英特尔疯狂建厂

要夺回领导地位，英特尔来势汹汹。英特尔的目标是在本世纪末成为世界第二大晶圆代工厂。最近几年来，英特尔的路线很激进，无论是‘四年五个制程节点’对先进工艺的追逐，还是在2030年实现在单个封装中集成一万亿个晶体管，以及代工服务业务的开展。

台积电的扩产计划

在2023年北美技术研讨会上，台积电介绍了其未来的扩产计划。从2017年到2019年，台积电平均每年建设两期晶圆厂左右。而从2020年到2023年，平均值将显着增加到5左右。近两年，台积电共开工建设10期新厂，包括5期中国台湾晶圆厂、2期中国台湾先进封装厂、3期海外晶圆厂。

具体地区上来看，台积电在台湾正在为N2的生产建设新的晶圆厂，新竹的Fab 20和台中的新工厂。在美国，台积电计划在亚利桑那州建设 2 座晶圆厂，N4首座晶圆厂已开始设备进场，2024年量产。第二座工厂正在建设中，计划用于生产 N3。两家晶圆厂的总产能将达到每年 60 万片晶圆。

早在2021年，台积电就台积电携手日本索尼在日本设立子公司JASM，并合作兴建营运晶圆厂，初期采用22/28纳米制程提供专业集成电路制造服务，以满足全球市场对特殊技术的强劲需求。日本JASM晶圆厂预计2022年开始兴建，2024年底前生产。建成后，月产能达4.5万片12英寸晶圆。初期预估资本支出约70亿美元，并获日本政府承诺支持。

今年4月份，据消息人士透露，台积电将与博世以及其他两家与汽车行业相关的欧洲公司合作，意欲在德国建设28nm晶圆厂，讨论仍在进行中。这种成熟节点非常适合汽车芯片，而欧洲又是汽车重镇。到2024年，28纳米及以下工艺的海外产能将比2020年增长3倍。

但相比之下，台积电在国内的28nm扩产计划就不那么美好。在上述消息传出之前，台积电在高雄的28纳米扩产计划被取消。台积电2021年11月宣布在高雄投资设立7纳米、28纳米二座12英寸晶圆厂，7纳米厂已在今年初宣布暂停，如今又传出台积电原订1月开标的高雄厂机电工程标案延后1年，相关无尘室、装机作业延后、台积电高雄厂计划采购的28纳米机台清单也全数取消。

由于AI应用的火爆，台积电的先进封装需求剧增。2023年6月份，台积电宣布新建一个先进封装厂，为Fab6，来扩展3D Fabric封装技术。该晶圆厂于2020年开工建设，位于竹南科学园区，基地面积达14.3公顷，是台积电迄今为止*的先进后道晶圆厂，洁净室面积大于台积电其他先进后道晶圆厂的总和。台积电估计，该晶圆厂将具备年产100万片以上12英寸晶圆等效3DFabric制程技术的能力，以及每年超过1000万小时的测试服务。台积电3DFabric包含多种先进的 3D 硅堆叠和先进的封装技术，如SoIC、InFO、CoWoS和先进测试，可支持范围广泛的下一代产品。

英特尔来的更猛烈一些？

英特尔目前在全球有10个制造厂，在现有的基地中，包括五个晶圆厂和四个装配和测试设施。过去几年，英特尔不断在这些基地的基础上进行扩产建厂。而现在，英特尔正积极推进其制造业务的进一步扩张，以进一步拓展其制造版图。

英特尔目前的整个制造版图（图源：英特尔）

英特尔在欧洲

作为IDM 2.0的战略规划的一部分，英特尔计划在未来十年内沿着整个半导体价值链（从研发到制造和先进封装）在欧盟投资多达 800亿欧元。英特尔*阶段在整个欧洲计划初始投资超过330亿欧元，具体规划蓝图是，在德国建设*的半导体芯片制造工厂，在法国建立新的研发 (R&D) 和设计中心，并扩大研发能力、制造、代工服务和在爱尔兰、意大利、波兰和西班牙进行后端生产。英特尔此举也将有助于欧洲实现到2030年拿下全球半导体20%的制造目标。

波兰建设封测厂（新建）

2023年6月16日，英特尔计划投资高达46亿美元在波兰弗罗茨瓦夫附近新建一个半导体组装和测试工厂。波兰总理Mateusz Morawiecki称英特尔工厂是“波兰历史上*的绿地投资”。该工厂将于2027年上线。英特尔表示这个工厂靠近其计划在德国和爱尔兰的工厂，结合起来，这些设施将有助于在整个欧洲创建一个端到端的*半导体制造价值链。

