Intelov plan oporavka čipa mogao bi vratiti američku proizvodnu snagu

Strategija proizvođača čipova rizična je i trajat će godinama, čak i uz državne subvencije. Ova je priča dio Road Trip 2021, CNET-ovog pokrivanja push and pull za proizvodnju više proizvoda u SAD-u.

Vrim se u Intelovoj tvornici čipova izvan Phoenixa, u paketu od glave do pete u Gore-Tex odijelu da me spriječi da kontaminiram milijarde dolara vrijednu najosjetljiviju opremu za proizvodnju na svijetu. Dok plastične mahune silikonskih pločica šeću od stanice do stanice duž tranzitnih linija na krovu, u prostoriji nema ničega što bi se činilo zastarjelom. Ipak, mislim u sebi: gledam ili prošlost ili budućnost američke proizvodnje.

To je zato što je Intel na račvanju. Jedan smjer vodi do ugodnog zastoja kao dizajner procesora, možda s sporednim poslom koji proizvodi čipove s jučerašnjom tehnologijom.
Robert Rodriguez/CNET

Nakon što je protraćio vodstvo zbog pola desetljeća problema s modernizacijom proizvodnje, Intel je upravo tu krenuo. Ikona iz Silicijske doline ustupila je tržišni udio procesora dugogodišnjem konkurentu AMD-u, izgubila Mac posao zbog Appleovih internih čipova M-serije i zaostala za Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) i Samsungom u proizvodnji čipova.

Pat Gelsinger, novi izvršni direktor Intela, želi krenuti drugim smjerom: vratiti tvrtki status lidera u industriji poluvodiča, enormno profitabilnog inovatora koji svake godine pokreće napredak u telefonima, računalima, pametnim satovima, internetskim uslugama i svemu ostalom u našoj digitalnoj živi. Za postizanje tog cilja potreban je niz velikih proizvodnih nadogradnji i isporuka kvarteta novih čipova koje će te nadogradnje omogućiti: Alder Lake za gaming računala ove godine i prijenosna računala sljedeće godine, Ponte Vecchio i Sapphire Rapids za poslužitelje 2022. i Meteor Lake za računala u 2023. Intel će morati ispraviti sve kako treba nakon godina što je mnogo toga pogrešno.

Uz “desetljeće loših odluka, ovo se ne popravlja preko noći”, kaže Gelsinger u intervjuu. “Ali dno je iza nas i padina postaje sve jača.”

Intelov izbor, na obalu ili ponovnu izgradnju, simbol je onoga s kojim se suočavaju cijele Sjedinjene Države. Većina proizvodnog vodstva zemlje 20. stoljeća migriralo je u Aziju, posebice u Kinu. Intel je jedan od najistaknutijih primjera tvrtke koja pokušava održati američku proizvodnju živom. Dok hodam kroz njegove pogone za proizvodnju čipova – “fabs” – Gelsingerovi planovi su u tijeku. U fabrici CH4 zaposlenici se kreću oko kolica prepuna Ponte Vecchio procesora, sastavljenih od desetaka manjih “chipleta” i vjerojatno namijenjenih superračunalu Odjela za energetiku, Aurora 2022. Iako Meteor Lake neće stići više od godinu dana, Intel izrađuje lažne verzije za otklanjanje pogrešaka u novoj tehnologiji pakiranja čipova.

Na putu je i više fabrika. U ogromnom praznom komadu prljavštine na svom postojećem mjestu u Arizoni, Intel je upravo počeo graditi fabrike 52 i 62 po ukupnoj cijeni od 20 milijardi dolara, koji će proizvoditi Intelove najnaprednije čipove, počevši od 2024. Kasnije ove godine, nada se da će objaviti mjesto u SAD-u za svoj treći veliki proizvodni kompleks, mjesto od 1000 hektara koje košta oko 100 milijardi dolara. Obveza potrošnje čini da ovogodišnja nadogradnja vrijedne 3,5 milijardi dolara na fabriku u Novom Meksiku izgleda jeftino.

