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科技

英特爾怎麼了?四個競爭危機與最後一線生機

科技新報

更新於 2024年08月27日09:48 • 發布於 2024年08月27日08:00

「看著別人的國家燃燒,我感覺並不舒服。因我們的空中宮殿,將來也沒有不變成這樣的保證。」這是漫畫《五星物語》(FSS, The Five Star Stories)的「命運三女神:可羅索」篇,AKD 總司令羅格納遙望陷入烈焰的哈格達帝國首都時感慨。每當筆者聽聞世界級知名大企業傳出大規模裁員消息,以上橋段都是唯一心情寫照。

當然,近期宣布裁員 15%、股價創史上最大單日跌幅 27% 的英特爾也不例外,更不乏產業分析師直言英特爾瀕臨生死存亡(existential)時刻,這是公司暫停發放股利、啟動大規模撙節行動的原因。

對關心科技產業和股票投資的讀者,最近英特爾負面新聞此起彼落,市值更下滑到僅約老對手 AMD 的三分之一,已多到不必贅述的程度了。如十年前處於低谷的 AMD,現在英特爾問題也很單純,就產品明顯輸給競爭對手。所以本文聚焦產品端競爭力,再檢視先進製程前景,而不是很多人習慣掛在嘴邊的晶圓代工巨額虧損,因這才是判定英特爾業績表現的關鍵。

烈焰沖天的皇宮:資料中心

以 1995 年底上市的 Pentium Pro 處理器為契機,26 年前(1998 年 6 月)問世的 Xeon 品牌,加上一起躬逢其盛的 AMD Opteron 與繼承者 EPYC,象徵 x86 指令集相容處理器站穩伺服器市場,催生「RISC 諸神(Alpha、MIPS、PA-RISC、SPARC,加上英特爾 Itanium)黃昏」,並隨雲端服務資料中心急速擴展。

伺服器 CPU 自此成為 x86 雙雄最重要的「現金母牛」(Cash Cow)與研發處理器微架構的最首要考量。換言之,假若英特爾是個王國,資料中心事業群是皇宮,相關產品線是王座,Xeon 處理器更是皇冠上的寶石。

英特爾現任執行長 Pat Gelsinger 2021 年初走馬上任之際,就碰上資料中心業務營收暴跌、較去年同期減少 20% 的窘境,早在英特爾替 Facebook 特殊需求(為人工智慧訓練支援 BF16 浮點數),量身訂做「2.5 代 Xeon-SP」Cooper Lake-SP,卻因過熱腰斬,加上第三代 Xeon-SP Ice Lake-SP 推出時程與產品規格不如 AMD 第三代 EPYC,就埋下「業力引爆」的種子。

表定 2021 年發表的第四代 Xeon-SP Sapphire Rapids,更因中途遇到「各式各樣問題」修正或改設計,加上 Intel 7 製程(10 奈米 SuperFin)良率不佳,估計僅 50%~60%,前前後後推出 12 個改良版,拖到 2023 上半年才量產,出貨量比例最高 MCC(Medium Core Count,32 核心)版本更因臭蟲一度暫停出貨,第五代 Emerald Rapids 也只是小幅改版,讓 Xeon 技術規格整整落後 AMD EPYC 超過一世代,充分反映至相差近一倍的 CPU 核心數與平均產品售價(ASP)。

這頹勢三年多來仍未遏止,英特爾 2021 年第一季總營收 197 億美元,資料中心占 56 億美元,2024 年第二季個別大幅下滑至 128 億美元與 30 億美元,流失金額幾乎等於同期 AMD 的戰果,一切盡在不言中。

目前看來,兵分兩路的 Xeon 6(Sierra Forest, Granite Rapids)有機會年底趕上 AMD Zen 5 世代 EPYC,2026 年初登場的 18A 製程後續產品(Clearwater Forest, Diamond Rapids)更將一舉反超 AMD Zen 6,但就算這類型產品多半上市前,就初期部署以雲端服務業者為主的終端客戶,產品技術反映至財報也會需要一段時間發酵,近兩季慘況幾乎是必然。

