Превратится ли Intel в fabless-фирму?

Превратится ли Intel в fabless-фирму?

Выпуск 4(6728) от 25 февраля 2021 г.
РУБРИКА: БИЗНЕС

На место традиционной бизнес-модели полупроводниковой промышленности – ​вертикально-интегрированного производителя, занимающегося разработкой, проектированием, производством и маркетингом ИС (IDM), – ​все увереннее приходит дуэт fabless-foundry, где первые сосредоточены на проектировании, а вторые – ​на технологических процессах производства ИС на контрактной основе. Крупнейшие IDM, корпорации Intel и Samsung, уже около десятилетия практикуют дополнительно foundry-модель, а теперь, похоже, Intel намерена опробовать и модель fabless. По большому счету главным оплотом IDM-модели было производство центральных процессоров, но ситуация изменилась и последним «заповедником» остались схемы памяти, прежде всего – ​ДОЗУ. Однако наступление модели fabless-foundry заметно и там.

По мере того как технологический уровень ведущих кремниевых заводов стал превышать собственные возможности корпорации Intel, ее представители все чаще начали заявлять, что номинальное технологическое поколение (14/10/7 нм и т. д.) – ​менее важный фактор, чем целостная производительность собственно ИС. Утверждение не лишено оснований: между ведущими производителями полупроводниковых приборов существуют заметные разногласия относительно многих определений, что затрудняет сопоставление их ИС. Например, плотность размещения транзисторов 10‑нм ИС корпорации Intel значительно превосходила аналогичный показатель 10‑нм ИС ведущих кремниевых заводов и была примерно эквивалентна площади размещения транзисторов в 7‑нм ИС корпорации TSMC.


Современное состояние корпорации Intel

Однако приведенное утверждение не может оставаться верным постоянно, и недавние решения самой Intel тому подтверждение [1]. Предполагается, что в 2022 г. Intel будет заказывать TSMC производство своих центральных процессоров по 4‑нм процессу (и, возможно, разместит аналогичный заказ на мощностях foundry-отделения Samsung), для чего TSMC построит отдельный завод по обработке 300‑мм пластин [2]. Вопрос, в какой мере мощности TSMC будут использованы Intel, в долгосрочном плане пока остается неопределенным, однако перенос на тайваньский кремниевый завод до 100% аутсорсинга американской корпорации по производству ЦП становится все более вероятным [3]. В целом Intel уже предпринимает шаги по избавлению от собственных производственных мощностей. Так, она продает свое подразделение по производству флэш-памяти NAND-типа и твердотельных накопителей (SSD) южнокорейской фирме SK Hynix за 9 млрд долл. В сделку включен завод по производству флэш-памяти NAND-типа в Даляне (КНР). Закрытие сделки намечено на конец 2021 г., когда SK Hynix переведет первый транш в размере 7 млрд долл. (окончательный платеж планируется в марте 2025 г.). Она зависит от одобрения со стороны правительств США, Южной Кореи и КНР. Intel оценивала возможность отказа от производства флэш-памяти NAND-типа по крайней мере через год после того, как рынок памяти сократился в 2018 г. из-за переизбытка предложения. Несмотря на то что крупные центры обработки данных и облачные операторы все больше полагаются на флэш-память, корпорация, по-видимому, не смогла воспользоваться этой кривой роста. По иронии судьбы, Intel начала свою деятельность в 1960‑х гг. именно как производитель схем памяти. Вырученные от сделки средства будут использованы для усиления направлений, связанных с «долгосрочными приоритетами роста», такими как искусственный интеллект, сети 5G и краевой искусственный интеллект. При этом аналитики консалтинговой группы Trend Force заявляют, что компания в последнее время «великолепно работала на рынке корпоративных SSD и находится на одном уровне с Samsung в этой области, занимая 50% китайского рынка». Intel занимает пятое место на мировом рынке флэш-памяти NAND-типа, SK Hynix находится чуть впереди с 11,7%, а доля Samsung составляет 31,4%, что делает ее лидером. Сделка с Intel позволит SK Hynix занять второе место на рынке после Samsung [4].