英特尔在波兰的布局始于1993年，彼时其在波兰的首都华沙开设销售办事处；1999年英特尔通过位于格但斯克（Gdansk）的收购网络设备厂商Olicom成立了研发中心；到2022年，格但斯克研发办公室成为英特尔在欧洲*的研发中心。

德国建设巨型晶圆厂（新建）

早在2022年3月15日，英特尔在德国已经宣布投资170亿欧元建立了一个半导体巨型晶圆厂，原本商定德国政府补贴68亿欧元，但由于材料成本和劳动成本的大幅上涨，后来英特尔又抬高到99亿欧元（108.3 亿美元）的补贴价格，2023年6月19日，双方签署了修订后的意向书。位于德国的这一新的晶圆厂预计将交付采用英特尔*进的埃时代晶体管技术的芯片。

参加 2023 年 6 月 19 日仪式的代表包括（前排左起）英特尔首席全球运营官 Keyvan Esfarjani；经济、金融和欧洲事务国务秘书 Jörg Kukies；和（后排左起）英特尔首席执行官 Pat Gelsinger；和德国总理奥拉夫·舒尔茨。图片来源：Bundesregierung/Kugler

爱尔兰（扩产）

2019年英特尔对其位于爱尔兰的晶圆厂进行扩建，投资70亿美元，新建一个Fab 34，将于2023年上线。该工厂将使英特尔爱尔兰的制造空间扩大一倍，并为lntel 4工艺技术的生产铺平道路。

英特尔在以色列

6月份，据以色列时报报道，英特尔已与以色列政府签署原则性协议，投资250亿美元在Kiryat Gat建设芯片制造厂。“这是以色列国有史以来*的投资，”内塔尼亚胡在周日的每周内阁会议上说。其实早在2019 年，英特尔已经就投资约100亿美元建设 Kiryat Gat 芯片工厂进行了谈判。Kiryat Gat工厂预计将于2027年开业。

以色列对于英特尔的贡献颇大，大约50年前，一位在加利福尼亚州为英特尔工作的以色列工程师Dov Frohman，他在1972年发明了EPROM，即紫外线可擦除只读存储芯片，最终导致了闪存的诞生。1974年英特尔在以色列开设了*个以色列办事处（英特尔希望找到更多Frohmans）。英特尔的第 7代和第8代英特尔酷睿处理器主要在以色列开发。

Dov Frohman发明了EPROM

英特尔在美国

俄勒冈州

2022年4月11日，英特尔对其位于俄勒冈州希尔斯伯勒的晶圆厂D1X扩建，该项目投资30亿美元。并将这个占地500亩的园区新命名为Ronler Acres的Gordon Moore Park，以纪念英特尔联合创始人戈登摩尔。英特尔在俄勒冈州的芯片工厂是全球*的工厂。

俄亥俄州（新建）

2022年1月，英特尔已宣布计划初始投资超过200亿美元，在俄亥俄州利金县建设两家新的尖端晶圆厂。这是俄亥俄州历史上*的单一私营部门投资。2023年5月，该芯片厂已经开始浇筑混凝土。

英特尔俄亥俄州的建设近况（图源：英特尔）

亚利桑那州（新建）

2021年9月24日，英特尔投资200亿美元在亚利桑那州钱德勒的Ocotillo校区的两家新的晶圆厂破土动工，分别命名为Fab 52和Fab 62。届时英特尔Ocotillo园区将共有六个晶圆厂。这两个晶圆厂将于2024年开始运营，新晶圆厂将制造英特尔*进的工艺技术，包括采用全新RibbonFET和PowerVia技术的英特尔20A。

新墨西哥州（扩产投资）

2021年5月3日，英特尔宣布将向其新墨西哥州的业务投资35亿美元，发展Foveros先进封装技术。位于新墨西哥州的eRio Rancho 工厂目前开发和制造封装技术、内存和连接技术。

晶圆厂建设的复杂性和成本

据英特尔的信息，一个设备齐全的新工厂耗资约100亿美元，需要7000名建筑工人大约三年才能完成。一个典型的英特尔晶圆厂包含大约1,200种先进工具，其中许多价值数百万美元。晶圆厂的四个级别中有三个支持洁净室级别，即实际芯片生产的地方。

来源：英特尔

- 最上层是插页和风扇甲板，风机甲板上的系统可以保持洁净室中的空气无颗粒，并精确地保持适合生产的温度和湿度。这一层被称为间隙层，是晶圆厂的最高层。

- 接下来是洁净室，工作人员穿着兔子服，以防止绒毛、毛发和皮肤碎片离开硅片。有趣的是，洁净室通常使用黄色灯光照明，这在光刻过程中是必要的，以防止光刻胶受到波长较短的光的影响。