Cilj je vratiti američki udio u proizvodnji čipova, koji je pao sa 37% 1990. na 12% danas. “Tijekom desetljeća pred nama, trebali bismo nastojati dovesti SAD do 30% svjetske proizvodnje poluvodiča”, kaže Gelsinger.

Gelsinger ima sluh za političare, uključujući ljude iz Bidenove administracije i američkog Senata, koji je u lipnju odobrio nacrt zakona kojim se izdvaja 52 milijarde dolara američkim poluvodičkim tvrtkama koje žele zadržati osnovnu proizvodnju u SAD-u. U srijedu je predsjednica Predstavničkog doma Nancy Pelosi najavila nastojanje da se zakon progura kroz oba doma Kongresa. Ako se usvoji zakon, mogao bi srušiti oko 3 milijarde dolara od cijene od 10 milijardi dolara za svaku novu fabriku, a razina subvencije za koju Gelsinger kaže da bi bila jednaka onoj u Tajvanu i Koreji.

Ali povratak Intela u njegove slavne dane — i usidrenje novog američkog poslovanja s elektronikom u tom procesu — puno je lakše reći nego učiniti.

Profitabilna proizvodnja čipsa znači pokretanje fabrika s maksimalnim kapacitetom kako bi se isplatila ogromna ulaganja potrebna za ostanak na vrhuncu. Tvrtka koja ne može držati korak biva istisnuta, poput IBM-a 2014. ili Global Foundriesa 2018. Kako bi nadoknadio zaostatak nakon svojih kašnjenja, Intel sada planira nadograditi svoju proizvodnju pet puta u sljedeće četiri godine, što je vrtoglav tempo prema industrijskim standardima .

“Ovaj novi plan puta koji su najavili stvarno je agresivan”, kaže analitičar Linley Group Linley Gwennap. “Nemam pojma kako će sve to postići.”
Povratak Pata Gelsingera

Gelsinger je odrastao na farmi u Pennsylvaniji i pridružio se Intelu kao tinejdžer 1979. godine kao tehničar za kontrolu kvalitete, stekavši diplomu elektrotehnike dok je bio u tvrtki. Proveo je sljedeća tri desetljeća u Intelu, uspinjavši se do inženjera čipova, zatim vođe dizajna 486, a zatim do glavnog tehnološkog direktora 2001. Kada je postalo očito da neće biti imenovan izvršnim direktorom, Gelsinger je 2009. dao otkaz u Intelu na mjesto proizvođača sustava za pohranu podataka EMC, a 2012. je preuzeo njegov softverski spinoff, VMware. Njegov san da vodi Intel ostvario se ove veljače kada ga je odbor imenovao na mjesto Boba Swana, bivšeg Intelovog glavnog financijskog direktora, koji je taj posao obavljao dvije godine.

Intelov odbor podržao je Gelsignerov plan da više usmjeri tvrtku u stilu prva tri tehnički stručna izvršna direktora tvrtke: suosnivač Robert Noyce, Gordon Moore iz Moore's Law slave i Andy Grove, autor temeljne poslovne knjige iz Silicijske doline Only the Paranoid Preživjeti. (Swan nije imao inženjersku pozadinu.) Gelsinger nastoji oživjeti Groveov stil upravljanja, s nepokolebljivim procjenama i prosudbama utemeljenim na podacima.

“Bio je to nadahnuti izbor”, kaže Andrew Feldman, izvršni direktor Cerebrasa, startupa koji dizajnira čipove umjetne inteligencije za vlastite računalne sustave s umjetnom inteligencijom. Kao i kada je Microsoft imenovao Satyu Nadellu za vođu, došlo je vrijeme za “promišljenog tehnologa”.

Sada Gelsinger ima tehnološki prvi plan oporavka. Obećao je ubrzati nadogradnju proizvodnje kako bi se uskladio s tehnologijom TSMC-a i Samsunga do 2024. i nadmašio ih 2025. Otvara Intelove fabrike drugim tvrtkama koje trebaju čipove izgrađene putem njegovih novih Intel Foundry Services (IFS). I oslanja se na druge ljevaonice, uključujući TSMC, za otprilike četvrtinu Intelove kratkoročne proizvodnje čipova treba zadržati svoje čipove konkurentnijima tijekom nadogradnje.

