在2012年出任VMWare公司CEO之前，Pat Gelsinger一直長期效力於英特爾，且職業生涯最早可以追溯到Andy Grove時代。到Craig Barrett和Paul Otellini領導時期，Gelsinger則擔任首席技術官職務。可以肯定地說，他在英特爾的基因中留下了屬於自己的烙印。但在2021年接掌英特爾CEO後不久公布的IDM 2.0激進戰略，即推動晶片巨頭重拾領先半導體代工能力時，人們仍表現出了合理的質疑。當時英特爾因沉迷於榨乾前代製程節點而被嘲諷為「牙膏廠」，最終失去了在半導體製程技術領域的優勢地位。此外，該公司在傳統PC和伺服器處理器市場也面臨著巨大的競爭壓力。但一切戰略判斷都要由結論來論證，短短三年之後，英特爾不僅即將實現Gelsinger劃定的宏偉目標，而且也迎來了與以往截然不同的全新面貌。
IDM轉型中的挑戰
Gelsinger戰略中的一大核心正是IDM 2.0。有些朋友對這條術語可能並不熟悉，其全稱為集成設備製造商，指那些負責設計並製造晶片的半導體企業。相比之下，目前大多數半導體企業普遍轉向無晶圓或者輕晶圓設施的商業模式，即更多依靠半導體代工廠與封裝商來製造部分或者全部晶片的後端組裝與測試工作。當前仍繼續投資或者至少維持一定晶圓製造能力的廠商包括英特爾、Microchip、美光、恩智浦、Onsemi、三星、SK海力士與德州儀器等。這些公司之所以繼續承擔這部分投入，原因是其產品製造過程有著較高的專業性要求。而大多數邏輯組件（包括處理器、微控制器、數字信號處理器DSP、圖形處理單元GPU、現場可編程門陣列FPGA等）廠商都選擇將製造環節外包出去。這部分外包業務在格羅方德、三星、中芯國際、台積電及聯華電子等代工廠及半導體企業間分攤以降低成本。其中格羅方德為AMD公司於2009年拆分出的晶片製造部門。
半導體製造是一項投資成本極高的業務，要求對新型製造工藝開展持續投入，從而繼續保持摩爾定律所提出的半導體性能、密度與成本變化規律。此外，新型製造能力本身的設施部署與規劃同樣燒錢兇猛。從整個半導體行業的歷史來看，這兩部分投入一直保持著指數級增長。英特爾估計，向極紫外（EUV）光刻技術的升級已經將新建晶圓廠的成本提升至約250億美元，而下一代高數值孔徑（High-NA）EUV技術將進一步提升成本數字，達到300億美元以上。在不討論技術細節的情況下，這些更先進的製程工藝能夠在晶片上實現更小的設計功能，單個電晶體可能很快就會縮小到與單個原子相當的尺寸。
IDM 2.0轉型之旅
Gelsinger介紹的IDM 2.0戰略涉及「技術與產品領先」的三大關鍵環節：1）利用業界領先的製程技術擴大英特爾的晶片製造能力；2）進一步利用第三方代工產能以滿足公司內部需求；3）發展成為世界一流的代工廠，目標是到2030年成為全球第二大代工企業。這些宏觀目標中還涵蓋未來四年內交付五大新型製程節點的承諾，通過對現有晶圓廠的擴建以及在亞利桑那州、俄亥俄州及德國的六處新晶圓廠建設項目幫助英特爾重奪製程技術領先地位。如果計劃順利落地，那麼整體晶圓產能擴建投入可能達到1000億美元。這些目標既雄心勃勃，也遠遠超過了整個半導體行業以往出現過的任何投資規模。
與此同時，IDM 2.0還要求英特爾將業務戰略向晶片代工方向傾斜，這同樣是項困難重重的任務。三星與格羅方德均已實現了類似轉型，但也遭遇到一系列重大挑戰。如今格羅方德已經成為一家類似於台積電的純代工廠商，而三星則成為一家產品與代工服務相互獨立的企業，更類似於英特爾想要達成的目標。英特爾之前也曾嘗試提供代工服務，但由於價格不菲因此缺少強大的市場競爭力。具體來講，除非客戶需要的是必須藉助英特爾專有工具才能設計和製造的大尺寸晶片，且同意英特爾繼續堅持使用相對滿後的製程工藝，否則根本不可能選擇其作為代工合作夥伴。而問題在於，這兩項條件恰恰收窄了晶片產品的優化與差異化空間，導致客戶幾乎無法接受。於是強調成本效益的移動設備等功耗敏感類用例另覓他路，迫使英特爾重新考慮可行的市場定位與獨立代工業務的存在基礎。
