2024年英特爾研究報(bào)告：制程的追趕-份額的收復(fù)

2024年英特爾研究報(bào)告：制程的追趕_份額的收復(fù)英特爾的華麗轉(zhuǎn)身：制程的追趕，份額的收復(fù)區(qū)別于市場(chǎng)的觀點(diǎn)：我們認(rèn)為市場(chǎng)對(duì)英特爾的創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)能力存在認(rèn)知差。市場(chǎng)普遍質(zhì)疑，公司在制程上基本從2016年開始落后，為何目前突然就能“華麗轉(zhuǎn)身”？我們認(rèn)為，首先，市場(chǎng)忽略了公司在過去幾年管理層的變化，并低估了現(xiàn)任CEO的能力；另外，市場(chǎng)對(duì)于英特爾在制程追趕上所采取的“與敵同行”策略也感到困惑。最后，我們認(rèn)為英特爾的估值提升，除了基于業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)外，更重要的是在制程方面有望重回王者地位。在2023年11月7日IntelInnovationTaipei2023科技論壇上，英特爾CEOPatGelsinger再次強(qiáng)調(diào)“四年五節(jié)點(diǎn)”計(jì)劃將準(zhǔn)時(shí)完成。我們認(rèn)為英特爾有望實(shí)現(xiàn)此計(jì)劃，原因有四：（1）現(xiàn)任管理層的能力：2016年起，英特爾CEO在BrianKrzanich的領(lǐng)導(dǎo)下逐漸失去了對(duì)臺(tái)積電的制程優(yōu)勢(shì)，芯片工藝在14nm停滯不前。到2018年時(shí)任CFOBobSwan臨時(shí)上任CEO后，更多關(guān)注成本和利潤(rùn)表現(xiàn)而非工程卓越，導(dǎo)致公司在技術(shù)上繼續(xù)落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。老臣子PatGelsinger于2021年臨危受命成為CEO。Gelsinger于1979年首次加入英特爾，他也是公司“開國(guó)功臣”之一安迪·葛洛夫（AndyGrove）的得意門生，經(jīng)歷過公司的黃金時(shí)代，于2001-2005年出任公司的CTO，負(fù)責(zé)多項(xiàng)重要產(chǎn)品，包括第四代處理器80486。Gelsinger于2009年離開英特爾后，曾于EMC（當(dāng)年的服務(wù)器巨頭）和VMWare（云計(jì)算巨頭之一）擔(dān)任CXO位置，因此熟知芯片設(shè)計(jì)與制造、以及云和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)作。上任英特爾CEO后花了兩年時(shí)間重整旗鼓，不但致力于拓展數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，并提出IDM2.0策略，將代工業(yè)務(wù)開放，從成本中心變?yōu)橛行?，同時(shí)集中火力研發(fā)CPU的制程，推進(jìn)“四年五節(jié)點(diǎn)”計(jì)劃，外包非核心技術(shù)到臺(tái)積電，志在重回英特爾在制程的領(lǐng)導(dǎo)地位。（2）改良芯片設(shè)計(jì)：與IDM1.0包辦芯片設(shè)計(jì)和制造的模式不同，英特爾在IDM2.0模式中使用良品率較高和可集多家優(yōu)勢(shì)于一身的chiplet技術(shù)，將一些非核心的chiplet交給臺(tái)積電代工，并通過自身的Fovoros和EMIB工藝將chiplet封裝一起，從而集中火力專注于自身最擅長(zhǎng)的先進(jìn)CPU制程工藝研發(fā)。（3）采用EUV技術(shù)：英特爾的10nm工藝開始較早，當(dāng)時(shí)EUV技術(shù)尚未成熟，導(dǎo)致英特爾“起了大早趕了晚集”，原定2016年量產(chǎn)的10nm工藝延后至2019年量產(chǎn)，使得公司在制程端的優(yōu)勢(shì)被逐漸追平，甚至被超越。直至2022年公司在Intel4制程中首次采用EUV技術(shù)，不僅能降低工藝復(fù)雜性，公司也預(yù)計(jì)相比Intel7，Intel4將有20%的每瓦性能提升，成為公司推進(jìn)先進(jìn)制程的又一里程碑。（4）通過RibbonFET和PowerVia背部供電技術(shù)，堆疊更多的晶體管：RibbonFET通過環(huán)繞柵極的設(shè)計(jì)提高了晶體管的電流控制效率，并允許垂直堆疊，從而在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高性能，解決了FinFET技術(shù)面臨的電流泄露和物理極限問題；PowerVia通過將電源線移至晶圓背面，并通過納米級(jí)硅通孔直接向晶體管層供電，降低了電阻并減輕了電源干擾，從而可實(shí)現(xiàn)更高的晶體密度和性能。NEX（NetworkandEdge，網(wǎng)絡(luò)與邊緣）業(yè)務(wù)：我們預(yù)網(wǎng)絡(luò)與邊緣業(yè)務(wù)2024/2025/2026的營(yíng)業(yè)收入為61/70/76億美元，對(duì)應(yīng)營(yíng)業(yè)收入同比增速為6%/15%/8%。公司從2022年起將NEX業(yè)務(wù)作為獨(dú)立的核算部分。2022年NEX業(yè)務(wù)的營(yíng)收為89億美元，在MountEvans、RaptorLakeP&S、AlderLakeN和SapphireRapids等產(chǎn)品的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了11%的營(yíng)收同比增長(zhǎng)。但由于網(wǎng)絡(luò)和邊緣市場(chǎng)的需求持續(xù)疲軟和庫(kù)存水平上升，23年NEX業(yè)務(wù)的應(yīng)收未58億美元，同比下降了31%。我們認(rèn)為鑒于延時(shí)和成本問題，AI將向邊緣轉(zhuǎn)移帶動(dòng)邊緣計(jì)算市場(chǎng)需求。據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，2025年，將有多達(dá)75%的企業(yè)數(shù)據(jù)會(huì)在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以外生成。此外，傳統(tǒng)RAN基礎(chǔ)設(shè)施只能采取一家供應(yīng)商的一體式設(shè)施，增加了運(yùn)營(yíng)商的成本，因此，各大運(yùn)營(yíng)商正在積極推動(dòng)OpenRAN布局，以優(yōu)化供應(yīng)商體系。英特爾正在與愛立信合作使用Intel18A制程開發(fā)5G虛擬RAN芯片，有望憑借制程優(yōu)勢(shì)將性能提升至基于ARM架構(gòu)的低功耗專用芯片相似水平，以此贏得市場(chǎng)份額。公司股權(quán)結(jié)構(gòu)較為分散，機(jī)構(gòu)投資者為主要股東。截至2024年1月31日，機(jī)構(gòu)投資者持有流通股占比為66.24%，當(dāng)中最大六家占29.54%，其中包括VANGUARD集團(tuán)持股9.01%，為公司第一大股東；貝萊德持股8.07%，為第二大股東。IFS業(yè)務(wù)：代工業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅速，IDM2.0戰(zhàn)略未來(lái)可期2021年英特爾宣布IDM2.0戰(zhàn)略，未來(lái)英特爾的制造將變革為：“強(qiáng)化全球內(nèi)部工廠網(wǎng)絡(luò)+擴(kuò)大第三方產(chǎn)能利用+發(fā)展世界一流代工服務(wù)”組合。在Fabless+Foundry模式盛行的如今，老對(duì)手AMD與臺(tái)積電合作走上逆襲之路，而英特爾卻嘗到了IDM模式的苦澀。鑒于10nm工藝延期近三年，英特爾的先進(jìn)制程已落后于臺(tái)積電和三星，因此CPU性能也逐漸落后于AMD。我們認(rèn)為英特爾此次戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型旨在重回先進(jìn)制程的領(lǐng)導(dǎo)地位，并開放其代工業(yè)務(wù)，讓代工廠從成本中心轉(zhuǎn)型為盈利中心。英特爾希望憑借其先進(jìn)制程和封裝業(yè)務(wù)吸引新訂單，并降低生成成本，從而提升整體盈利能力，并預(yù)計(jì)在2025年對(duì)收入出現(xiàn)較大貢獻(xiàn)。我們預(yù)計(jì)英特爾代工服務(wù)2024/2025/2026年?duì)I業(yè)收入為11/19/38億美元，對(duì)應(yīng)營(yíng)收同比增長(zhǎng)20%/68%/100%。我們認(rèn)為，英特爾的IFS業(yè)務(wù)目前正處于導(dǎo)入期，收入增長(zhǎng)主要取決于先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)的推出、工廠的產(chǎn)能增長(zhǎng)、以及客戶訂單的獲取，因此，公司預(yù)計(jì)2025年將出現(xiàn)較大的收入貢獻(xiàn)。英特爾計(jì)劃在2024年開始量產(chǎn)20A和18A制程芯片，客戶認(rèn)可方面也是捷報(bào)頻傳：如新思科技已經(jīng)和Intel達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同開發(fā)基于Intel3和Intel18A制程節(jié)點(diǎn)的IP；Arm與Intel簽署了涉及多代前沿系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)的協(xié)議，旨在利用Intel18A開發(fā)低功耗計(jì)算系統(tǒng)級(jí)芯片；瑞典電信設(shè)備商愛立信也宣布，將使用Intel18A打造定制化的5G系統(tǒng)級(jí)芯片。2025年英特爾在亞利桑那州和俄亥俄州的20A和18A工廠將投入運(yùn)營(yíng)，預(yù)期會(huì)對(duì)收入有較大的貢獻(xiàn)，成為公司提升晶圓廠產(chǎn)能利用率、分?jǐn)傁冗M(jìn)制程研發(fā)成本與建設(shè)投入的重要業(yè)務(wù)。英特爾正積極擴(kuò)張全球先進(jìn)制程芯片制造能力。在美國(guó)，英特爾正在俄亥俄州利金縣建設(shè)Fab27工廠，以及在亞利桑那州錢德勒市建設(shè)Fab62和Fab52工廠，計(jì)劃在2025年投產(chǎn)，總投資額達(dá)400億美元。同時(shí)，英特爾在德國(guó)馬格德堡和以色列加特鎮(zhèn)分別建設(shè)Fab29和Fab38工廠，預(yù)計(jì)在2027年投產(chǎn)，總投資額高達(dá)330和250億美元，將用于生產(chǎn)Intel4/Intel3/20A/18A等先進(jìn)制程芯片。根據(jù)Tom’sHardware2024年1月報(bào)道，英特爾位于德國(guó)馬格德堡的工廠將用于生產(chǎn)18A及以后先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)（如1.5nm）。