Для перехода к новому технологическому поколению с меньшими проектными нормами требуется огромный объем капиталовложений. Схемы, создаваемые на новом технологическом уровне, должны демонстрировать достаточные выгоды с точки зрения пропорционального уменьшения размеров (масштабирования) прибора, прироста производительности и потребляемой мощности. При этом необходимо добиться рентабельности инвестиций (приемлемой прибыли на инвестированный капитал, ROI). Предполагается, что разработчики Intel уже создали новое технологическое поколение ИС – ​по крайней мере на бумаге. Возможно, есть и разработки, балансирующие на грани рентабельности инвестиций – ​реализация таких проектов связана с рисками для вкладываемого капитала. Например, не гарантируется необходимый выход годных подобной продукции, или Intel просто не хочет нести все затраты, связанные с разработкой, проектированием и освоением на своих производственных линиях полного диапазона конкретной продукции – ​все это также требует значительных капиталовложений. Обращаясь в данном случае к своему партнеру – ​кремниевому заводу, Intel отделяет риск, вызванный длительностью цикла вывода на рынок (от разработки до выпуска серийной продукции) своей новой линейки процессоров, от риска, связанного с освоением следующего технологического поколения. По существу, это и есть экономическое обоснование решения многих полупроводниковых IDM переходить на fabless-модель, в том числе и через этап fab-lite.


Возможный переход Intel на fabless-модель

В подобном переходе, безусловно, есть и конкурентный аспект. В недавнем прошлом корпорация Intel столкнулась с широко освещавшейся в СМИ проблемой дефицита поставок собственных процессоров, благодаря чему ее давний соперник, корпорация AMD, сумела расширить свою долю рынка ЦП (рис. 1). Аутсорсинг изготовления части продукции поможет Intel лучше приспосабливать свои производственные мощности под рыночную конъюнктуру, что, в свою очередь, поможет избежать дальнейшего сокращения контролируемой доли рынка. Теперь, когда продажная цена определенных продуктов складывается из затрат на услуги кремниевого завода и плановой прибыли, рентабельность таких изделий может оказаться ниже, чем ранее. Однако руководство Intel считает, что лучше потерять часть маржи (разницы между продажной ценой и себестоимостью ИС), разделив ее с производственным партнером, чем продолжать проигрывать своему главному (в области ЦП) конкуренту. Кстати, AMD превратилась в fabless-фирму около 10 лет назад, после выхода из совместного предприятия с ATIC (Advanced Technology Investment Company, подразделение государственного инвестиционного фонда эмирата Абу-Даби) и образования на основе этого СП кремниевого завода GlobalFoundries.



Источник: Yole Développment

Рисунок 1. Структура рынка центральных процессоров в натуральном выражении за 2019 г. и I–II кв. 2020 г.


Надо отметить, что процессы масштабирования и уровень использования производственных мощностей взаимосвязаны (рис. 2).



Источник: Yole Développment

Рисунок 2. Взаимосвязь масштабирования и числа обрабатываемых пластин


Положение Intel в настоящее время также осложняется появлением четырех новых фронтов конкуренции.

Во-первых, продолжает обостряться обстановка на рынках телекоммуникационного оборудования и сетевых центров обработки данных (ЦОД). Это вызвано тем, что корпорация Xilinx переводит свои вентильные матрицы, программируемые пользователем (FPGA), и конфигурируемые «системы-на-кристалле» (SoC) следующего поколения на 7‑нм технологический процесс, а также внедряет адаптивные платформы ускорения вычислений. В результате поглощения фирмы Mellanox корпорацией nVidia продолжается давление на сетевые платформы Intel.

Во-вторых, произошло изменение позиций сложнофункциональных ядер фирмы ARM. Более десятилетия SoC на СФ-ядрах ARM отвоевывали себе место в секторе вычислительных средств. Недавно появился суперкомпьютер Fugaku, основанный на ядрах ARM, который вошел в верхнюю часть рейтинга 500 лучших суперкомпьютеров мира. Это разрушило миф о том, что технологиям ARM нет места в высокопроизводительных вычислениях. Подобным же образом замена корпорацией Apple процессоров семейства Core корпорации Intel в ряде моделей ПК Mac процессорами на основе СФ-ядер ARM открыла последним путь и возможность конкуренции с процессорами типа х86.

В-третьих, интегрированные графические процессоры и прикладные процессоры, долго бывшие движущей силой развития рынков смартфонов и планшетных ПК, а также ряда других смежных рынков, теперь вышли на рынок средств вычислительной техники. Графика стала важной экосистемой, лидерами которой являются корпорации AMD и nVidia. Intel до недавнего времени существенно отставала от них, но сейчас выпускает собственный графический процессор – ​Xe. Таким образом, у Intel появился еще один фронт конкуренции, и от успеха реализации Хе зависит многое.

Наконец, возможно, самое главное: Intel активно конкурирует с nVidia за возможность стать де-факто платформой искусственного интеллекта. Однако на этом рынке наблюдается как огромный спрос, так и большое разно-образие предлагаемых решений.