證明點
英特爾成功轉型代工業務並實現IDM 2.0目標的第一大證明點，不僅在於英特爾著手建設其晶圓設施，還同步開設了用於代工服務的英特爾封裝部門。英特爾在先進封裝方面長期投入研發資源，是最早使用多晶片模塊的廠商之一，展示了使用矽通孔（TSV）的堆疊晶片，目前也在率先利用玻璃基板開發未來高性能用例。過去曾有一些企業與英特爾接洽，希望使用其在封裝方面的專業知識，但英特爾拒絕了這項業務，明確表示只接受封裝加整體代工的捆綁模式。而向其他公司開放其行進封裝能力正是保證英特爾在IDM 2.0戰略中實現初步代工營收增長的關鍵。另外，英特爾也在對封裝能力投入額外資源，特別是嵌入式多晶片互連（EMIB）與3D Foveros封裝能力。其目前在新墨西哥州和馬來西亞設有工廠，波蘭的新工廠也在建設當中。
第二個證明點在於提供新的製程技術，這將幫助英特爾重新回歸市場並奪取領導地位，具體方案為未來四年內交付五個新的製程節點。正如英特爾在最近的Direct Connect大會上所介紹，該公司已經兌現了這項承諾，宣布已經在名為18A的第五個製程節點上完成了首批Clearwater Forest伺服器處理器的流片工作。此外，該公司又公布了第六大主要製程節點14A，並推出了多個相關子節點——這是代工企業的常見方案，旨在滿足不同產品及應用場景的具體需求。
英特爾還進一步討論了其各個製程節點及先進封裝與其他領先代工廠之間的比較結果，展示出其目前在哪些方面仍落後於競爭對手、計劃在何時超越競爭對手。據英特爾介紹，18A製程節點將幫助該公司重新回歸與競爭對手相當的水平，甚至可在某些情況下領先競爭對手，特別是在高性能計算（HPC）應用方面。英特爾堅信，即使是在移動應用方面，14A製程節點也將幫助其獲得遙遙領先的江湖地位。在此之後，英特爾希望恢復更常規的每兩年一種製程節點發展節奏。
第三個證據點，體現在製造產能投資的增加以及投資管理方式的變化上。由於美國政府有意保障未來半導體製造的供應安全與經濟增長，Gelsinger才決定大舉投資，擴大俄勒岡州、愛爾蘭及以色列代工廠的產能，並在亞利桑那州、俄亥俄州和德國建造六處新代工廠。大部分前期投資在政府撥款承諾之前就已經劃出，甚至早於《美國晶片法案》。現如今，英特爾已經從美國和歐洲政府的激勵措施、客戶承諾（從18A製程節點的前五家客戶處）及其財務合作夥伴手中獲得了超過500億美元資金。此外，英特爾還從美國政府處拿到了額外110億美元貸款和25%的投資稅收抵免額度。
除了自身對晶圓廠產能的投資之外，英特爾還與以色列高塔半導體及聯華電子兩家擁有悠久歷史的代工大廠合作。高塔將投資安裝新設備，幫助英特爾部署位於新墨西哥州的模擬產品工廠；聯華電子則與英特爾合作，利用三處較舊的亞利桑那州工廠及製程節點（從12納米起）製造工業物聯網、移動設備、通信基礎設施及網路用晶片產品。
這項投資面臨的另一個難題，在於如何充分利用當前及未來產能。作為嚴格意義上的IDM廠商，英特爾以往平均在三個製程節點之後才會對晶圓廠進行改造，藉此充分發掘實體晶圓製造設施的投資回報。雖然這樣做能夠更好地重用原有結構與基礎設施，但也意味著舊有製程節點會在一段時間後被徹底拋棄，導致不少代工廠客戶買不到所需產品。根據Omdia Research的數據，只有不到3%的晶片是在最新製程節點上生產而成。因此，英特爾正在從為新製程節點改造晶圓廠轉向長期維護晶圓廠，藉此為舊製程節點延長生命周期，具體如下圖所示。換言之，這要求英特爾為新的製程節點提供額外的產能容量。