英特爾四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)進(jìn)展順利，2025年或?qū)⒊脚_(tái)積電公司在“四年五節(jié)點(diǎn)”路線圖中表示將會(huì)在2021下半年完成Intel7（臺(tái)積電N10）、2022下半年完成Intel4（臺(tái)積電N7-N5）、2023年下半年完成Intel3（臺(tái)積電N5-N3）、2024年上半年完成Intel20A（臺(tái)積電N3-N2）及2024年下半年完成Intel18A（超臺(tái)積電N2）共計(jì)五代工藝節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)準(zhǔn)備，目前已官宣按時(shí)完成了三個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們認(rèn)為英特爾有望持續(xù)兌現(xiàn)承諾。臺(tái)積電則表示N2制程（2nm）將在2025如期量產(chǎn)，Intel20A和Intel18A計(jì)劃2024年開始量產(chǎn)，若二者計(jì)劃順利實(shí)施，2025年英特爾將重新獲得半導(dǎo)體領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。技術(shù)CEO回歸并重整旗鼓，有望帶領(lǐng)英特爾回歸創(chuàng)新本源英特爾當(dāng)年不敵AMD，或與管理層決策有關(guān)。回顧歷史，2016年以來(lái)，英特爾在AMD與臺(tái)積電聯(lián)手的攻勢(shì)下失去了在X86領(lǐng)域保持多年的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。時(shí)任CEO的BrianKrzanich（布萊恩·科再奇）欲扭轉(zhuǎn)局面，但在10nm節(jié)點(diǎn)中采取了激進(jìn)目標(biāo)（英特爾在10nm工藝上的最初規(guī)劃是14nm的2.7倍，性能接近三星和臺(tái)積電7nm）和保守技術(shù)（選擇DUV方案，而三星與臺(tái)積電在7nm均采用EUV方案）的錯(cuò)誤路線，導(dǎo)致10nm制程遲遲無(wú)法落地，而臺(tái)積電在2017年和2018年分別推出10nm與7nm節(jié)點(diǎn)，對(duì)比英特爾10nm節(jié)點(diǎn)直至2019年才姍姍來(lái)遲。此外其在包括平板電腦、智能穿戴、無(wú)人機(jī)等移動(dòng)處理器市場(chǎng)也頻繁試錯(cuò)卻均黯淡收?qǐng)?。在科再奇?8年6月離任后，原任英特爾CFO的BobSwan（鮑勃·斯旺）成為臨時(shí)CEO，并在7個(gè)月后成為正式CEO，但財(cái)務(wù)出身的斯旺幾欲放棄晶圓制造業(yè)務(wù)，以節(jié)省資本開支及促進(jìn)業(yè)務(wù)靈活性。直至2021年初，帕特·基辛格（PatGelsinger）回歸英特爾擔(dān)任CEO，并重整旗鼓，英特爾自此邁入了一個(gè)嶄新的階段。2021年2月眾望所歸的帕特·基辛格成為英特爾第八任首席執(zhí)行官，技術(shù)出身的他也是英特爾歷史上唯一擔(dān)任過CTO的CEO。基辛格具有扎實(shí)的技術(shù)背景，他16歲被提前錄取至林肯技術(shù)學(xué)院并獲得副學(xué)士學(xué)位，24歲獲得斯坦福大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位。1979年年僅18歲的帕特·基辛格就加入了英特爾成為了一名技術(shù)員，在英特爾工作的30年里曾擔(dān)任過高級(jí)副總裁及首席技術(shù)官，也是英特爾創(chuàng)辦人之一安迪·葛洛夫（AndyGrove）的門生。1989年，基辛格作為首席架構(gòu)師帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出第四代80486處理器，在2001年成為CTO后，他曾帶領(lǐng)公司研發(fā)Wi-Fi、USB等行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，在包括IntelCore（酷睿）和IntelXeon（至強(qiáng)）處理器等14個(gè)微處理器項(xiàng)目發(fā)揮了關(guān)鍵作用，經(jīng)歷及見證了英特爾最輝煌的年代。2009年基辛格離開英特爾，先后擔(dān)任EMC（后被戴爾收購(gòu)）總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官及VMware（后給博通收購(gòu)）首席執(zhí)行官，兩家均為當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的巨頭，因此基辛格對(duì)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)非常熟識(shí)。基辛格的CEO生涯成績(jī)斐然，在VMware的九年中使公司的年?duì)I收幾乎翻了三倍。2019年美國(guó)Glassdoor的年度調(diào)查中，基辛格榮膺“美國(guó)最佳CEO”。我們認(rèn)為2021年基辛格于英特爾內(nèi)外交困之際回歸并執(zhí)掌帥印，或?qū)ьI(lǐng)英特爾回歸技術(shù)本源，為創(chuàng)新和技術(shù)引領(lǐng)的新時(shí)代開辟航道，并有望重回制程領(lǐng)導(dǎo)者寶座。參考英特爾的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD可知，一位優(yōu)秀的CEO對(duì)公司成敗具有決定性的作用。工科出身的蘇姿豐（LisaSu）曾憑借對(duì)技術(shù)創(chuàng)新方向的準(zhǔn)確把握和果決的領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格令A(yù)MD絕處逢生。我們認(rèn)為同樣技術(shù)出身的基辛格此次回歸英特爾出任CEO，將發(fā)揮其技術(shù)遠(yuǎn)見和領(lǐng)導(dǎo)才能，有望帶領(lǐng)英特爾回歸創(chuàng)新本源，重拾增長(zhǎng)動(dòng)力。蘇姿豐17歲被麻省理工學(xué)院電機(jī)工程系錄取，并先后于該校獲得電機(jī)工程學(xué)士、碩士、博士（本碩博三個(gè)學(xué)位），后于德州儀器、IBM、Freescale等公司擔(dān)任研發(fā)主管、CTO等要職。她于2012年加入AMD，2014年成為CEO，彼時(shí)的AMD內(nèi)部正深陷財(cái)務(wù)危機(jī)，外部又面臨來(lái)自英特爾激烈的競(jìng)爭(zhēng)壓力，英特爾因提前布局企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心CPU，壟斷了利潤(rùn)豐厚的高端數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，市占率一度高達(dá)99%，而AMD卻由于晶圓制造子公司格羅方德（GlobalFoundries）制程落后導(dǎo)致新產(chǎn)品一再延期，市占率倍受擠壓。值此內(nèi)外交困之際，蘇姿豐認(rèn)為最重要的是找到AMD的核心競(jìng)爭(zhēng)力并發(fā)揚(yáng)光大，即便市場(chǎng)風(fēng)向正逐漸偏向手機(jī)、平板等移動(dòng)端芯片及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，她仍選擇鞏固AMD在個(gè)人電腦、數(shù)據(jù)中心CPU及游戲顯卡業(yè)務(wù)上的優(yōu)勢(shì)。她背水一戰(zhàn)歷時(shí)5年主導(dǎo)設(shè)計(jì)ZenCPU核心架構(gòu)，研發(fā)投入約50億美元，最終于2016年成功推出Zen架構(gòu)，2017年推出基于Zen架構(gòu)的RyzenPCCPU和EPYC數(shù)據(jù)中心CPU產(chǎn)品組合。針對(duì)制程掣肘及債務(wù)危機(jī)，她于2014年果斷剝離格羅方德，并借此轉(zhuǎn)移了12億美元的外債，AMD由此正式轉(zhuǎn)向Fabless模式，將芯片制造外包給臺(tái)積電，保證了產(chǎn)品制程迭代的穩(wěn)定性。正是由于蘇姿豐對(duì)核心優(yōu)勢(shì)的準(zhǔn)確判斷和對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的堅(jiān)守，以及果斷剝離格羅方德的戰(zhàn)略決策，才使得AMD在2016年英特爾深陷10nm制程停滯泥淖之時(shí)逆勢(shì)趕超，截至2023Q3AMD在數(shù)據(jù)中心CPU市場(chǎng)份額升至23.3%，PCCPU市場(chǎng)份額升至約20%。迭代目標(biāo)較激進(jìn)，英特爾10nm遲到三年復(fù)盤英特爾從毋庸置疑的制程領(lǐng)先地位到逐漸被趕超的過程，我們認(rèn)為10nm的多次延遲難辭其咎，而落后的原因可歸咎于：1）過于激進(jìn)的迭代目標(biāo)。英特爾在10nm節(jié)點(diǎn)上使用了許多先進(jìn)技術(shù)，因此在提升性能的同時(shí)，也大幅降低了芯片的良率。早在2013年英特爾路線圖中已計(jì)劃提供2.7倍密度，并計(jì)劃采用四重曝光技術(shù)（SAQP，Self-AlignedQuadruplePatterning）、有源柵極觸點(diǎn)（COAG，ContactOverActiveGate）、單虛擬柵極（SDG，SingleDummyGate）、鈷局部互聯(lián)、以及EMIB和Forveros封裝等新技術(shù)。英特爾最終在2016實(shí)現(xiàn)10nm制程芯片，反觀臺(tái)積電在2018年第二季度率先開始量產(chǎn)7nm芯片，英特爾2019年才推出10nm芯片。根據(jù)Digitimes測(cè)算，臺(tái)積電7nm芯片晶體管密度為0.97億/mm2而英特爾10nm芯片則為1.06億/mm2實(shí)際上略微領(lǐng)先于臺(tái)積電，但是晶體管密度高達(dá)1.73億/mm2的臺(tái)積電5nm在2020年上半年開始量產(chǎn)，在先進(jìn)制程研發(fā)超越了英特爾。2）DUV光刻路線選擇導(dǎo)致英特爾10nm進(jìn)展緩慢。英特爾在10nm中選擇DUV的原因有二：1）技術(shù)考量，英特爾的10nm工藝開始較早，當(dāng)時(shí)EUV技術(shù)尚未成熟；2）成本考量，DUV技術(shù)相對(duì)較成熟，成本較低。但DUV的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因而使得光源更容易發(fā)生衍射，從而影響精度。英特爾選擇了DUV后就需要搭配SAQP四重曝光技術(shù)，從而提高光刻精度。