Постулат о том, что искусственный интеллект (ИИ) нуждается в высокопроизводительных центральных и графических процессорах, также рушится. Теперь аппаратное обеспечение ИИ охватывает широкий диапазон – ​от старших моделей сопроцессоров ускорителей ИИ до SoC с интегрированными подсистемами ИИ и даже скромных микроконтроллеров с интегрированными блоками ускорителей ИИ. Разнообразие конкурентного ландшафта растет, а число игроков быстро увеличивается, хотя бóльшая часть задач ИИ все еще обрабатывается в ЦОД на процессорах Xeon, а Intel продолжает расширять поддержку ИИ за счет своих семейств FPGA Movidius, Habana и Alterra [1].


Рынок микропроцессоров в 2020 г.

Помимо вышеперечисленного на состояние Intel существенно влияет еще одна проблема – ​изменение рынка микропроцессоров, долгое время бывшего целевым для корпорации. Надо отметить, что у Intel всегда были почти монопольные позиции на рынке микропроцессоров. Но теперь изменился сам этот рынок – ​традиционные микропроцессоры ПК теперь занимают на нем около половины. Остальное приходится на прикладные микропроцессоры сотовых телефонов и встраиваемые процессоры. В этих секторах позиции Intel достаточно слабы.

По данным исследовательской корпорации IC Insights, общий объем продаж микропроцессоров в 2020 г. вырос до рекордного значения в 87,7 млрд долл. (рис. 3), что на 12% выше показателей 2019 г. Рост продаж был в первую очередь обусловлен высоким спросом на портативные компьютеры и мощные смартфоны с большим экраном. Эти приборы активно использовались во время карантинов, связанных с пандемией COVID‑19, для доступа в Интернет и облачных вычислений. Вторым фактором, стимулировавшим увеличение спроса на микропроцессоры, стало наращивание инвестиций в компьютеры и системы ЦОД. В 2021 г., по оценкам, прирост продаж намного замедлится – ​до 9%, а продажи достигнут 95,5 млрд долл.



Источник: IC Insights

Рисунок 3. Динамика рынка микропроцессоров в 2018–2025 гг. (фактические данные и прогноз)


В течение 2020–2025 гг. среднегодовые темпы роста продаж в сложных процентах (CAGR) по микропроцессорам составят 5,1%. Единственным годом снижения продаж, по прогнозам, станет 2024‑й (–2%), когда ожидается очередное мировое снижение темпов экономического развития. Отгрузки микропроцессоров в натуральном выражении за прогнозируемый период продемонстрируют CAGR = 2,3%. Наибольшие темпы роста в период 2020–2025 гг. продемонстрируют встраиваемые процессоры (темпы прироста их продаж будут измеряться двузначными показателями), основная доля роста продаж будет обеспечена прикладными микропроцессорами для сотовых телефонов, а темпы прироста продаж компьютерных микропроцессоров оцениваются как незначительные.

За последние пять лет (2015–2020) наибольшими темпами роста продаж также отличались встраиваемые микропроцессоры. Их продажи за этот период выросли на 114%. Тем не менее компьютерные ЦП по-прежнему занимают самую большую долю продаж микропроцессоров (рис. 4). Что касается роста продаж прикладных процессоров для сотовых телефонов, то их скромный рост – ​всего на 15% – ​обусловлен замедлением продаж смартфонов [5].



Источник: IC Insights

Рисунок 4. Изменение структуры рынка микропроцессоров в 2015–2020 гг.


Перспективы развития корпорации Intel

Intel обладает перспективой значительной синергии в широком спектре решений по обработке данных. Но в последнее время задача одновременного поддержания передовых производственных мощностей и расширения деятельности на сферу новых гетерогенных платформ (что соответствует тенденциям развития рынка) приводила к существенному напряжению сил и средств.

Сегодня ясно видно, что действие т. н. закона Мура (согласно которому число транзисторов на кристалле удваивается каждые 1,5–2 года без увеличения удельной стоимости функций для конечного потребителя) замедляется, если уже не прекратилось. Стоимость проектирования возросла во много раз, а производство SoC чрезвычайно усложнилось, что заметно удлинило цикл вывода на рынок новых товаров. В настоящее время проектирование и производство новейших SoC происходят с использованием таких подходов, как «система-в-модуле» (SiP) и чиплеты, применяются перспективные методики корпусирования, допускающие сочетание элементов, реализованных по разным проектным нормам (от новейших до зрелых). Это позволяет сократить издержки и время вывода продукции на рынок при одновременном повышении производительности системы.