很諷刺的是,近 20 年前 Pat Gelsinger 能有爭取英特爾執行長大位的底氣,就來自 2005 年從技術長「戰線復歸」轉任數位企業事業群總經理,為 x86 雙雄決勝戰場的伺服器市場,點燃向 AMD 發動帝國大反擊的狼煙,以鐘擺(Tick-Tock)巨輪完全碾碎 AMD 伺服器市占率,使其勉強度過黑暗的十年。

這次 Pat Gelsinger 領導的英特爾能否再如法炮製,將決定這間公司就此振衰起蔽還是向下沉淪。不過 20 年前英特爾並未深受製程不如競爭對手困擾,更沒有雲端巨頭紛紛自研資料中心晶片的天大壞消息。

深陷泥沼的發展:GPU 與 FPGA

英特爾跟 AMD 在 2017 年底一起上演「資深副總裁兼架構長 Raja Koduri 在 72 小時內從 AMD 空降英特爾」肥皂劇,並 2018 年夏天中止 Xeon Phi 產品線,2019 年公布「Xe」架構、OneAPI 與高階運算用 GPU Ponte Vecchio(Datacenter GPU Max),以實際行動宣示「砍掉重練」整個繪圖技術體系,並且火力展示領先業界的多晶片封裝技術。

但「總算讓英特爾看似有足以匹敵 Nvidia 與 AMD 的高階 GPU」是一回事,災難連連 Sapphire Rapids,Ponte Vecchio 也是碰到一再延宕的宿疾,更嚴重影響到表定「世界第一」的 Aurora 超級電腦進度,最後美國能源部這台命途多舛的巨大機器,今年 6 月 Top500 僅排名第二,落後第一 Frontier(AMD 第三代 64 核心 EPYC 搭配 MI250X GPU),且總體耗電量還超過 50%。

更糟的是,英特爾不僅 2023 年 3 月宣布取消後繼 Rialto Bridge,據部分媒體報導,英特爾 5 月知會合作夥伴啟動 Ponte Vecchio「日落」時程,不再尋求引進至其他「運算叢集」的機會。

平心而論,看在 Ponte Vecchio 技術規格(特別是 AI 需要的低精度資料格式,記憶體停在 HBM2 並沒那麼重要)已明顯落後 Nvidia 和 AMD 的份上,英特爾試圖讓潛在客戶移轉至「專業 AI 加速器」Gaudi 3 並不令人意外,但這也意味人工智慧時代的簡寫宛如「通用運算單元」(General Purpose Unit)的 GPU,英特爾要撐到 2025 年底 Falcon Shores 才有解決方案。

那時的對手就會是 Nvidia Vera CPU / Rubin GPU 和 AMD MI400,先不論早自定義 DGX 超級電腦和 NVL36 / 72 運算機櫃的 Nvidia,很可能剛以 49 億美元併購 ZT Systems 的 AMD,也將提出自家「塞滿 CPU、GPU、DPU 甚至 FPGA,以便客戶快速導入的基礎系統架構」,英特爾優勢僅剩「Gaudi 對外延展由內而外均乙太網路」的低價策略。

為了對抗 Nvidia NVLink,英特爾與 AMD 變相攜手合作,融合乙太網路底層與 Infinity Fabric 通訊協定的 UALink(Ultra Accelerator Link),即便有博通(Broadcom)、思科(Cisco)與眾多雲端巨頭撐腰,但當「基於開放標準」的 UALink 和同批人弄出來的 Ultra Ethernet 實際商品化時,Nvidia NVLink 搞不好又進化一兩代了,英特爾「先讓標榜低成本的 Gaudi 3 站穩腳跟,蠶食 AI 市場,再於明年推動 Falcon Shores 爭取客戶取得商業成功」如意算盤,很可能沒那麼好打。