多技術(shù)同時(shí)代入導(dǎo)致10nm最終良率僅為50%~60%，無(wú)法滿足量產(chǎn)要求，使得量產(chǎn)推遲。Intel4開創(chuàng)EUV時(shí)代，作為半代工藝為Intel3鋪平道路7nm更名為Intel4，是首次使用EUV技術(shù)的英特爾FinFET節(jié)點(diǎn)，每瓦性能可提升20%，相比上一代在各方面的性能都有較大提升。根據(jù)英特爾數(shù)據(jù)顯示，Intel4高性能庫(kù)密度比Intel7增加了兩倍，晶體管尺寸減少了一半，在該制程下能效比有大幅提升，較前一代提升了20%以上。半導(dǎo)體咨詢機(jī)構(gòu)ICKnowledge指出，Intel4制程性能優(yōu)于臺(tái)積電5nm，接近臺(tái)積電和三星的3nm工藝，可見該制程的命名就是為了對(duì)標(biāo)另外兩家廠商的4nm標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)英特爾發(fā)布的良率對(duì)比圖中可知，Intel4擁有較高良率，這證明了英特爾晶圓廠的技術(shù)，并希望借此吸引客戶使用其主力節(jié)點(diǎn)Intel3。Intel4作為過渡節(jié)點(diǎn)，唯一使用該節(jié)點(diǎn)的MeteorLake移動(dòng)端處理器已于23年12月上市。Intel3作為Intel4的后續(xù)產(chǎn)品，提高了性能庫(kù)的密度，同時(shí)加入高密度庫(kù)，增加了EUV技術(shù)的使用，對(duì)比Intel4每瓦性能提高18%。Intel3采用7nm+節(jié)點(diǎn)，比臺(tái)積電5nm至3nm制程迭代提升幅度高10-15%，工藝性能提升較大。目前該制程僅針對(duì)SierraForest和GraniteRapids的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，用于及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)英特爾數(shù)據(jù)中心算力和功耗的短板。據(jù)韓媒ChosunBiz報(bào)道三星和臺(tái)積電的3nm工藝良率都在50%左右，良率底導(dǎo)致臺(tái)積電3nm芯片供不應(yīng)求，因此對(duì)標(biāo)臺(tái)積電5nm-3nm制程的Intel3意義重大。目前英特爾已與聯(lián)發(fā)科和同級(jí)大型IC設(shè)計(jì)客戶達(dá)成合作，而Intel3在23年年底已順利投入生產(chǎn)，英特爾芯片或?qū)⒁愿偷某杀竞透叩男阅艹蔀榭蛻舾咝詢r(jià)比的選擇。Intel20A使用PowerVia和RibbonFET兩項(xiàng)突破性技術(shù)開創(chuàng)埃米時(shí)代（angstromera）Intel20A較Intel3每瓦性能提升15%，2024年若能準(zhǔn)時(shí)量產(chǎn)則有望反超臺(tái)積電，重奪制程領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。RibbonFET是英特爾基于全環(huán)繞柵極（Gateallaround,GAA）晶體管的最新技術(shù)。隨著晶體管尺寸和柵極寬度的減小，F(xiàn)inFET技術(shù)逐漸逼近物理極限，電流泄露問題愈加嚴(yán)重（臺(tái)積電3nm采用FinFET技術(shù)，我們認(rèn)為，搭載了其的iPhone15系列手機(jī)或因而出現(xiàn)漏電和發(fā)熱嚴(yán)重）。GAA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，RibbonFET讓帶狀的晶體管溝道整個(gè)被柵極環(huán)繞，更有效的控制電流流通，同時(shí)水平溝道可以進(jìn)行垂直堆疊占用空間更小，帶來(lái)更高性能。GAA工藝作為公認(rèn)的新一代半導(dǎo)體解決方案，三星已在其3nm制程中引入GAA架構(gòu)，但是目前良品率較低，臺(tái)積電也計(jì)劃在2025年量產(chǎn)使用GAA架構(gòu)的2nm芯片。我們認(rèn)為如果一切進(jìn)展順利，英特爾芯片將會(huì)較臺(tái)積電和三星提前進(jìn)入2nm時(shí)代。Intel20A僅作為過渡節(jié)點(diǎn)在英特爾消費(fèi)級(jí)處理器ArrowLake上使用。背部供電技術(shù)PowerVia將成2nm以上先進(jìn)制程基石及制勝重要因素PowerVia作為一種背面供電方案（BSPDN，BackSidePowerDeliveryNetwork）開創(chuàng)性的將電源線移至晶圓背面，通過納米級(jí)硅通孔（TSV，Through-SiliconVia）直接向晶體管層供電，可減少布線長(zhǎng)度，同時(shí)在充足的空間里，電源線可做的更寬，更低的電阻能緩解電壓下降。相比前向供電的傳統(tǒng)方案，PowerVia的互聯(lián)層顯著降低了電源干擾的影響，更緊湊的設(shè)計(jì)可有效提升晶體密度，進(jìn)一步推動(dòng)性能上升。同時(shí)，導(dǎo)線復(fù)雜度的降低減少了EUV光刻次數(shù)，也能有效降低成本。在應(yīng)用背面供電技術(shù)上，臺(tái)積電計(jì)劃于2026年推出的N2P工藝上將會(huì)采用該技術(shù)，若2024年Intel20A順利量產(chǎn)，則在該技術(shù)上也領(lǐng)先臺(tái)積電。Intel18A蓄勢(shì)待發(fā)，英特爾或?qū)⒃?025年重登先進(jìn)制程主導(dǎo)者寶座Intel18A將背負(fù)著重振英特爾制程榮光的重任，也代表著英特爾代工業(yè)務(wù)的未來(lái)。Intel18A在制程上跟20A相似，都應(yīng)用了帶狀架構(gòu)創(chuàng)新（RibbonFET，通過用柵極包圍溝道，可更有效控制晶體管中的電流，縮小晶體管的同時(shí)并保持性能和能效），但通過金屬線距減少（金屬線連接芯片的各個(gè)部分，例如晶體管、緩存和其他組件，通過減小金屬線間距，可將更多的組件連接封裝到同一芯片中，實(shí)現(xiàn)更密集的芯片設(shè)計(jì)），從而較上一代提升10%性能。另外，PowerVia在Intel4的測(cè)試中也提升了芯片6%的頻率，我們認(rèn)為，接近半代制程提升幅度，為Intel18A工藝性能提供了穩(wěn)固的保障。根據(jù)Tom’sHardware在2023年3月報(bào)道，英特爾已完成20A和18A制造工藝的開發(fā)階段，并實(shí)現(xiàn)芯片流片，正在最終確定這兩種技術(shù)的規(guī)格、材料和性能目標(biāo)。接著，英特爾在IntelInnovation2023conference和23Q3業(yè)績(jī)會(huì)也透露，公司發(fā)布了18A工藝設(shè)計(jì)套件（PDK，processdesignkit）0.9版本，并即將向外部客戶開放。模塊化（chiplet）可擴(kuò)展設(shè)計(jì)和擁抱第三方代工廠，IDM2.0又一利器在2021年的IntelArchitectureDay，英特爾介紹了模塊化可擴(kuò)展設(shè)計(jì)的技術(shù)，能將芯片分為P-Core(高性能核心)、E-Core(高效能核心)、Display(顯示控制單元)、PCIe(外設(shè)組件互連單元)、TBT(Thunderbolt，高速外部硬件接口)、GNA(GaussianNeuralAccelerator，用于低功耗AI任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器單元)、IPU(ImageProcessingUnit，圖像處理單元)、LLC(LastLevelCache，緩存單元)、Media(媒體處理單元)、32EU/96EU(圖形處理單元)、Memory(內(nèi)存單元)、SOC(SystemonaChip，集成多種功能的單一芯片單元)等模塊，從而提升芯片設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性，并易于為每個(gè)模塊選擇和升級(jí)最佳解決方案，進(jìn)而提升良率與性能。同時(shí)，從功耗方面考慮也可選擇開關(guān)不同模塊以降低不必要能耗。而通過2.5DEMIB和3DFoveros封裝工藝，使得英特爾能封裝不同制程的芯片模塊，并將異構(gòu)芯片（CPU、GPU、NPU、FPGA等）在單一封裝中集成，從而支持英特爾芯片的模塊化和可擴(kuò)展設(shè)計(jì)。英特爾Intel18A客戶漸增，代工服務(wù)或?qū)㈤_啟新盈利來(lái)源公司通過不斷突破的先進(jìn)制程和不斷完備的芯片設(shè)計(jì)生態(tài)吸引客戶代工訂單。2021年8月，與美國(guó)國(guó)防部簽署代工協(xié)議，為RAMP-C計(jì)劃提供Intel18A代工服務(wù)。2023年4月，與ARM達(dá)成合作推動(dòng)18A工藝的低功耗SoC，通過設(shè)計(jì)技術(shù)共優(yōu)化（DesignTechnologyCo-Optimization），以改善SoC功耗、性能、面積和成本。2023年7月，與愛立信合作使用18A制程開發(fā)5G芯片。在23Q4業(yè)績(jī)電話會(huì)，公司宣布與4家客戶簽約，當(dāng)中已有客戶支付了一筆較大的預(yù)付款。我們認(rèn)為現(xiàn)階段尋找足夠高質(zhì)量客戶是Intel18A成功的關(guān)鍵，短期來(lái)看客戶的增加，尤其是支付預(yù)付款的客戶，體現(xiàn)了對(duì)于英特爾制程追趕計(jì)劃的信心。我們認(rèn)為長(zhǎng)期來(lái)看先進(jìn)制程將逐漸引領(lǐng)營(yíng)收和盈利的增長(zhǎng)。假設(shè)“四年五節(jié)點(diǎn)”能順利按時(shí)完成，英特爾將重回先進(jìn)制程領(lǐng)先地位，憑借其豐富的技術(shù)積累有望保持優(yōu)勢(shì)。屆時(shí)，公司將盡量把代工廠的產(chǎn)能填滿，提高產(chǎn)能利用率，進(jìn)而大幅降低成本。英特爾首席財(cái)務(wù)官DavidZinsner在2023年6月的在線研討會(huì)上表示，在2026及2027年先進(jìn)制程取得領(lǐng)導(dǎo)地位之后，有望大幅提升代工服務(wù)營(yíng)收，最終毛利率有望達(dá)到60%。先進(jìn)封裝技術(shù)積累為代工業(yè)務(wù)錦上添花和產(chǎn)生協(xié)同隨著高性能AI芯片的崛起，先進(jìn)封裝逐漸成為提高晶體管密度的關(guān)鍵。根據(jù)咨詢公司YoleGroup2023年的預(yù)測(cè)，先進(jìn)封裝的市場(chǎng)規(guī)模在2022年達(dá)443億美元，預(yù)計(jì)到2028年將超過780億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為10%。我們認(rèn)為先進(jìn)封裝的作用在于：1）通過多層堆疊在不改變制程的前提下有效提高晶體管密度；2）實(shí)現(xiàn)Chiplet異構(gòu)集成，連接不同種類不同制程的芯片，提高整體良率及降低成本。