Перспективные методы корпусирования полупроводниковых приборов рассматриваются как способ повышении ценности ИС, наращивания их функциональности, поддержания и увеличения производительности при одновременном снижении стоимости. Специалисты Intel осознали важность перспективных методик корпусирования, и в последние три-четыре года корпорация вложила значительные средства в их развитие.

Intel является пионером закона Мура (Гордон Мур, сформулировавший этот эмпирический «закон», был одним из основателей и руководителей корпорации) и долгое время для повышения производительности своих ИС использовала в основном масштабирование начальных этапов обработки пластин (FEOL). Теперь же в дополнение к FEOL-масштабированию все шире используется гетерогенная интеграция и перспективные методы корпусирования, переходящие с уровня подложки (прибора) на уровень пластины. В этом направлении ключевыми игроками стали Intel и TSMC. В представлении специалистов Intel наиболее многообещающее направление в области перспективных методов корпусирования заключается в разработке и обладании новейшими технологиями соединения кристаллов ИС и чиплетов в модуль, по функциональности сопоставимый с монолитной SoC. Для реализации подобного подхода необходимо добиваться создания межсоединений с высокой плотностью расположения, что обеспечит высокую пропускную способность и низкую потребляемую мощность. Корпорация Intel традиционно была первопроходцем в создании многих технологий корпусирования, таких как первые органические подложки с использованием метода перевернутого кристалла, формирование медных контактных столбиков, термокомпрессионное соединение. Сейчас Intel открывает очередной этап развития перспективных методов корпусирования высокого класса – ​за счет новых архитектур EMIB, Foveros и Co-EMIB (гибридный подход EMIB/Foveros, обеспечивающий межсоединения двух и более элементов Foveros при сохранении производительности однокристальной системы) и инвестиций собственных средств в соответствующие производственные мощности. Перспективные архитектуры 3D ИC корпорации первоначально ориентированы на мобильные продукты, такие как планшетные ПК. Помимо этого, они могут применяться в экосистемах высокопроизводительных вычислений (НРС) и сетей и средств связи 5G. Intel продолжает развивать архитектурный подход на основе чиплетов, использовать архитектуры Foveros и Co-EMIB и разрабатывать межсоединения с высокой плотностью размещения с использованием технологии гибридного монтажа (в качестве инструмента гетерогенной интеграции).

Что все это означает для долгосрочной стратегии Intel? Результаты могут быть самыми разными – ​в зависимости от успеха освоения корпорацией следующего технологического уровня. Возможно, в случае появления большей уверенности и стабильности в плане разработки технологических уровней с меньшими проектными нормами Intel снова вернется к полномасштабной эксплуатации и модернизированию собственных производственных мощностей и корпорации будет хватать ресурсов на это, но сейчас подобное развитие событий представляется маловероятным.

С другой стороны, текущие события могут оказаться началом долгого пути к превращению Intel в одну из многих полупроводниковых fabless-фирм. По мнению ряда специалистов, долгосрочная стратегия будет гибридной:

по многим изделиям Intel будет вести обработку пластин на собственных производственных мощностях по собственным технологическим процессам;

отношения с кремниевыми заводами будут поддерживаться по тем изделиям, где это будет выгодно.

Такой подход обеспечит корпорации бóльшую производственную гибкость. Побочным результатом станет новая конкурентная динамика, когда Intel и AMD конкурируют не только за долю на рынке ЦП и «победные конструкции», но и за доступ к мощностям кремниевых заводов, а главный бенифициар всего процесса – ​TSMC [1].


1. Hackenberg Tom. Intel Turns to TSMC: Another Step Towards Fabless? i-Micronews, January 21, 2021: https://www.i-micronews.com/intel-turns-to-tsmc-another-step-towards-fabless/ 

2. For the Release of 4 nm Intel Products, TSMC Will Have to Allocate an Entire Enterprise. World Today News, January 9, 2021: https://www.world-today-news.com/for-the-releaseof 4 nm-intel-products-tsmc-will-have-to-allocate-an-entire-enterprise/

3. Patterson Alan. TSMC Sees HPC As Next Inflection Point. EE Times, October 20, 2020: https://www.eetimes.com/tsmc-sees-hpc-as-nextinflection-point/?utm_source=newsletter&utm_campaign=link&utm_medium=EETimesDaily 

4. Hamblen Matt. Intel Agrees to Sell Its NAND Unit to SK Hynix for $9B. Fierce Electronics. October 19, 2020: https://www.fierceelectronics.com/electronics/intel-talks-to-sell-its-nand-unit-to-sk-hynix?mkt_tokhts, February 2, 2021: https://www.icinsights.com/news/bulletins/Total-MPU-Sales-Surprise-With-Strong-Gains-In‑2020-More-Upside-In‑2021/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