至於英特爾 3 月改以獨立公司 Altera 形式營運的 FPGA 業務,自從 2015 年 6 月以 167 億美元收購這間 FPGA 老二(老大賽靈思 2022 年初被 AMD 以 500 億美元買下),英特爾不但犯了過度重視高階 FPGA 市場、犧牲中低階產品的錯,偏又被 GPU 和其他高階 ASIC 侵蝕市占率下滑,更大問題在於,英特爾當初吃下 Altera 的「初衷」不外乎「塞產能給自家晶圓廠」,外界普遍觀察結論是「被強迫用慢慢落後台積電的英特爾製程,以至於八年來一點長進都沒有」。

既然英特爾 IDM 2.0 戰略都使個人電腦 CPU 轉包給台積電生產了,或許我們很快就會看到 Altera FPGA 再度回到台積電懷抱,或是現在進行式。

屋漏偏逢連夜雨:個人電腦

如果搭上時光機回到 30 年前,個人電腦市場蓬勃發展的美好年代,光華商場隨便跟路人或店家「光華牌工程師」說「英特爾最新 CPU 比 AMD 還不穩,且經常出現極度疑似電子遷移(Electromigration)的縮肛損壞」,絕對會被當成神經病或瘋子,但近來英特爾 Raptor Lake 世代處理器爆發大規模崩潰災情,卻讓昔日眾人腦中的想像,成為世人皆知的現實。

一言以蔽之,這場災難的主因在英特爾被迫用落後製程,於「擠牙膏」壓榨微架構規模與動態超頻時脈到極限,14 奈米 Rocket Lake(11 代)逆向移植 10 奈米微架構即可略見端倪。

坊間不乏將責任推給 Pat Gelsinger 的評論,嚴厲批判「技術導向」執行長應為此負責,但只要有點基本常識,就知道 Raptor Lake(13 / 14 代)僅為延續 Alder Lake(12 代)的大同小異產物,後者很久之前就是定局,除非英特爾想不開放棄個人電腦市場,要不然 Pat Gelsinger 再怎麼樣也來不及踩煞車。

過熱以外,英特爾 Alder Lake 世代大小核規劃更衍生「自行閹割 AVX-512」的大麻煩,從 2021 年底到未來數年,想在個人電腦看見 AVX-512,就只有 AMD 別無分號了,這拿到過去講,也絕不會有人相信:「x86 本家」指令集相容性,竟不如當年只能仰賴電子顯微鏡做逆向工程,才能摸索出如何打造相容產品的對手。

照 x86 處理器因指令集複雜度導致研發驗證時間過長的宿疾,當 Pat Gelsinger 2021 年初回鍋英特爾並立即改弦易徹,要反映至實際產品,無論伺服器還是個人電腦,最短也起碼三年,以這個角度來看,研發更追求能源效率的微架構(Royal Cove 計畫的首款成果 Lion Cove 大核,與超暴力小核 Skymont),與採取靈活製造策略(外包台積電,混合多種製程封裝),要真正開花結果,最快也要 2024~2025 年。

因此我們才會在今年陸續看到 Core Ultra 200(Lunar Lake, Arrow Lake)、Xeon 6(Sierra Forest, Granite Rapids)與 2026 年徹底逆轉伺服器戰局的 Clearwater Forest 和 Diamond Rapids。

然而,英特爾財務長 David Zinsner 在 2024 年第二季財報會議表示「為全球 AI PC 市場帶來前所未有的性能突破」的 Lunar Lake,2025 年僅能適度緩解公司危機,真正顯著獲利要等到 2026 年才會浮現。

把時間軸往前轉到數年後,自研資料中心晶片的雲端巨頭不只「球員兼裁判」,在個人電腦市場隨著 Windows On Arm(WoA)逐漸成熟,英特爾與 AMD 也將面臨 Arm 體系來勢洶洶的挑戰,更遑論高通(Qualcomm)和聯發科(MediaTek)的低價競爭。

也許重視應用軟體環境相容性的商務領域與電競遊戲仍為 x86 雙雄的保護傘,但市占率與獲利遭擠壓是可預見的趨勢──正如 30 年前,x86 處理器挾著個人電腦巨大出貨量,一點一滴滲透伺服器和工作站,更是 AWS 下定決心自研資料中心處理器的理論基礎,只是個人電腦換成智慧手機。