英特爾在先進(jìn)封裝領(lǐng)域一直處在行業(yè)領(lǐng)先地位，擁有2.5D封裝EMIB（embeddedmulti-dieinterconnectbridge，嵌入式多芯片互聯(lián)橋）和3D封裝技術(shù)Foveros，這些技術(shù)均迭代多次。公司在23Q3電話會(huì)中提到，封裝和代工服務(wù)之間具協(xié)同效應(yīng)，目前已獲兩家AI芯片客戶并和六家客戶積極推進(jìn)。在23Q4電話會(huì)，公司表示23年先進(jìn)封裝客戶總數(shù)達(dá)5家，其中大部分將于2025年開始貢獻(xiàn)收入；在晶圓和先進(jìn)封裝領(lǐng)域?yàn)镮FS提供的生命周期交易價(jià)值現(xiàn)已超過100億美元。EMIB主打低成本異構(gòu)集成，F(xiàn)overos突出高性能3D堆疊與臺(tái)積電CoWoS傳統(tǒng)2.5D封裝采用的硅中介層結(jié)構(gòu)不同，英特爾直接將小型硅橋嵌入基板中實(shí)現(xiàn)芯片之間的互聯(lián)，在互聯(lián)效率相似的基礎(chǔ)上不需要花較高成本來(lái)制造足夠大的硅中介層。我們認(rèn)為相比2.5DCoWoS封裝，EMIB有如下提升良率和降低成本的優(yōu)勢(shì)：1）采用硅橋而不是整片硅中介層；2）無(wú)需使用硅通孔技術(shù)（TSV）；3）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，靈活度高，芯片封裝不會(huì)受制于硅中介層的大小。經(jīng)過多年沉淀該技術(shù)凸點(diǎn)間距不斷縮小，第三代EMIB凸點(diǎn)間距將從55μm縮至45μm，傳輸效率不斷提高。目前，該封裝技術(shù)已應(yīng)用至PonteVecchioGPU和第四代服務(wù)器CPUSapphireRapids。Foveros3D封裝是英特爾在2019年推出的芯片到芯片（die-to-die）堆疊技術(shù)，通過硅通孔（TSV）技術(shù)和微凸塊實(shí)現(xiàn)邏輯芯片間直接互聯(lián)。FoverosOmni將承載功率的TSV引至頂部芯片邊緣，減少其對(duì)信號(hào)的干擾，同時(shí)結(jié)構(gòu)的改變?nèi)∠隧敳啃酒娣e必須小于底部芯片的限制。ForverosDirect使用混合鍵合技術(shù)，凸點(diǎn)間距降低至10μm以下，帶來(lái)更低的電阻和功耗，相對(duì)于同樣采用混合鍵合技術(shù)的臺(tái)積電SoICN5，其凸點(diǎn)距離為6μm。另外，英特爾Co-EMIB技術(shù)使用EMIB連接多個(gè)Foveros封裝，實(shí)現(xiàn)在水平和垂直方向的高密度互聯(lián)和芯片設(shè)計(jì)靈活性。MeteorLake就使用了Co-EMIB集成BaseTile（Intel16）、ComputeTile（Intel4）、GPUTile（TSMCN5）、SoCTile（TSMCN6）和I/OTile（TSMCN6）。四大關(guān)鍵因素助力英特爾在2030年實(shí)現(xiàn)集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管目標(biāo)英特爾CEOPatGelsinger在2023年3月于麻省理工學(xué)院的訪談里做了一個(gè)很好的總結(jié)。他表示摩爾定律中描述的晶體管數(shù)量?jī)赡攴槐兜狞S金時(shí)代或雖暫告一段落，但技術(shù)創(chuàng)新仍能持續(xù)挑戰(zhàn)摩爾定律的底線。他認(rèn)為目前業(yè)界發(fā)展的可見度將維持在十年。隨著與摩爾定律相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)減緩，他預(yù)計(jì)未來(lái)晶體管數(shù)量翻倍速度或延緩至三年一次，而他也認(rèn)為晶體管的數(shù)量，將會(huì)從目前的1000億個(gè)，至2030年前增加至一萬(wàn)億，4大關(guān)鍵因素為：1）新型柵極Gate-All-Around技術(shù)的采用：解決了晶體管漏電流的問題；2）背部供電技術(shù)：通過RibbonFET和PowerVia工藝從背面而非頂面進(jìn)行功率傳輸，創(chuàng)建了三明治晶圓結(jié)構(gòu)，能有效解決功率和晶體管密度的問題；3）光刻技術(shù)：通過采用13.5nmEUV和下一代HighNA光刻技術(shù)打造芯片；4）3D封裝技術(shù)：芯片從傳統(tǒng)的二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S堆疊，能進(jìn)一步增加晶體管數(shù)量。磨杵成針，成熟制程合作終成定果英特爾與UMC（聯(lián)華電子公司）達(dá)成協(xié)議合作代工成熟制程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能利用率與毛利率雙增。在IDM1.0模式中，服務(wù)器與桌面CPU制程迅速迭代，導(dǎo)致成熟制程利用率較低。英特爾在2022年2月曾欲通過并購(gòu)Tower擴(kuò)張成熟制程芯片代工業(yè)務(wù)，但交易未獲批準(zhǔn)并于2023年8月終止。英特爾此后未放棄擴(kuò)張成熟制程代工業(yè)務(wù)，并最終于2024年1月與UMC達(dá)成合作協(xié)議。合作將利用英特爾在美國(guó)亞利桑那州Fab12、22、32工廠的大批量生產(chǎn)能力和成熟的FinFET生產(chǎn)技術(shù)，以及UMC數(shù)十年的芯片代工經(jīng)驗(yàn)，協(xié)作開展12nm代工業(yè)務(wù)。我們認(rèn)為，此舉將幫助英特爾利用UMC豐富的代工經(jīng)驗(yàn)，開展成熟制程芯片代工業(yè)務(wù)，提升工廠廠能利用率并改善毛利率。美國(guó)制造大趨勢(shì)下英特爾適逢其會(huì)，借補(bǔ)貼加速擴(kuò)產(chǎn)欲在2030年成為世界第二代工廠最后，芯片產(chǎn)業(yè)逆全球化之風(fēng)盛行，美國(guó)急需本土企業(yè)提振本地制造水平，英特爾擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃恰逢其時(shí)。英特爾的制程追趕也迎合了美國(guó)希望重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，將制造重心轉(zhuǎn)移回本土的需求，英特爾或?qū)⒊蔀橹饕a(bǔ)助對(duì)象。2020年以來(lái)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的陰霾讓各國(guó)加碼重視芯片行業(yè)的本地化。歐洲《芯片法案》2023年9月21日正式生效，預(yù)計(jì)累計(jì)投入430億歐元用于支持歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，旨在實(shí)現(xiàn)2030年將市場(chǎng)份額翻倍至20%。2022年拜登正式簽署《芯片與科學(xué)法案》（ChipsandScienceAct）為美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了527億美元補(bǔ)貼，計(jì)劃在2030年推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)回流美國(guó)，重掌主導(dǎo)權(quán)。根據(jù)華爾街日?qǐng)?bào)官網(wǎng)1月27日的報(bào)道，拜登政府計(jì)劃3月底前宣布發(fā)放《芯片與科學(xué)法案》的第三筆補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)英特爾、臺(tái)積電和其他半導(dǎo)體龍頭公司將獲得數(shù)十億美元，來(lái)加快推進(jìn)全美各地新工廠的建設(shè)。因此，巨頭們包括臺(tái)積電、三星和英特爾爭(zhēng)相宣告擴(kuò)建計(jì)劃。根據(jù)美國(guó)商務(wù)部預(yù)計(jì)，《芯片與科學(xué)法案》補(bǔ)貼的金額將占芯片制造商資本支出的5%-15%。英特爾參與美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)芯片代工與制造RAMP-C、SHIP項(xiàng)目，IFS業(yè)務(wù)因此受益。國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年，亞洲占全球芯片產(chǎn)能的79%，這使得美國(guó)國(guó)防部在獲取確保國(guó)家安全的芯片代工能力受限。RAMP-C項(xiàng)目旨在促進(jìn)使用美國(guó)本土的商業(yè)半導(dǎo)體晶圓廠生態(tài)系統(tǒng)，制造對(duì)國(guó)防部至關(guān)重要的先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)品。英特爾與IBM、Cadence、Synopsys等廠商合作，通過建立半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)來(lái)支持美國(guó)政府設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)處理器的需求，并在18A工藝上開發(fā)和制造芯片。此外，美國(guó)國(guó)防部與英特爾在SHIP二期項(xiàng)目達(dá)成合作，將政府專用芯片與英特爾的商用產(chǎn)品（包括FPGA、ASIC、CPU）結(jié)合，利用公司的美國(guó)制造能力為政府提供芯片。然而，美國(guó)政府為了確保公司正確使用資金，在申請(qǐng)補(bǔ)貼時(shí)要求公司提供詳細(xì)的企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，包括按晶圓類型的產(chǎn)能、利用率、預(yù)期晶圓良率、生產(chǎn)第一年的售價(jià)、每年的產(chǎn)量和價(jià)格上的變化等機(jī)密數(shù)據(jù)。我們認(rèn)為，方案的實(shí)施將對(duì)英特爾美國(guó)工廠的建設(shè)、高質(zhì)量人才培養(yǎng)、財(cái)務(wù)表現(xiàn)的提升、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性等產(chǎn)生重大益處。競(jìng)爭(zhēng)格局：臺(tái)積電市占率遙遙領(lǐng)先，英特爾將依靠先進(jìn)制程奮起直追全球半導(dǎo)體行業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式主要分為三種：（1）Fabless模式：專注于芯片設(shè)計(jì)而不參與制造過程，代表公司包括AMD、蘋果、高通、英偉達(dá)等；（2）Foundry模式：專注于為其他企業(yè)生產(chǎn)芯片，而不涉及設(shè)計(jì)，一般跟客戶沒有正面競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，代表性企業(yè)有臺(tái)積電、中芯國(guó)際和格芯等；（3）IDM模式：既設(shè)計(jì)芯片也負(fù)責(zé)制造，三星和英特爾是此模式的代表性企業(yè)。