Ova trostruka strategija naziva se IDM (integrirani dizajn i proizvodnja) 2.0. To je novi pogled na Intelovu filozofiju dizajna i izrade čipova. Ambiciozniji je od budućnosti koju su neki očekivali, u kojoj će Intel prodati svoje tvornice i pridružiti se redovima “fabless” dizajnera čipova kao što su Nvidia, AMD i Qualcomm koji se oslanjaju na druge za proizvodnju.
Cijena Intelovog oporavka

Gelsinger je osigurao punu podršku Intelovog upravnog odbora prije nego što je krenuo s planom.

“Dok sam bio na razgovoru za posao, napisao sam strateški dokument za odbor”, kaže Gelsigner. “Zahtijevao sam jedinstvo pa je svatko od njih morao reći da me zapošljavaju i da se slažu sa strategijom.”

Dobro je što je učinio. U listopadu se entuzijazam investitora za Gelsingerov povrat pogoršao kada je Intel otkrio troškove IDM 2.0 u svojim financijskim rezultatima za treće tromjesečje. Intel očekuje da će 2022. generirati 2 milijarde dolara u gotovini, što je pad s 20 milijardi dolara u 2020., budući da kapitalni izdaci za nove fabrike porastu na 25 do 28 milijardi dolara, a profitne marže padaju. Dionice Intela pale su 12% nakon objave u listopadu. Utrka u proizvodnji čipova

Pogurati Intel na brzu proizvodnju čipova djelomično će biti teško jer je potrebno mnogo više koraka obrade. Rezultirajuća premija troškova mogla bi obeshrabriti kupce da plaćaju za proizvodnju najnovije generacije, usporavajući napredak i čineći Intelova ulaganja u proizvodnju rizičnijima.

“Mooreov zakon neće završiti kada ne budemo mogli napraviti manje tranzistore”, kaže Gwennap. “Završit će kad netko kaže da ne želim plaćati manje tranzistore.”

S obzirom na Intelov kiks s 10nm, Gelsinger je priznao da je pošteno željeti dokaz da tvrtka može isporučiti robu. Ali nije pokazao ništa osim povjerenja u Intelov plan oporavka, koji stalno prati kroz “teške, izravne razgovore vođene podacima” iz Grove ere.

“Ove stvari mjerimo u biti svaki tjedan”, kaže Gelsinger.
Intel: Mooreov zakon je živ

“Mooreov zakon je živ i zdrav”, kaže izvršni direktor Intela Pat Gelsinger. Ali ubrzanje vlastitog napretka u proizvodnji čipova u sljedeće četiri godine uglavnom će sustići konkurente. Intel; snimka zaslona Stephena Shanklanda/CNET

To je dobar plan, sve dok ga Intel može izvršiti prema rasporedu, kaže analitičar Real World Technologies David Kanter. Ispostavilo se da su Intelovi inženjeri čipova napredovali unatoč vanjskim očitim problemima s isporukom novih čipova. “Kao da ste u kanuu na jezeru. Ne vidite nikakvo mreškanje, ali ispostavilo se da dolje ima puno života”, kaže Kanter.

TSMC i Samsung također idu naprijed, iako su pretrpjeli manje probleme s rasporedom.

“U našoj 2-nanometarskoj tehnologiji, gustoća i performanse bit će najkonkurentniji 2025.”, obećao je izvršni direktor TSMC-a CC Wei u listopadu. To je vjerojatno kada će TSMC prijeći na gate-all-around (GAA) tranzistore, koji nude minijaturizaciju i prednosti performansi. Samsung planira predstaviti GAA tranzistore 2022., a masovnu proizvodnju 2023. godine.

Intel vjerojatno ima prednost s PowerViom, međutim, koja dodaje više koraka obrade, ali razdvaja podatkovne veze tranzistora od veza za napajanje radi boljih performansi i manje veličine.
Upoznajte Alder Lake, Sapphire Rapids, Ponte Vecchio i Meteor Lake

Proizvodni procesi su važni, ali i proizvodi koje će Intel izraditi s njima.

