾提到，除AMD和IBM，ARM也在和台积电携手研发数据中心芯片，各方联手台积电与英特尔的服务器芯片抗衡，未来后者赖以生存的服务器芯片市场的占有率可能逐渐流失。 压力之下，英特尔CEO鲍勃·斯旺7月24日在二季度财报电话会议上透露，如果不能及时生产7nm芯片，英特尔将推出应急计划，这可能包括使用第三方代工厂商制造芯片的情况。 随后，7月27日，台湾《工商时报》报道，英特尔已与台积电达成协议，明年开始采用后者7nm的优化版本——6nm制程量产处理器或显卡，预计投片量将达到18万片。

2019年全球服务器市场份额，IBM位居第四 数据来源：IDC

美政府欲重振境内芯片制造作为全球半导体产业的发源地，美国有一众实力强悍的IDM和Fabless。除前文提到的三家企业外，高通、博通、英伟达、赛灵思等厂商均在芯片细分领域拥有一定地位。 但上述企业的芯片生产大部分都交由亚洲的Foundry，特别是台积电生产。2019年年报显示，台积电其来自北美市场的营收占总营收的比例达到60%，中国大陆市场占比为20%。

台积电2019年年报截图 半导体制造明显已成为美国产业链的短板。 8月3日，英国《金融时报》刊发文章指出，虽然美国对全球电子产业具备“卡脖子”的能力，并且许多先进芯片都在美国设计，但仅有大约12%的芯片在美国制造。 事实上，由于Foundry的技术和产线更新迭代速度以及应对市场需求变化的能力要好于IDM，在此背景下，不少美国IDM厂商越来越多地将芯片生产外包给Foundry，特别是中国台湾地区的企业。 为减少在科技产品制造方面对亚洲的依赖，5月31日，《华尔街日报》指出，美国半导体工业协会（SIA）提出寻求370亿美元国家资金扶持，包括为建设芯片工厂提供补贴，为寻求吸引半导体投资的州提供援助，以及增加研发经费等。

《华尔街日报》截图 美国商务部长罗斯表示：“通过支持国内生产芯片，特朗普政府致力于确保美国拥有一个安全、有活力、具有国际竞争力的高科技生态系统。” 在美国国会中，一个由两党议员组成的小组，包括参议院少数党领袖查克·舒默和印第安纳州共和党参议员托德·杨，已经提议增加1100亿美元的技术支出，其中将包括支持半导体研究。 美参议员汤姆·科顿（Tom Cotton)）也希望推出法案，以帮助满足SIA的诉求。他表示：“先进的微电子技术对美国未来的技术领导地位至关重要，我们不能让其他国家控制这些关键的供应链。” 《华尔街日报》认为，SIA的提议与担心美国优势正在丧失的负面情绪有关，计算机芯片支撑着未来许多最重要的商业和国防技术，包括5G网络和人工智能，特朗普政府希望在这两个领域保持领先。 根据SIA的预测，到2030年，中国在全球芯片产能中的份额预计将增加近一倍，达到28%左右，不过这包括将总部设在中国的外国公司产能。 在美国半导体业界提出上述建议之前，特朗普政府曾向台积电示好，后者表示将在明年至2029年期间斥资120亿美元在亚利桑那州建立新的芯片工厂。 但许多美国芯片制造商和议员抱怨称，这笔钱应该流向愿意建厂的美国公司，然后再惠及外国公司。例如，舒默和另外两名议员就批评这笔投资不足以重建美国的微电子制造能力。 6月25日，多位美国两党议员共同提出《2020美国晶圆代工法案》。 该法案是6月份以来，美国两党议员提出的第二项刺激国内芯片产业发展的法案。若该法案获批，美国将向各州芯片制造业、国防芯片制造业投入共计250亿美元（约合人民币1771亿元）的资金。 对此，格芯美国业务总经理罗恩.桑普森表示，美国政府对半导体制造业的投资达成越来越多的共识，他们已经准备好快速跟进扩张计划，加强美国在半导体制造业的领导地位。