IDM模式不僅能提供全面的生產(chǎn)控制權(quán)，在供應(yīng)鏈管理方面也更具靈活性和穩(wěn)定性，尤其在市場(chǎng)產(chǎn)能緊張時(shí)期，同時(shí)還能緊貼市場(chǎng)響應(yīng)和技術(shù)創(chuàng)新，并有助于長(zhǎng)期成本控制，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并減少技術(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等好處。反過來(lái)，前期大量成本的投放也不是所有企業(yè)能承受。英特爾通過IFS業(yè)務(wù)開放自身代工能力，能提升晶圓廠產(chǎn)能利用率，進(jìn)而為公司帶來(lái)規(guī)模效益，提升運(yùn)營(yíng)效率。AI浪潮激發(fā)了高性能計(jì)算（HPC）芯片的強(qiáng)勁需求，臺(tái)積電、三星和英特爾在先進(jìn)制程上三足鼎立。根據(jù)2023年10月23日DIGITIMES研究中心發(fā)展報(bào)告中指出，23年半導(dǎo)體行業(yè)下行周期導(dǎo)致全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)營(yíng)收下滑至1215億美元，同比減少13.8%。但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看半導(dǎo)體市場(chǎng)仍然充滿潛力，預(yù)計(jì)2023-28年全球晶圓代工營(yíng)收年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)11.3%，生成式AI將帶動(dòng)HPC結(jié)構(gòu)性需求持續(xù)增長(zhǎng)。雖然臺(tái)積電22年AI收入占比僅6%，但公司預(yù)期22-27年AI業(yè)務(wù)收入CAGR將為50%，到27年收入占比將接近10%，算力的需求加劇了晶圓廠巨頭研發(fā)先進(jìn)制程的競(jìng)爭(zhēng)。在半導(dǎo)體行業(yè)，先進(jìn)制程技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出資金和技術(shù)壁壘不斷提高的趨勢(shì)，導(dǎo)致行業(yè)格局逐漸向少數(shù)領(lǐng)導(dǎo)者集中。隨著制程領(lǐng)先的縮小，晶圓代工廠也面臨著必須投入高額資本，用于采購(gòu)更高級(jí)的設(shè)備和新建產(chǎn)線，以維持在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)地位。半導(dǎo)體巨頭紛紛參與2nm工藝競(jìng)賽，競(jìng)爭(zhēng)白熱化先進(jìn)制程為未來(lái)芯片發(fā)展方向，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。在服務(wù)器芯片中，通過在相同面積的芯片上實(shí)現(xiàn)更小、更緊密的晶體管布局，不僅能實(shí)現(xiàn)處理速度和計(jì)算能力的顯著提升，還降低了芯片的功耗與發(fā)熱，增強(qiáng)了能源效率。而在終端設(shè)備中，晶體管尺寸的縮減進(jìn)一步推動(dòng)了包括智能手機(jī)和筆記本電腦等更輕便、便攜設(shè)備的發(fā)展。此外，提高的晶體管密度不僅意味著尺寸和能效的優(yōu)化，還使得集成更多高級(jí)功能（如先進(jìn)的圖形處理單元和人工智能處理器）成為可能。而對(duì)于芯片制造廠商來(lái)說(shuō)，先進(jìn)制程芯片的單位面積價(jià)格更高，創(chuàng)收能力更強(qiáng)，因此成為半導(dǎo)體制造三巨頭白熱化競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域。目前晶圓代工市場(chǎng)中，臺(tái)積電憑借制程和產(chǎn)能的領(lǐng)先地位一騎絕塵。我們認(rèn)為，未來(lái)晶圓代工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將圍繞先進(jìn)制程研發(fā)和對(duì)逆全球化局勢(shì)的應(yīng)用。在市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)CounterpointResearch2023年11月30日發(fā)布的全球晶圓代工市場(chǎng)報(bào)告中，臺(tái)積電市場(chǎng)份額達(dá)57%，三星市場(chǎng)份額為14%，前五大晶圓廠營(yíng)收占比92%。晶圓代工行業(yè)呈現(xiàn)一超多強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)格局，臺(tái)積電穩(wěn)坐首位占據(jù)絕大部分先進(jìn)制程訂單，三星承接其溢出部分，以及生產(chǎn)內(nèi)部的SoC和儲(chǔ)存芯片，剩下的競(jìng)爭(zhēng)者則聚焦成熟制程，關(guān)注產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)。隨著中美芯片競(jìng)爭(zhēng)白熱化，晶圓產(chǎn)業(yè)也面臨愈更多地緣政治問題，同時(shí)美國(guó)歐洲紛紛出臺(tái)半導(dǎo)體補(bǔ)貼法案，促使該產(chǎn)業(yè)未來(lái)進(jìn)行區(qū)域轉(zhuǎn)移。我們認(rèn)為地緣政治是危也是機(jī)，代工廠可利用各國(guó)補(bǔ)貼政策擴(kuò)大全球晶圓廠布局和產(chǎn)能，分散及規(guī)避地緣風(fēng)險(xiǎn)。臺(tái)積電：晶圓代工模式的開創(chuàng)者，慎終于始的制程開發(fā)者臺(tái)積電成立于1987年，作為全球首家晶圓代工廠，通過制程的不斷超越成為晶圓代工龍頭。在28nm節(jié)點(diǎn)選擇后閘極（Gate-last）方案率先完成突破，超越三星和格芯。2018年使用氟化氬完成7nm制程，超越英特爾開啟了臺(tái)積電的領(lǐng)先時(shí)代。我們認(rèn)為臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有三：1）先進(jìn)制程的領(lǐng)先地位：代工模式不需要芯片設(shè)計(jì)，而工藝研發(fā)經(jīng)費(fèi)達(dá)營(yíng)收的8%，臺(tái)積電能集中發(fā)展先進(jìn)制程，推動(dòng)研發(fā)速度；2）憑借規(guī)模效應(yīng)降低成本：作為代工廠商不斷擴(kuò)產(chǎn)提升產(chǎn)能和規(guī)模效應(yīng)，提升良率并降低成本；3）與客戶間的信任關(guān)系：代工廠商與IDM廠商不同，與客戶沒有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而臺(tái)積電與客戶是利益共同體。如今臺(tái)積電擁有全球絕大部份先進(jìn)制程產(chǎn)能，其營(yíng)收占比也逐年提高，同時(shí)越先進(jìn)的制程營(yíng)收增速越高。代工生態(tài)和客戶基礎(chǔ)也共同構(gòu)筑臺(tái)積電護(hù)城河。臺(tái)積電和各大代工客戶，以及許多EDA（如Synopsys、SiemensEDA等）、IP設(shè)計(jì)公司（如ARM等）有著長(zhǎng)期和緊密合作，深度綁定代工生態(tài)。在人工智能的迅猛發(fā)展下，高算力芯片需求暴漲。AMD、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、高通等都宣布在下一代產(chǎn)品使用臺(tái)積電3nm制程。蘋果作為第一大客戶，目前更占據(jù)了臺(tái)積電90%的3nm產(chǎn)能。臺(tái)積電正與蘋果、聯(lián)發(fā)科、高通和英偉達(dá)合作，開發(fā)基于其先進(jìn)的3nm和2nm工藝的芯片。蘋果采用臺(tái)積電的3nm（N3）工藝，用于其iPhone15Pro和ProMax型號(hào)中的A17Pro芯片，以及搭載M3處理器的Mac系列產(chǎn)品；DigitimesAsia于2022年4月22日?qǐng)?bào)道，蘋果還計(jì)劃采用臺(tái)積電的2nm工藝，并可能成為其N2節(jié)點(diǎn)的首批客戶之一。另一方面，聯(lián)發(fā)科于2023年9月7日宣布其已成功與臺(tái)積電共同開發(fā)了一款3nm芯片，用于其Dimensity5G智能手機(jī)芯片組，預(yù)計(jì)2024年進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)。2023年10月25日高通在2023驍龍峰會(huì)中推出Snapdragon8Gen3，基于臺(tái)積電的4nm節(jié)點(diǎn)，根據(jù)wccftech官網(wǎng)在23年12月1日的報(bào)告，其Snapdragon8Gen4將在2024年轉(zhuǎn)移到臺(tái)積電3nm節(jié)點(diǎn)。而據(jù)DigitimesAsia于2023年9月26日進(jìn)一步報(bào)道，英偉達(dá)的B100GPU將會(huì)采用3nm工藝，并準(zhǔn)備在24年4季度推出。各國(guó)政府半導(dǎo)體補(bǔ)貼或?qū)⒊蔀殡p刃劍。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逆全球化不斷發(fā)展，各國(guó)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)補(bǔ)貼不斷，臺(tái)積電也迅速在全球開展擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。2021年起在美國(guó)亞利桑那州新建兩座晶圓廠、在日本熊本縣新建兩座晶圓廠、在德國(guó)新建一座晶圓廠，以上將于2025年起陸續(xù)開始量產(chǎn)，鞏固領(lǐng)先地位。不過，我們也應(yīng)注意到半導(dǎo)體補(bǔ)貼對(duì)臺(tái)積電的限制，日本歐洲的限制條例中規(guī)定了要首先保證該國(guó)半導(dǎo)體的供應(yīng)，美國(guó)出臺(tái)的條例更是限制了補(bǔ)貼公司在受關(guān)注國(guó)家擴(kuò)大先進(jìn)制程產(chǎn)能。