Za računala, Intel je počeo prodavati svoje prve Alder Lake čipove, prve mainstream Intelove procesore koji uparuju računalne jezgre visokih performansi s učinkovitijim jezgrama kako bi produžili trajanje baterije za zadatke nižeg prioriteta. Uz Alder Lake, Intel gradi čipove za prijenosna i stolna računala s istim procesom, Intel 7.

Alder Lake je sposobniji konkurent Appleovim M1, M1 Pro i M1 Max čipovima koji sada pokreću većinu Mac računala. Appleovi Mac čipovi, poput A-serije iPhone procesora na kojima se temelje i svih ostalih vrhunskih čipova za pametne telefone, također koriste jezgre performansi i učinkovitosti.

2022. dolaze dva važna procesora za podatkovne centre, Sapphire Rapids, član obitelji poslužiteljskih čipova Xeon i Ponte Vecchio, računalni stroj visokih performansi službeno nazvan Xe HPC koji je mozak superračunala Aurora Odjela za energetiku u Argonne National Laboratory. I Sapphire Rapids i Ponte Vecchio kasne, ali obećavaju velika povećanja brzine — s Aurorom koja će udvostručiti svoju izvornu izvedbu od 1 exaflop, ili kvintilion izračuna u sekundi.
Testni čipovi Meteor Lake

Pojedinačni čipleti vidljivi su u ovom krupnom planu testnih čipova Meteor Lake koji utiru put do izlaska PC procesora 2023. Intelova tehnologija Foveros povezuje čiplete u 3D hrpe. Stephen Shankland/CNET

Meteor Lake, koji bi trebao biti 2023., bit će izgrađen s Intel 4 procesom i trebao bi obuhvatiti vrlo širok raspon namjena, od prijenosnih računala ultra niske potrošnje do snažnih strojeva za igre.
To je omot: Intelova tehnologija pakiranja

Intel je općenito zaostajao za TSMC-om i Samsungom, ali je ispred sa sve važnijom tehnologijom: pakiranjem čipova koje Intelu omogućuje da napravi jedan procesor od više elemenata čipa, koji se različito nazivaju pločicama, čipletima ili matricama.

Intelova dva pristupa ovdje se nazivaju EMIB, skraćeno za ugrađeni višedimenzionalni interconnect bridge, koji povezuje dva čipleta jedan pored drugog, i Foveros, koji Intelu omogućuje slaganje čipleta jedan na drugi. Intel se nada da će zadržati vodstvo s nadogradnjama pod nazivom Foveros Omni i Foveros Direct.

Ambalaža je ključna za proizvode sljedeće generacije. Ponte Vecchio koristi i EMIB i drugu generaciju Foverosa za povezivanje nevjerojatnih 47 aktivnih silikonskih elemenata u jedan divovski procesor s više od 100 milijardi tranzistora. Za usporedbu, Appleov M1 Max, jedan od najvećih single-die čipova na svijetu, koristi 57 milijardi tranzistora.

Sapphire Rapids koristi EMIB za povezivanje četiri manje pločice čipa u jedan stvarno veliki procesor, a taj će se proizvod isporučiti milijunima u podatkovne centre. Meteor Lake, koristeći Foveros, isporučit će se u još većem broju na PC tržište.
Preciznost pakiranja

Ali napredno pakiranje, koje se naziva i heterogena integracija, sa sobom donosi nove troškove i složenost.

Za ispunjavanje je potrebna skuplja oprema Intelova potreba za postavljanjem čipova s ​​preciznošću od oko 100 mikrona. A napredno pakiranje znači da proizvodnja čipova traje još dulje.

“Sada su potrebni tjedni kao što se prije mjerilo u danima”, kaže Sabi. Intel proširuje svoje lokacije za pakiranje, sada usredotočene na svoju tvornicu CH4 u Arizoni, na tvornice u Novom Meksiku i Oregonu kako se čipovi ne bi morali voziti na Intelovim letovima shuttle dva puta dnevno.