值得注意的是，一處晶圓廠可以同時支持多種製程節點。各製程節點之間往往有著較高的設備重用率。其差異往往在於不同製程之間的具體步驟數，例如浸沒式光刻與EUV光刻。然而，也有部分製程節點的過渡需要對新產能投入大量資金，例如通過引入高數值孔徑光刻實現的14A節點。英特爾認為，其新一輪資本投入將在2024年達到峰值。從2025年開始，代工業務將能夠以更低的投資換取更高的回報，特別是在新客戶開始利用英特爾較舊且成本分攤情況更好的製程節點之後。
第四個證據點，也是最讓人印象深刻的一點，就是英特爾正快速轉向支持行業標準的電子設計自動化（EDA）工具。正如該公司在Direct Connect大會上所指出，英特爾目前已經支持Ansys、Cadence、西門子及Synopsys等公司的全部行業標準EDA工具。這對於降低英特爾代工服務的客戶使用門檻而言至關重要，最終拆解了以往阻止其他差異化供應商選擇其作為代工合作夥伴的最大障礙之一。
第五個證明點，在於完成製造部門的拆分，其目前被稱為Intel Foundry。就在本周，英特爾公布了Intel Foundry的最新報告結構，包括對2021年的財務狀況進行了細分與重述，介紹了向內部及外部客戶收費的通用模型，同時發布對英特爾產品及Intel Foundry收入/盈利的整體預期。財務數據表明，Intel Foundry此前的運營效率之所以低下，主要是由於其產品小組缺乏對快速運行、測試時間較長、工程樣品訂單量大且產能利用不足等問題的合理解決方案。
從數字來看，Intel Foundry在短期內已經、並將在一定時期內繼續虧損，但英特爾堅信這一切都是推高2030年時英特爾產品（毛利率60%/淨利率40%）與Intel Foundry（毛利率40%/淨利率30%）的收益水平。
外部客戶選擇Intel Foundry的一大好處，在於其製程工藝已經過充分測試，並用於英特爾產品的大批量生產。這將顯著縮短外部客戶的生產爬坡周期，英特爾預計到2030年，先進封裝、先進EUV製程節點與舊製程節點的外部客戶收入將達到150億美元，且每款產品都將保持較高的利潤比例。因此，英特爾認定到2030年，其投資回報率也將恢復至兩位數水平。
最後一個證明點，在於英特爾對其代工業務的基本定位。英特爾的野心不僅局限於為外部客戶製造及組裝晶片，而是將Intel Foundry視為一家系統代工廠，通過各種服務充分發掘英特爾從半導體製程技術到系統開發的廣泛工程專業知識。正如Gelsinger所言，「機架本身正成為一套整體系統，而系統正在凝聚為一枚晶片。」隨著市場對於性能要求的不斷提高，特別是生成式AI工作負載的迅猛發展，市場用例越來越需要將處理、內存和網路資源緊密結合在一起。Tirias Research認為到2030年，我們對晶片的認識將發生巨大變化。在極致性能場景下，「晶片」可能是功率達到2000瓦甚至更高的單個封裝，這將極大改變行業對於系統構建的基本思路。
各位觀眾，下面把舞台交給英特爾！
儘管我們仍有理由對Gelsinger為英特爾制定的雄心勃勃的IDM 2.0目標持謹慎甚至是一定的懷疑態度，但這家晶片巨頭確實步步為營達成了目標，並正在轉型為世界一流的領先半導體代工服務商的道路上堅定前行。當然，現實挑戰也仍然存在——英特爾曾公開表示，他們目前只有五家18A製程節點客戶。Tirias Rsearch認為，面對緊張的勞動力供應市場，招攬掌握稀缺技能的人才絕非易事；因此想要在製造和技術支持方面擴大組織規模、為更多外部客戶提供服務，英特爾還有許多難題需要克服。雖然可以通過額外的工具與自動化來實現一定程度的擴展，但人員仍是一項重要資產。此外，英特爾將在未來十年內建設眾多位於不同地理位置的新晶圓廠，這同樣困難重重。然而，代工業務的地理多樣性在本質上對英特爾及其客戶來說都是利大於弊的必要舉措。
就目前來看，Gelsinger在IDM 2.0身上的巨額押注似乎正如期推進。而從長遠出發，這項目標的達成也必將為英特爾、半導體行業乃至大部分面向美國及歐洲經濟體的投資帶來可觀回報。
