Intel、AMD生死冤家，AMD會(huì)被玩死？

2015 年 10 月份，AMD 宣布 3.71 億美元出售在中國江蘇、馬來西亞檳城的封裝工廠給南通富士通公司，AMD 只保留 15%的股份，并獲得了 3.2 億美元的收益，本月初 AMD 宣布完成了與南通富士通公司的交易。

出售封裝廠是 AMD 業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的一部分，這是繼 2009 年拆分晶圓制造業(yè)務(wù)之后 AMD 再一次出售半導(dǎo)體工廠，他們將徹底轉(zhuǎn)變?yōu)闊o晶圓公司——這距離 AMD 創(chuàng)始人桑德斯的名言“好漢要有自己的晶圓廠”已經(jīng)過去了 23 年。

半導(dǎo)體工藝對(duì)處理器影響至關(guān)重要，可以說是決定了處理器的性能、功耗水平。先進(jìn)工藝可以給處理器帶來的種種優(yōu)勢，也是 Intel 能夠吊打 AMD 的根本原因之一。

那么，Intel 從什么時(shí)候開始制程工藝全面領(lǐng)先 AMD 的？

為了解答這個(gè)問題，這次的超能課堂文章中我們統(tǒng)計(jì)了 AMD、Intel 處理器的工藝升級(jí)路線圖。

上古時(shí)代的奔騰處理器就不說了，我們以 2000 年的奔騰 4 處理器為起點(diǎn)，對(duì)比了這 16 年來雙方代表性的處理器及工藝變化，如下圖所示：

AMD、Intel 處理器工藝升級(jí)路線圖

2000 年 Intel 首次推出了奔騰 4 處理器，第一款核心是基于 Willamette 架構(gòu)的，制程工藝是 180mm（0.18um）。同時(shí)代的 AMD 在工藝上并不差，當(dāng)年的雷鳥核心 Athlon 同樣是 180nm 工藝的。

此后，整個(gè)奔騰 4 時(shí)代，AMD 的處理器工藝都不比 Intel 落后，架構(gòu)性能甚至更領(lǐng)先，在 2003 年首發(fā) 64 位 K8 架構(gòu)發(fā)布之后尤其如此。

這種情況一直持續(xù)到 2006 年 Intel 推出了 Core 2 Duo 處理器（“扣肉”架構(gòu)最早用于移動(dòng)處理器，C2D 品牌時(shí)才用到桌面版）。

雖然奔騰 4 之后的 Core 架構(gòu)公認(rèn)是 Intel 的翻身之作，性能、能效表現(xiàn)上佳，但那時(shí)候 AMD、Intel 的工藝水平并沒有代差。

工藝領(lǐng)先的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在 2008 年，Intel 不僅推出了 Nehalem 架構(gòu)，處理器也升級(jí) 45nm 工藝，彼時(shí) AMD 推出的 K10 架構(gòu) Phenom 處理器還在使用 65nm 工藝。

Intel 的 Tick-Tock 戰(zhàn)略
 

那時(shí)候，Intel 不僅更換了 Core i7/i5/i3 這樣簡單好記的處理器品牌，制程工藝上也開始“開掛”，宣布了著名的 Tick-Tock 戰(zhàn)略——工藝、架構(gòu)隔代升級(jí)，2 年一個(gè)周期。

2007 年 45nm 工藝的 Penryn 處理器開始算起（移動(dòng)處理器架構(gòu)，第一個(gè)使用 45nm 工藝的），2008 年推出了 Nehalem 架構(gòu)，2010 年推出了 32nm 工藝的 Westmere 處理器（首次使用 HKMG 工藝），接著就是大部分人開始熟悉的 SNB、IVB、Haswell、Broadwell 及最新的 Skylake 了。　