此外，臺(tái)積電堅(jiān)持將最頂尖的制程放在中國(guó)臺(tái)灣，根據(jù)路透社報(bào)道，公司首席執(zhí)行官2023年7月表示將繼續(xù)扎根中國(guó)臺(tái)灣，2014年1月TaipeiTimes報(bào)道，臺(tái)積電重申中國(guó)臺(tái)灣是臺(tái)積電全球擴(kuò)張的中心，公司正在新竹縣寶山興建一座2nm晶圓廠，預(yù)計(jì)2025年開始商業(yè)化生產(chǎn)，并計(jì)劃在高雄新建兩座2nm晶圓廠，以及在臺(tái)中市建設(shè)一座2nm后節(jié)點(diǎn)圓晶廠，同時(shí)考慮在嘉義縣建設(shè)1nm圓晶廠，相比之下，公司在美國(guó)亞利桑那州的3nm圓晶廠預(yù)計(jì)將在2027-2028年才姍姍來(lái)遲。我們認(rèn)為，各國(guó)的半導(dǎo)體補(bǔ)貼均要求將工廠建設(shè)于補(bǔ)貼國(guó)內(nèi)，全球擴(kuò)張進(jìn)展緩慢或不利于臺(tái)積電獲取半導(dǎo)體補(bǔ)貼。三星：依托自家芯片設(shè)計(jì)部門，追趕臺(tái)積電先進(jìn)制程承接溢出需求三星常年穩(wěn)坐晶圓代工的第二把交椅，其能達(dá)到臺(tái)積電三分之一的市場(chǎng)份額全靠對(duì)先進(jìn)制程的不斷追逐。2022年6月30日，三星宣布使用GAA工藝的3nm芯片開始量產(chǎn)，但目前良率不高，對(duì)比臺(tái)積電在3nm里依然采用FinFET工藝。三星先進(jìn)制程的持續(xù)突破為其爭(zhēng)得高通的訂單和其他臺(tái)積電外溢訂單，同時(shí)依托三星LSI（系統(tǒng)半導(dǎo)體事業(yè)部門）的穩(wěn)定需求，得以保持其市場(chǎng)份額。三星的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于：1）與臺(tái)積電相似的先進(jìn)制程：三星可緩解臺(tái)積電產(chǎn)能不足問題，作為客戶的替代廠商；2）更低的芯片價(jià)格：臺(tái)積電代工費(fèi)用多次漲價(jià)，3nm代工費(fèi)用約為19865美元一片晶圓，三星則以其有競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià)爭(zhēng)取到部分訂單；3）制衡臺(tái)積電：作為現(xiàn)階段臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，在價(jià)格和性能相似的情況下，廠商們有理由去支持三星以此來(lái)約束臺(tái)積電繼續(xù)上漲代工價(jià)格。三星工藝規(guī)劃：2025年量產(chǎn)2nm節(jié)點(diǎn)，2027年量產(chǎn)1.4nm節(jié)點(diǎn)。根據(jù)三星在年度三星代工論壇（SFF2023）上公布的最新工藝技術(shù)路線圖，三星的SF2節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)于2025年量產(chǎn)，并于2027年大規(guī)模生產(chǎn)1.4nm節(jié)點(diǎn)。SF2工藝比前一代SF3在芯片面積上縮減5%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了25%的功效提升與12%的性能增強(qiáng)。三星還為SF2工藝配置了包括LPDDR5x、HBM3P、PCIeGen6和112GSerDes等先進(jìn)的IP組合。繼SF2之后，三星計(jì)劃在2026年推出專為高性能計(jì)算（HPC）優(yōu)化的SF2P工藝，并在2027年引入專為汽車應(yīng)用優(yōu)化的SF2A工藝。在2027年，三星預(yù)期SF1.4制程技術(shù)進(jìn)行量產(chǎn)。就2nm工藝量產(chǎn)時(shí)間對(duì)比，三星與臺(tái)積電相近，二者均較英特爾的20A工藝晚約一年。格芯：放棄先進(jìn)制程針對(duì)成熟制程，差異化競(jìng)爭(zhēng)漸入佳境格芯2018年宣布放棄7nm及更先進(jìn)的制程開發(fā)，將主要業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到成熟的14nm工藝上，走上特色工藝之路。鑒于臺(tái)積電和三星在先進(jìn)制程領(lǐng)域已構(gòu)筑了較高的技術(shù)壁壘，即使繼續(xù)投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)取得突破也難以追趕，倒不如集中火力將資金用于改良現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)，專注需求明顯的物聯(lián)網(wǎng)、5G和汽車領(lǐng)域。格芯通過七個(gè)半導(dǎo)體工藝平臺(tái)，來(lái)滿足客戶的多元化需求。在地緣政治緊張加劇的時(shí)代背景下中格芯作為美國(guó)的本土企業(yè)，美國(guó)的需求有望對(duì)其業(yè)績(jī)產(chǎn)生積極影響，增加其市場(chǎng)份額。DCAI業(yè)務(wù)：產(chǎn)品布局完善，制程差距有望收窄我們預(yù)計(jì)英特爾DCAI業(yè)務(wù)2024/2025/2026年的營(yíng)業(yè)收入為166/193/223億美元，對(duì)應(yīng)營(yíng)收同比增速為7%/16%/16%。DCAI業(yè)務(wù)2021~22年?duì)I收下降主要受AMD競(jìng)爭(zhēng)壓力及制程落后，以及數(shù)據(jù)中心CPUSapphireRapids多番推遲至1H23所影響。2023年起營(yíng)收同比降幅逐漸收窄，主要由于XeonCPU競(jìng)爭(zhēng)力提升及ASP上升，從而增強(qiáng)了盈利能力。展望未來(lái)，考慮到英特爾在制程上進(jìn)展穩(wěn)健，最快有望于2024年底前能趕超臺(tái)積電，加上XeonCPU在性能和能耗雙線布局，能彌補(bǔ)以往短板，并有望與注重每瓦性能的AMD和具有較強(qiáng)能耗優(yōu)勢(shì)的ARM匹敵，我們認(rèn)為2024~25年DCAI業(yè)務(wù)將重回增長(zhǎng)軌道。英特爾在數(shù)據(jù)中心與AI業(yè)務(wù)的布局廣泛，主要產(chǎn)品包括：1）英特爾Xeon（至強(qiáng)）服務(wù)器CPU，包括P核和E核（尚未推出，預(yù)計(jì)24年上半年）；2）Gaudi系列ASIC；及3）FPGA。其中，我們認(rèn)為Xeon系列將隨著基于Intel3的E核產(chǎn)品推出，應(yīng)與AMD制程漸進(jìn)，而HabanaGaudi系列，作為AI加速器與CPU搭配起來(lái)，在AI推理端具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，或也能與GPU在AI訓(xùn)練端有一戰(zhàn)之力。GPU產(chǎn)品FalconShores（預(yù)計(jì)2025年推出）曾被規(guī)劃為CPU+GPU架構(gòu)，本應(yīng)可與同為異構(gòu)架構(gòu)的AMDMI300A及英偉達(dá)GraceHopper在AI訓(xùn)練端展開較量，但現(xiàn)在只為純GPU產(chǎn)品。我們將著重對(duì)Xeon和HabanaGaudi系列產(chǎn)品進(jìn)行分析。DCAI業(yè)務(wù)也迎新領(lǐng)軍人物。2024年1月5日，英特爾任命JustinHotard為DCAI業(yè)務(wù)的新任總經(jīng)理，該任命自2024年2月1日起生效。Hotard在計(jì)算和數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型方面有20多年的深厚經(jīng)驗(yàn)，以及在提供可擴(kuò)展人工智能系統(tǒng)方面的領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)。他Hotard將負(fù)責(zé)監(jiān)督包括英特爾至強(qiáng)處理器、GPU和加速器在內(nèi)的關(guān)鍵產(chǎn)品線。他的任命標(biāo)志著英特爾在數(shù)據(jù)中心和人工智能領(lǐng)域的戰(zhàn)略加強(qiáng)。Hotard持有UIUC（伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校）的電氣工程學(xué)士學(xué)位和MIT（麻省理工學(xué)院）的工商管理碩士學(xué)位。加入英特爾之前，他在慧與科技（HPE）擔(dān)任高級(jí)職位，專注于人工智能和高性能計(jì)算領(lǐng)域。他的背景包括在NCRSmallBusiness、美國(guó)訊寶科技公司和摩托羅拉公司的企業(yè)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)經(jīng)歷。服務(wù)器CPU:制程加速追趕，E-Core策略下有望從AMD收復(fù)失地英特爾原來(lái)的“Tick-Tock”芯片制造與設(shè)計(jì)迭代模式被打破，10nm量產(chǎn)深陷良率問題不斷推遲，與此同時(shí)，AMD聯(lián)手臺(tái)積電，在制程上不斷取得突破，在服務(wù)器端CPU制程上彎道超車，致使英特爾市場(chǎng)份額持續(xù)下滑。AMD聯(lián)手臺(tái)積電突破制程彎道超車，提升在服務(wù)器CPU份額由于在制造更先進(jìn)制程芯片的過程中遭遇技術(shù)困難，英特爾10nm芯片良率不佳，過去十幾年沿用的“Tick-Tock”模式——一年微架構(gòu)的處理器晶片制程的更新（Tick），一年微處理器架構(gòu)和性能的提升（Tock）的兩年一循環(huán)的芯片制造與設(shè)計(jì)迭代模式被打破，制程停滯于14nm，而原定于2016年下半年的10nm（相當(dāng)于臺(tái)積電7nm）量產(chǎn)多番推遲至19年下半年。觀其原因，我們認(rèn)為“Tick-Tock”模式的失效與英特爾IDM模式工序長(zhǎng)、成本高，且兩階段互相牽制的缺陷相關(guān)，一旦制程進(jìn)展停滯，芯片設(shè)計(jì)的更新也必然受到掣肘；而AMD早在2008年賣掉晶圓廠格芯后，專攻芯片設(shè)計(jì)，并將晶圓代工外包給行業(yè)龍頭臺(tái)積電，這種分工合作的模式相對(duì)效率更高且風(fēng)險(xiǎn)較低。反觀彼時(shí)的AMD，2016年上半年發(fā)布了企業(yè)端CPU技術(shù)路線圖，其中明確表示制程上的突破，基于臺(tái)積電7nm的CPU將于2018/19年推出。隨后6月，AMD發(fā)表了Zen架構(gòu)，涵蓋PC端及服務(wù)器端CPU產(chǎn)品，并在2017年宣布以Zen架構(gòu)重新整合其PC及服務(wù)器產(chǎn)品。在該Zen架構(gòu)技術(shù)路線圖中，AMD進(jìn)一步明確了2018/19年將有7nm產(chǎn)品推出，2020年將向更先進(jìn)制程邁進(jìn)。2016年6月，AMD宣布推出Zenx86-64微架構(gòu)。對(duì)比彼時(shí)英特爾的Skylake架構(gòu)，Zen的CPU部分面積較小，緩存空間有所提升，且散熱片間距加寬，默認(rèn)頻率更高，功耗更低，價(jià)格也較低。隨后在17年推出，同樣基于Zen架構(gòu)的EPYCCPU產(chǎn)品，采用了14nm制程及8核16線程工藝，對(duì)標(biāo)同為14nm制程的英特爾XeonCPU。