Intelovi konkurenti naporno rade na poboljšanju pakiranja čak i ako ne rade na Intelovoj razini. AMD, koji je svoju tvrtku za proizvodnju čipova odvojio kao GlobalFoundries, koristit će tehnologiju sličnu EMIB-u u svojim nadolazećim GPU-ovima MI200 i 3D V-Cache nalik Foverosu u svojim Epyc poslužiteljskim čipovima za 2022. godinu.

Appleovi inženjeri također bi mogli prihvatiti napredno pakiranje s nasljednicima obitelji M1. Appleova druga generacija Mac čipova spojit će dvije matice čipa 2022., a treća generacija 2023. mogla bi povezati četiri, objavio je The Information.
Otvaranje vrata uz Intel Foundry Service

Jedan od najvećih Gelsingerovih izazova je uvjeriti druge da plate Intelu za izradu svojih čipova. Intel je pokušao i nije uspio pokrenuti prethodnike onoga što se sada zove Intel Foundry Services.

“To je vrlo veliki kulturni pomak”, kaže Feldman iz Cerebrasa. “One tvrtke koje su pokušale koristiti Intel kao trgovačku fabriku doista su se mučile s tim. Ne ponašaju se kao da su trgovačka fabrika. Ponašaju se kao da posuđujete njihove alate.”

Gelsinger inzistira da će ovaj put doista biti drugačije, s promjenama za prilagođavanje vanjskih alata za izradu čipova, zasebnom poslovnom jedinicom koja mu odgovara izravno, licencnim ugovorima koji će Intelu dopustiti da proizvodi čipove s konkurentskim Arm i RISC-V dizajnom i bez favoriziranja Intelovih pločica.

“Ne prodajemo nikakvu prošlogodišnju tehnologiju”, kaže Gelsinger. “Kupce poput Qualcomma stavljamo na vodeće mjesto.”

Iako je Intel dobio podršku ljevaonice od proizvođača telefonskih čipova Qualcomma, izvršni direktor Cristiano Amon rekao je u srpnju “još nemamo konkretan plan proizvoda”. Amazon će koristiti Intelovu tehnologiju pakiranja čipova.

Nije lako privući nove kupce koji moraju renovirati svoje dizajne za drugu ljevaonicu, kaže Ali Hajimiri, izvršni direktor GuRu Wirelessa, proizvođača proizvoda za bežično punjenje na daljinu koji se danas oslanja na TSMC. Intel će se morati dokazati detaljima o cijenama i dugoročnim obvezama u opskrbi, ali Hajimiri ne odbija IFS naglo. “Voljeli bismo surađivati ​​s ljevaonicama koje nam pružaju pouzdane usluge.”

Skeptici ne bi trebali prerano otpisati Intel. “Samsungu je trebalo 10 godina da izgradi svoj ljevaonički posao”, kaže analitičar Boston Consulting Group Matt Langione.
Gelsinger: Mooreov zakon se vratio

S Intelovim ubrzanjem proizvodnje, napretkom pakiranja i ljevaoničkim uslugama, Gelsinger je dovoljno bikovski da očekuje da će Intel nadmašiti Mooreov zakon. To znači da bi trebao više nego udvostručiti broj tranzistora na procesoru svake dvije godine.

“Vjerujem da ćete od 2025. do 2035. vidjeti vrlo zdravo razdoblje za ponašanje nalik Mooreovom zakonu”, kaže on.

To će značiti da će te dvije nove fabrike u Arizoni pjevušiti tvornice umjesto praznih parcela koje sam vidio. I ispunjena vrhunskom proizvodnjom, a ne tehnologijom koju su TSMC i Samsung imali godinama.

Ako uspije, to bi moglo pomoći usidriti kritičnu proizvodnju elektronike u SAD-u. “Ono što govorimo je da izgradimo svoje sposobnosti,” kaže Gelsinger, “kako bismo imali veću prirodnu otpornost, kako ne bismo bili toliko osjetljivi na prirodne katastrofe i geopolitičku neizvjesnost.”