在最近幾代 Tick-Tock 升級(jí)中，IVB 處理器的地位最為獨(dú)特——它屬于 Tick 環(huán)，也是工藝升級(jí)，但是 Intel 對(duì)它的描述是“不只是 Tick+”，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn) Intel 除了升級(jí)到 22nm 工藝之外還量產(chǎn)了 3D 晶體管工藝，其他半導(dǎo)體公司的叫法是 FinFET 工藝，原理上都類似，就是把晶體管從平面變成了 3D 立體式的。

3D 晶體管帶來的好處就是：與 Bulk、半耗盡型 PDSOI、全耗盡型 FDSOI 工藝相比，較低的電壓下性能提升 37%，同性能下功耗減少 50%；提高了晶體管開關(guān)速度；對(duì)于給定的晶體管則有更高的驅(qū)動(dòng)電流；成本上只增加了 2-3%，相比 FDSOI 工藝增加 10%的成本而言大大降低。

在 Intel 大步升級(jí)制程工藝的同時(shí)，AMD 卻做出了驚人的決定——多年的重負(fù)之下 AMD 終于選擇了拆分晶圓業(yè)務(wù)，與阿布扎比高級(jí)技術(shù)投資公司（ATIC）成立了 GlobalFoundries（格羅方德）公司，AMD 占股 1/3，但隨后 AMD 不斷減持，最終在 2011 年抽身，被稱為 AMD 女朋友的 GF 最終變成了獨(dú)立晶圓代工公司。

此后，AMD 在 K10 架構(gòu) TLB 問題之后推出了改進(jìn)版的 Phenom II 處理器（雖然大家說是 K10 二代架構(gòu)，但官方表示只有 1 個(gè) K10 架構(gòu)），制程工藝是 45nm SOI。

2011 年 AMD 在 K10 架構(gòu)之后拿出了“革命性”的推土機(jī)（Bulldozer）模塊化架構(gòu)，與當(dāng)時(shí)主流的 X86 架構(gòu)相比，AMD 的模塊多核架構(gòu)很有前瞻性，理念還是很超前的，F(xiàn)X-8150 還成為首款桌面 8 核處理器，制程工藝也升級(jí)到了 32nm SOI。

但是 AMD 的模塊多核并沒有成功——至少?zèng)]有 AMD 預(yù)期的那般成功，2011 年底推土機(jī)的 32nm SOI 在 32nm 工藝的 SNB 面前并不算落后，但是推土機(jī)性能表現(xiàn)不盡如人意，功耗也不如 SNB 那么優(yōu)秀。更悲劇的是，GF 拆分出去之后對(duì)新工藝的掌握一直不穩(wěn)定，不論產(chǎn)能還是性能都滿足不了 AMD 的要求（這個(gè)坑其實(shí)還是 AMD 自己挖的，沒拆分之前工藝已經(jīng)開始落后了）。

AMD 的高性能工藝自此就停留在了 32nm SOI 這一代上了，第二代模塊化架構(gòu) Piledriver 打樁機(jī)也是 32nm SOI 工藝，之后 AMD 的第一代 APU 處理器 Llano 也用的是 32nm SOI 工藝，也堅(jiān)持了三代產(chǎn)品，直到 2014 年的 Kaveri APU 上才換了 GF 的 28nm SHP 工藝，并沿用至今。

如今 Intel 與 AMD 的制程工藝已經(jīng)拉開三代差距了——AMD 在 32nm SOI 工藝之后就不再升級(jí) FX 高性能處理器了，每年只有零星的新型號(hào)發(fā)布而已，但架構(gòu)、工藝依然沒變，Intel 已經(jīng)發(fā)展到 14nm 工藝了。

公平來講，AMD 在半導(dǎo)體制程上也不是沒有高技術(shù)，在 Intel 未量產(chǎn) 3D 晶體管工藝之前，SOI（絕緣體上硅）技術(shù)一直是 AMD 處理器的獨(dú)家秘方，在晶體管之間加入絕緣體可以減少離散電容，更容易提升開關(guān)頻率，CPU 速度可提升 20-50%，同時(shí)還可以減少漏電流，降低功耗。