EPYC憑借高性能表現(xiàn)及高能耗效率，開始在數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)份額上攻城略地。2020年7月底，英特爾宣布將推遲7nm（后更名為Intel4）制程至2022年以后。反觀AMD在20Q2財(cái)報(bào)中PC端業(yè)務(wù)營(yíng)收大漲45%，并進(jìn)一步上調(diào)了全年?duì)I收預(yù)期。當(dāng)月AMD股價(jià)大漲47%并首度超越英特爾的股價(jià)。同年10月，AMD宣布收購(gòu)頭部可編程邏輯器件（FPGA）生產(chǎn)商賽靈思（Xilinx），并于22Q1完成并表。對(duì)比英特爾在2015年收購(gòu)了FPGA生產(chǎn)商Altera，收購(gòu)賽靈思能為AMD帶來(lái)FGPA、可編程SoC及自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)產(chǎn)品，并將AMD的產(chǎn)品矩陣擴(kuò)充至與英特爾看齊。2021年，英特爾推出了采用10nm制程的第三代Xeon可擴(kuò)展CPU，而此時(shí)的AMD則已率先推出了基于臺(tái)積電7nm制程的Zen3架構(gòu)，并推出了EPYCMilan服務(wù)器CPU。隨后的2022和2023年，AMD接連推出基于臺(tái)積電5nm制程的EPYCGenoa、EPYCBergamo和EPYCSienna，再次拉開與英特爾服務(wù)器端制程的距離。在16Q1，AMD的服務(wù)器CPU份額僅為0.3%，市場(chǎng)基本被英特爾所壟斷，但2017年EPYC推出后，服務(wù)器CPU的份額也開始一路上漲。截至23Q3，AMD服務(wù)器端CPU市場(chǎng)份額達(dá)到23.3%，而英特爾跌至76.7%。AMD23Q3份額相比上季度增長(zhǎng)4.7Pct，相比22Q3增長(zhǎng)5.8個(gè)百分點(diǎn)，市場(chǎng)份額上升較快，或主要由2023年推出的第四代EPYCGenoa-X和Bergamo貢獻(xiàn)的增量推動(dòng)，其已成為AMD三季度最受歡迎的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，并被幾乎所有主要云廠商采用；而英特爾對(duì)標(biāo)EPYCBergamo的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品SierraForest預(yù)計(jì)將于2024年上半年面世。英特爾在制程上的反擊：“四年五節(jié)點(diǎn)”先進(jìn)制程趕超計(jì)劃英特爾的“四年五節(jié)點(diǎn)”產(chǎn)品路線圖能否順利落地成反敗為勝的關(guān)鍵。早在14nm工藝時(shí)，英特爾占據(jù)著領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但在10nm的關(guān)口卻停滯不前。2019年，AMD在服務(wù)器端CPU采用的工藝制程首次超越英特爾，而英特爾采用10nm工藝的服務(wù)器版IceLake于2021年4月姍姍來(lái)遲，此時(shí)距離AMD在2019年推出7nm工藝的EPYCRome已有兩年（AMD采用的臺(tái)積電工藝7nm大致相當(dāng)于英特爾10nm，也就是Intel7）。此后，英特爾一直處于艱難的追趕狀態(tài)。英特爾于2021年7月公布了工藝制程的趕超戰(zhàn)略“四年五節(jié)點(diǎn)”，指的是公司希望能在2025年以前實(shí)現(xiàn)Intel7（10nm）、Intel4（7nm）、Intel3（7nm+）、Intel20A（2nm）及Intel18A（1.8nm）5代工藝節(jié)點(diǎn)。在這五代節(jié)點(diǎn)中，前三個(gè)節(jié)點(diǎn)的目的是追趕上臺(tái)積電的進(jìn)度，后兩個(gè)則是英特爾進(jìn)入“安米時(shí)代（AngstromEra）”，在2025年超越臺(tái)積電重返制程領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。2021年計(jì)劃發(fā)布時(shí)，英特爾預(yù)計(jì)Intel18A將于2025年推出；在2022年，英特爾將18A時(shí)間點(diǎn)提前到了2024年下半年。目前看到的服務(wù)器端進(jìn)度顯示，基于Intel7的SapphireRapids在23年已批量出貨，同樣基于Intel7的EmeraldRapids也在23年推出；而基于Intel3的SierraForest和GraniteRapids將會(huì)在2024上半年相繼推出，最后，18A已開展內(nèi)部測(cè)試以及與潛在代工客戶的產(chǎn)品測(cè)試。力求在24上半年開始提升在服務(wù)器CPU的市占率，或全靠E核SierraForest性能與功耗雙管齊下，XeonScalable“大核”（P-Core）與“小核”（E-Core）策略或是反擊關(guān)鍵。P-Core（PerformanceCore），強(qiáng)調(diào)高性能；E-Core（EfficiencyCore），著眼低能耗，公司對(duì)服務(wù)器端產(chǎn)品的戰(zhàn)略規(guī)劃思路或來(lái)自其遭AMD撬動(dòng)份額的反思。我們觀察到，2023年Q1和Q2英特爾和AMD在服務(wù)器CPU市場(chǎng)的市占率維持了穩(wěn)定而Q3英特爾市占率再次下滑。我們認(rèn)為隨著英特爾基于Intel3制程的E核CPU處理器SierraForest于24上半年推出后，該產(chǎn)品面向低功耗需求，將有助公司搶回服務(wù)器CPU的份額。英特爾在23Q1業(yè)績(jī)電話會(huì)上稱當(dāng)季服務(wù)器市場(chǎng)份額維持穩(wěn)定的原因之一是“SapphireRapids帶來(lái)的貢獻(xiàn)”，這也是CEOPatGelsinger掌舵英特爾后第一次維持住服務(wù)器市占率大致平穩(wěn)不降，而第三季度的下滑仍來(lái)自AMD的競(jìng)爭(zhēng)壓力，主要是EPYCBergamo及Genoa-X的推出。據(jù)Mercury于2023年11月測(cè)算，從2016年到23Q3，AMD已“從零開始”搶占23.3%服務(wù)器CPU市場(chǎng)份額，英特爾則降至76.7%。我們認(rèn)為，公司在服務(wù)器方面落后AMD的重要一環(huán)在于英特爾關(guān)注“每核性能（performancepercore）”，而AMD則將重點(diǎn)放在“每瓦性能（performanceperwatt）”，前者指的是提高CPU的單核性能，而后者則考慮能耗效率。我們認(rèn)為，隨著AI模型規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，面對(duì)數(shù)據(jù)中心降本增效及解決高能耗問題的發(fā)展趨勢(shì)，單位能源帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益越趨重要，服務(wù)器CPU客戶的關(guān)注重點(diǎn)更多轉(zhuǎn)向功耗。英特爾另一主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手ARM架構(gòu)幾年前就推出了基于Neoverse架構(gòu)的高密度內(nèi)核設(shè)計(jì)，AMD也于23年6月推出了Zen4C架構(gòu)和最大支持128核的EPYC"Bergamo"處理器。英特爾P核產(chǎn)品穩(wěn)步推進(jìn)。另一P核產(chǎn)品第五代XeonCPUEmeraldRapidsAI，性能與能效雙升級(jí)，或?yàn)橛⑻貭枔尀〢MD增加勝算。英特爾最新P核XeonCPUEmeraldRapids于2023年12月14日推出，與23年1月推出的SapphireRapids同樣基于Intel7節(jié)點(diǎn)，核心架構(gòu)升級(jí)至RaptorCove，并將最大核心數(shù)提升至64核，最大三級(jí)緩存提升至320MB，HPC性能提升至1.3倍。此外，EmeraldRapids還重點(diǎn)提升了AI性能，沿用SapphireRapids中使用的AMX技術(shù)加強(qiáng)AI任務(wù)中的矩陣運(yùn)算能力，并內(nèi)置AI加速器，使得AI推薦系統(tǒng)和自然語(yǔ)言處理性能提升至1.4倍，大數(shù)據(jù)吞吐量提升至1.7倍。與上一代產(chǎn)品相比，在相同的熱設(shè)計(jì)功率范圍內(nèi)，第五代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器平均性能提升21%，并在一系列工作負(fù)載中將每瓦性能提升高達(dá)36%。對(duì)于遵循典型的五年更新周期并從更前一代處理器進(jìn)行升級(jí)的客戶，總體擁有成本最多可降低77%。而第六代XeonCPUGraniteRapids將邁入Intel3制程，性能與能效進(jìn)一步提升。公司預(yù)計(jì)于2024上半年推出的GraniteRapids將基于Intel3節(jié)點(diǎn)、經(jīng)優(yōu)化的微架構(gòu)設(shè)計(jì)及更高核心數(shù)，將與下一代BirchStream平臺(tái)兼容并搭載IntelAMX，預(yù)計(jì)將帶來(lái)顯著性能提升。根據(jù)英特爾內(nèi)部測(cè)算，GraniteRapids相比目前的SapphireRapids內(nèi)存帶寬將提升2.8倍，在AI推理端（DeepMD+LAAMPS）將實(shí)現(xiàn)2.9倍的性能提升，在總體AI負(fù)載上實(shí)現(xiàn)近3倍的性能提升。軟件生態(tài)會(huì)否也成為英特爾突圍的阿喀琉斯之踵？與AMD一樣，英特爾推進(jìn)AI產(chǎn)品布局成功的另一大障礙或許是軟件生態(tài)。英特爾的oneAPI不直接與GPU通用運(yùn)算生態(tài)圈的領(lǐng)軍CUDA競(jìng)爭(zhēng)，而是橫跨CPU、GPU、FPGA、NPU等多種硬件，以及CUDA、ROCm等不同軟件平臺(tái)，試圖建立統(tǒng)一的生態(tài)圈，但這種兼容所有軟件和硬件的思路，落地效果如何，能否突出CUDA重圍，目前看還需進(jìn)一步判斷。英特爾的軟件框架oneAPI于2019年底開始測(cè)試，2020年9月推出了1.0正式版，比CUDA晚了13年。對(duì)此，英特爾也承認(rèn)oneAPI推出較晚，但同時(shí)也認(rèn)為目前只是AI的起步點(diǎn)。對(duì)比英偉達(dá)CUDA（ComputeUnifiedDeviceArchitecture）于2007年發(fā)布，通過先發(fā)優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)期耕耘，生態(tài)圈已較為成熟，為英偉達(dá)GPU開發(fā)、優(yōu)化和部署多種行業(yè)應(yīng)用提供了獨(dú)特的護(hù)城河。