- 再往下一级是洁净车间，其中包含数千台泵、变压器、电源柜和其他支持洁净室的系统。被称为“分支”的大型管道将气体、液体、废物和废气输送到生产工具中。在这个层面上，工人不穿兔子服，但他们戴着安全帽、安全眼镜、手套和鞋套。

- *层是实用层，支持工厂的电气面板位于这里，还有与清洁子工厂的侧管相连的“主电源”-大公用管道和管道系统。此外，这里还设有冷却器和压缩机系统。负责监控这一层设备的工作人员穿着便服，戴着安全帽和安全眼镜。

在晶圆厂的建设过程中，物料更是大的惊人。最重的货物是55吨的冷水机，相当于12头平均体型的非洲象。此外，将挖掘超过200万立方码的土壤和岩石，并在现场进行再利用，这足以填满俄亥俄州立大学的足球场。工程还需要浇筑50万立方米的混凝土，以及10万吨的钢筋，相当于世界最高建筑迪拜哈利法塔（Burj Khalifa）的两倍以上。此外，还将使用5.8万吨的结构钢，重量比埃菲尔铁塔还要大8倍。预计将有7000名现场技工参与施工，总工时预计将超过1500万小时，相当于超过1700年的工作时间。另外，还将安装长达23米的电缆，这一长度相当于166个马拉松的全程。

英特尔重回领导地位的几大“法宝”技术

如此大的投资布局，英特尔要重夺领导地位的决心和来势不容小觑。而关于英特尔能否重回领导地位，业界众说纷纭。英特尔在10nm工艺节点上大约晚了5年，但是根据Wikichip Fuse的说法，英特尔可能会在今年晚些时候凭借其即将推出的Intel 4节点回到最前沿。在代工领域，根据TrendForce的数据，台积电在第三方芯片制造业务中的市场份额约为59%，其次是三星的16%，英特尔的份额还相对很小。

要重回领导地位，仅靠建厂是不够的，产能是很重要的一方面，但还需要在芯片微缩方面先进技术上的突破。目前，英特尔有两大重要技术“法宝”。

其中一大法宝是RibbonFET，它是基于Gate All Around (GAA) 晶体管开发的。RibbonFET是英特尔自FinFET以后的*全新晶体管架构。RibbonFET革新之处在于它堆叠了多个通道以实现与多个鳍片相同的驱动电流，但占用空间更小（如下图右）。对于给定的封装，更高的驱动电流会导致更快的晶体管开关速度，并最终带来更高的性能。

另外一大法宝是PowerVia背面供电：所谓的背面供电简单而言就是通过将电源线移至晶圆背面。数十年来，晶体管架构中的电源线和信号线一直都在“抢占”晶圆内的同一块空间。通过在结构上将这两者的布线分开，可以很好地提高芯片性能和能效。

在研发代号为“Blue Sky Creek”的测试芯片上，英特尔已经证实了这项技术确实能显著提高芯片的使用效率，单元利用率（cell utilization）超过90%，平台电压（platform voltage）降低了30%，并实现了6%的频率增益（frequency benefit）。PowerVia测试芯片也展示了良好的散热特性，符合逻辑微缩预期将实现的更高功率密度。

研发代号为“Blue Sky Creek”的测试芯片

背面供电对晶体管微缩而言至关重要，可使芯片设计公司在不牺牲资源的同时提高晶体管密度，进而显著地提高功率和性能。英特尔的PowerVia将于2024年上半年在Intel 20A制程节点上推出。该技术将可以很好的支持英特尔代工服务（IFS）客户在内的芯片设计公司。

目前在台积电、三星和英特尔这三大晶圆厂中，英特尔在背面供电技术领域是率先取得收获的。早在2012年，英特尔引入FinFET技术，让英特尔独领风骚好多年。英特尔认为PowerVia技术将是其新的FinFET时刻。如果英特尔能够按照其承诺实现该技术，那么其预计在部署背面供电方面至少比台积电和三星*两年。

除此之外，英特尔也在2D材料等领域不断探索，据悉英特尔和CEA-Leti将使用层转移技术在300毫米晶圆上开发金属二硫化物 (2D TMD)，例如基于钼和钨的TMD，目标是将摩尔定律扩展到2030年以后。这主要是因为2D-FET提供了固有的亚1nm晶体管沟道厚度。

虽说还有各种各样新技术、新材料、封装和互联技术等等的支撑，但英特尔折戟10nm制程之后，RibbonFET和PowerVia这两大技术将成为英特尔重回正轨的关键，再一次的成败似乎在此一举。或许我们将见证晶体管性能的又一次飞跃。

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