SOI 技術(shù)主要是 AMD 及 IBM 晶圓廠在用，Intel 一直拒絕使用 SOI 工藝，但是 32nm 工藝之后 AMD 也放棄 SOI 工藝了，28nm 節(jié)點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)的體積硅工藝。

10 年輪回，AMD 年底等來了新工藝
 

硅谷硬漢桑德斯創(chuàng)立了 AMD，并主政 AMD 30 多年，他對(duì) AMD 影響固然深遠(yuǎn)，寧愿虧損也要自己建晶圓廠的勇氣值得欽佩，但時(shí)代不一樣了，前任 CEO 的名言也不是金科玉律，AMD 放棄晶圓廠進(jìn)而放棄封裝廠的做法有他們自己的考慮。

外人的評(píng)價(jià)對(duì)他們來說并不重要，維持先進(jìn)的制造工藝對(duì) AMD 來說耗費(fèi)太大了，實(shí)際上就連藍(lán)色巨人 IBM 都放棄晶圓廠了，甚至是巨資補(bǔ)貼才找到 GlobalFoundries 接手。

在半導(dǎo)體制造上，AMD 當(dāng)初也是跟 Intel 并駕齊驅(qū)的，但在多年累積之后，AMD 的工藝升級(jí)已經(jīng)慢下來了。

轉(zhuǎn)折點(diǎn)就發(fā)生 2008 年前后，Intel 提出了 Tick-Tock 戰(zhàn)略，CPU 工藝、架構(gòu)明確了 2 年一次升級(jí)，而 AMD 當(dāng)時(shí)正在拆分晶圓廠。

K8 架構(gòu)之后的 K10 架構(gòu)出師不利，接下來的推土機(jī)架構(gòu)同樣沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，拆分出來的 GF 公司初期在制程工藝上一直不成熟，AMD 也深受其害。

但是我們并不能說 Intel 是靠著 Tick-Tock 戰(zhàn)略才在工藝上戰(zhàn)勝了 AMD，實(shí)際上這個(gè)因果關(guān)系是顛倒過來的——正因?yàn)?Intel 在半導(dǎo)體技術(shù)上有深厚的積累，才能推出 2 年升級(jí)一次的 Tick-Tock 戰(zhàn)略。

相比之下，AMD 的情況就糟糕了許多，他們每年的營收僅為 Intel 的零頭，價(jià)格戰(zhàn)導(dǎo)致盈利水平更是堪憂，而半導(dǎo)體工廠投資越來越高，一座 300mm 晶圓廠通常要花費(fèi) 50-100 億美元，而且折舊率很高，維持先進(jìn)工藝需要不斷升級(jí)，AMD 無力維持如此龐大的開支也是正常的。

此外，AMD 在 K8 之后的 K10、推土機(jī)架構(gòu)都不給力，無法重現(xiàn)當(dāng)年 Athlon 處理器高性能、高能效的輝煌，而 Intel 在 P4 架構(gòu)之后推出的 Conroe、Nehalem 等架構(gòu)奠定了今日的基礎(chǔ)，更有先進(jìn)工藝輔助，率先量產(chǎn)了 3D 晶體管工藝，這些都遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩開了 AMD 公司。

如今風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，Intel 的 Tick-Tock 戰(zhàn)略這兩年也停擺了，AMD 雖然硬拖著 32nm SOI 沒升級(jí)，但 GF 在放棄自家 14nm-XM 工藝轉(zhuǎn)而接受三星 14nm FinFET 工藝之后也靠譜多了。

AMD 煎熬了幾年之后總算等來了 Zen 架構(gòu)處理器，制程工藝也是 14nm FinFET 的，與 Intel 今年的 Kaby Lake 處理器處于同一級(jí)別，也就是說在 10 年之后 AMD 在工藝上終于再一次跟 Intel 同臺(tái)競技了，年底的好戲可不容錯(cuò)過。