全球CUDA開發(fā)者2020年達(dá)200萬(wàn)，2023年已達(dá)400萬(wàn)。ARM對(duì)數(shù)據(jù)中心蠢蠢欲動(dòng)，能耗優(yōu)勢(shì)凸顯，或?qū)⑴cx86分而治之我們認(rèn)為服務(wù)器CPU市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局在近年來(lái)加速深化。隨著數(shù)據(jù)中心及HPC領(lǐng)域能耗飆升，低能耗成為了服務(wù)器CPU的一大關(guān)注重點(diǎn)，眾多廠商紛紛加碼低能耗產(chǎn)品以求突破。除英特爾和AMD的x86架構(gòu)外，一直深耕移動(dòng)端、標(biāo)榜低功耗的ARM對(duì)于服務(wù)器市場(chǎng)也來(lái)勢(shì)洶洶，憑借其低能耗優(yōu)勢(shì)開始從移動(dòng)端逐漸向服務(wù)器端蔓延，攻城略地。AMD以“每瓦性能”為秘密武器在市場(chǎng)中占有一席之地，從重視“每核性能”的英特爾手中撬動(dòng)市場(chǎng)份額。但英特爾也痛定思痛，準(zhǔn)備于24年推出Intel3制程的低功耗服務(wù)器CPUSierraForest試圖收復(fù)失地。SierraForest標(biāo)志著英特爾專注低能耗的E核CPU產(chǎn)品線的開辟，該產(chǎn)品線將于未來(lái)持續(xù)迭代，并計(jì)劃于2025年推出基于Intel18A的ClearwaterForest。值得關(guān)注的是，由于ARM的單核面積也遠(yuǎn)小于x86核，因此在同樣芯片尺寸下可承載更多核心數(shù)。通過“堆核”的方式，ARM架構(gòu)處理器得以在性能快速提升下，仍保持較低的功耗。ARM已于2023年9月14日在美國(guó)納斯達(dá)克上市，蘋果、谷歌、英偉達(dá)、AMD、英特爾和臺(tái)積電等科技巨頭均是此次發(fā)行的基石投資者。亞馬遜早在2018年已在AWS中大量運(yùn)用ARM架構(gòu)的自研GravitonCPU；英偉達(dá)的異構(gòu)芯片GraceHopper中，GraceCPU也采用了ARM架構(gòu)；而微軟的自研服務(wù)器芯片AzureCobalt100CPU同樣基于ARM架構(gòu)，將于24年上市并在微軟云上運(yùn)行通用計(jì)算工作負(fù)載。初創(chuàng)公司方面，由英特爾前任總裁RenéeJ.James創(chuàng)立的Ampere也專注于為云服務(wù)商提供服務(wù)器ARMCPU。x86和ARM架構(gòu)在服務(wù)器端各有優(yōu)勢(shì)，或?qū)⒎侄沃覀冋J(rèn)為ARM和x86CPU架構(gòu)在AI應(yīng)用里各有優(yōu)勢(shì)。低能耗的ARM架構(gòu)和高性能的x86架構(gòu)可分別負(fù)責(zé)較輕和較重的工作負(fù)載。由于ARM架構(gòu)從性能層面上或不能直接與x86相比，因此我們不認(rèn)為其能有朝一日完全取代x86架構(gòu)。但我們也強(qiáng)調(diào)，在云計(jì)算任務(wù)和數(shù)據(jù)模態(tài)多元化的趨勢(shì)下，加上隨著AI和云計(jì)算領(lǐng)域?qū)?jié)能的要求提高，ARM架構(gòu)本身的能耗優(yōu)勢(shì)越趨凸顯。因此，我們認(rèn)為ARM架構(gòu)的CPU將逐漸在AI推理端占一席之地。由于GPU可分擔(dān)部分工作負(fù)載，因此對(duì)服務(wù)器CPU來(lái)說(shuō)能耗相對(duì)性能或更為重要。上文所說(shuō)，ARM架構(gòu)原來(lái)主要應(yīng)用于移動(dòng)端，因此相比x86能耗較低，這點(diǎn)不管在AI或是數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中都較受青睞。反過來(lái)，x86架構(gòu)則追求高性能和擁有較豐富的指令集，在AI里也可分擔(dān)推理負(fù)載，與GPU在功能上可互補(bǔ)。在AI應(yīng)用里，GPU憑著其高算力，針對(duì)并行計(jì)算，在視頻處理、圖像渲染等方面的優(yōu)勢(shì)雖毋庸置疑，但我們認(rèn)為并非所有工作負(fù)載都能單純由GPU完成，也須由CPU進(jìn)行控制調(diào)用及發(fā)布指令。因此，在CPU+GPU架構(gòu)里的CPU可負(fù)責(zé)控制及發(fā)出指令，指示GPU處理數(shù)據(jù)和完成運(yùn)算（如矩陣運(yùn)算）。值得一提的是，AMD在MI300A里的CPU選用了x86架構(gòu)，而英偉達(dá)的GH200里CPU則采用了ARM架構(gòu)。我們認(rèn)為，兩者的選擇各有優(yōu)勢(shì)。我們認(rèn)為英偉達(dá)也是看準(zhǔn)這點(diǎn)（公司也曾對(duì)ARM提出收購(gòu)），加上在這類CPU+GPU架構(gòu)中，CPU或僅需發(fā)揮其部分性能，如向GPU發(fā)出指令等，其他性能如AI訓(xùn)練和推理則可交由GPU或其他AI加速器負(fù)責(zé)，因此ARM架構(gòu)的CPU已能勝任。AI加速器Gaudi，將彌補(bǔ)服務(wù)器GPU的暫時(shí)缺席從發(fā)展歷程來(lái)看，傳統(tǒng)推理端主要依賴CPU處理大多數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單的低算力推理任務(wù)。推理所需要的算力本身比訓(xùn)練所需要的算力要低，因此推理端的門檻相對(duì)訓(xùn)練端較低。然而，目前AI模型的規(guī)模和復(fù)雜度跟過去相比提升，隨著更多工作負(fù)載將逐漸納入到推理領(lǐng)域，對(duì)于算力的要求也會(huì)提高。我們認(rèn)為，AI推理市場(chǎng)在可預(yù)計(jì)的未來(lái)或?qū)@著擴(kuò)大，但我們需強(qiáng)調(diào)，與此同時(shí)，考慮到采用英偉達(dá)最高性能的GPU來(lái)進(jìn)行推理工作或不符合成本優(yōu)勢(shì)，因此目前各類芯片都在此領(lǐng)域獲得一席之地，包括GPU、CPU、以及自研ASIC等依然在相互競(jìng)爭(zhēng)。目前，英特爾的AI芯片布局包括：GPU產(chǎn)品PonteVecchio（23年一季度推出）和下一代FalconShores（公司準(zhǔn)備在2025年推出），以及ASIC芯片HabanaGaudi系列（Gaudi2目前正在出貨，公司計(jì)劃在2024年推出Gaudi3）。從產(chǎn)品規(guī)劃上來(lái)看，英特爾目前在GPU產(chǎn)品方面或暫時(shí)掉隊(duì)，但ASIC方面的Gaudi2和Gaudi3或能有效填補(bǔ)了2025年FalconShores推出前的空白時(shí)間。英特爾的AI相關(guān)GPU和ASIC產(chǎn)品，Gaudi后續(xù)會(huì)將被集成到GPU里1）PonteVecchio：在2021年發(fā)布，但在2023年一季度才推出。PonteVecchioGPU結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一共有47個(gè)功能片，分5個(gè)制程。英特爾在2021年8月19日的ArchitectureDay宣布PonteVecchioGPU（XeHPC）的計(jì)算層采用了臺(tái)積電N5工藝，基底采用了Intel7，XeLinkI/O是臺(tái)積電N7，另外RamboCache采用的是Intel7，對(duì)比H100和MI300的臺(tái)積電N5制程。晶體管數(shù)量超1000億個(gè)，高于H100的800億，但低于MI300X的1530億。內(nèi)存屬HBM2e，落后于H100和MI300X的HBM3。2）FalconShores：原定為XPU（即CPU+GPU異構(gòu)架構(gòu)）產(chǎn)品，并準(zhǔn)備于2024年推出，但在2023年3月，英特爾稱FalconShores將為其下一個(gè)純GPU產(chǎn)品，接棒PonteVecchioGPU，且延后至2025年才推出。2023年5月，英特爾在ISC2023會(huì)議上再次確認(rèn)FalconShores將推出僅GPU版。反觀，英偉達(dá)的GH200和AMD的MI300A也屬CPU+GPU架構(gòu)的AI芯片。目前FalconShores的參數(shù)細(xì)節(jié)還未完全公布，已知道有288GB的HBM3和9.8TB/s的內(nèi)存帶寬，并能支持較低的數(shù)據(jù)精度，如BF16和FP8。英特爾在23Q3業(yè)績(jī)會(huì)確認(rèn)，到2025年Gaudi將集成于FalconShoresGPU內(nèi)，而根據(jù)Tom’sHardware2023年11月13日?qǐng)?bào)道，英特爾的產(chǎn)品路線圖中并沒有Gaudi3處理器的后繼產(chǎn)品，這或意味著Gaudi與FalconShoresGPU合并后，將承擔(dān)英特爾首個(gè)HPC和AI芯片的職責(zé)。3）HabanaGaudi：Gaudi是由英特爾在2019年12月，以20億美元收購(gòu)的HabanaLabs設(shè)計(jì)的ASIC芯片。Gaudi主要用于AI工作負(fù)載，并適用于作為加速器配合公司的CPU一同使用，提升CPU在AI推理和訓(xùn)練的處理效果。第一款Gaudi（16nm）于2019年6月推出，而Gaudi2（7nm）在2022年末已推出。Gaudi2的架構(gòu)特點(diǎn)是異構(gòu)，包含2個(gè)MME（MatrixMultiplicationEngine，矩陣乘法引擎）和24個(gè)TPC（TensorProcessorCore，張量處理核），前者負(fù)責(zé)處理所有可轉(zhuǎn)換成矩陣運(yùn)算的任務(wù)，例如卷積、GEMM（GeneralMatrixMultiplication）等，后者處理其他類型的運(yùn)算。這兩種計(jì)算引擎可并行使用，因此兩種類型的運(yùn)算可重疊進(jìn)行，這也是Gaudi2可有效提高運(yùn)行AI模型速度的原因。ASIC在特定場(chǎng)景與領(lǐng)域中，性能具備優(yōu)勢(shì)已有先例。我們看到Gaudi2在一些基準(zhǔn)測(cè)試?yán)锉憩F(xiàn)較A100優(yōu)秀：1）推理端：HuggingFace在2023年3月對(duì)HabanaGaudi2與A100進(jìn)行了大模型（BLOOMZ）推理的基準(zhǔn)測(cè)試。BLOOMZ是一個(gè)1760億參數(shù)的文本生成模型。推理延遲測(cè)試的結(jié)果顯示，Gaudi2比A100快1.2倍。而針對(duì)小參數(shù)版本的70億參數(shù)BLOOMZ-7模型進(jìn)行的推理測(cè)試中，Gaudi2比A100快3倍；2）訓(xùn)練端：HabanaLabs對(duì)HabanaGaudi2與A100進(jìn)行了基準(zhǔn)測(cè)試，運(yùn)行了兩款芯片在RestNet50和BERT模型訓(xùn)練的測(cè)試，稱其訓(xùn)練吞吐量可達(dá)到英偉達(dá)