英特爾晶圓代工服務的邏輯極限

英特爾正處於內憂外患,但美國政府似乎有不能讓它倒的理由,不乏對「系統級」晶圓代工業務(IFS,Intel Foundry Services)的樂觀預期,特別是其他「對半導體產業比較不熟」的國家地區。

筆者聽到的不外乎「英特爾轉型為純晶圓代工是很聰明的主意」、「未來英特爾業績和規模會是現在好幾倍」、「論補助,台灣政府怎麼可能勝過美國政府」、「英特爾到時也不需要那些開發產品的事業群,光靠晶圓代工就會有充沛業績和利潤」。先不論各位是否看這些「彷彿把台積電和台灣半導體生態聚落當成塑膠」的高見看到翻白眼,筆者只想起 20 幾年前的往事。

20 年前正是台積電和聯電平起平坐並列「晶圓代工雙雄」,兩間公司發展先進製程的方向有明顯路線差異,張忠謀堅持「不計一切代價,一定要具備吃下所有客戶需求的充沛產能」,曹興誠則偏「坐在巨人的肩膀上,專注引進最先進製程」(如跟當時執業界牛耳的 IBM 密切合作),時過境遷,我們也看到結局:沒有足夠量體,不可能支撐開銷節節高升的先進製程與設備投資。

雖然台積電在 Nvidia NV30 慘遭滑鐵盧,130 奈米銅導線製程外界視為罪魁禍首(這說法不甚公允),並讓剛投入晶圓代工的 IBM 有可趁之機,短暫享受 NV40 的光環,但 Nvidia 終究還是轉回台積電,再也沒有回頭。

20 年過去,還有誰記得 IBM 晶圓代工跑哪裡去了?順便一提,目前 IBM 高階伺服器處理器,包括 CISC 大型主機的 z 系列和 RISC 高階伺服器的 Power 家族,都由三星代工。

Pat Gelsinger 接任執行長後,英特爾耗費超過三年算清楚製造部門獨立損益表,證實英特爾以往製程領導地位是付了極高代價換來的,將單價遠不如伺服器的個人電腦 CPU 轉給台積電並不讓人驚訝,當英特爾產品還享有高度競爭力時,可藉超額利潤掩蓋高昂製造成本,但現在不同,財務長 David Zinsner 也坦承「晶圓代工成本結構無法與台積電競爭,寄予厚望的 18A 製程尚無大客戶」。

以這角度看,英特爾不計代價讓先進製程追上台積電,實現 2030 年超越三星成為市場老二、一年營收達 400 億美元(假定只生產英特爾產品)目標時,台積電營收早就逼近 2,000 億美元,光「AI 相關晶片」就等於英特爾晶圓代工服務總額,規模經濟差距只會越來越大。

想必此時不乏各方人馬強烈建議英特爾馬上分拆製造部門,但無論英特爾比照辦理當年的 AMD,重振製造技術都是必要條件。AMD 2008 年底宣布分割晶片製造事業,因 AMD 這部分還有相當程度競爭力,隔年很快就從阿布達比政府找到投資共同成立格羅方德,AMD 到 2012 年才清空其股票,直到 2019 年 1 月取消獨家合作協議,全面倒向台積電,可是花了整整十年。

筆者實在無法理解一直高喊英特爾應當壯士斷腕的大德人士,到底知不知道 AMD 前車之鑑,更何況企業文化長期製造導向的英特爾,就「代工業者不能跟客戶有潛在利益衝突」原則,英特爾終究是要拆分晶圓代工獨立,但也非一蹴可及。歷史教訓更多次證明,缺乏競爭力只能仰賴政府補助才能生存的企業,終究難逃半死不活下場,美國政府晶片與科學法案更絕非英特爾重返榮耀的保證。

黑暗中的曙光?

假若要找出較正面消息,大概只能想到去年 COMPUTEX 期間,Nvidia 執行長黃仁勳曾透露「我們最近收到下一代(英特爾代工)測試晶片的結果,看起來不錯」的成績單即將揭曉,業界傳聞,英特爾從今年第二季開始,先進製程與封裝每月為 Nvidia 生產 5,000 片晶圓,代工 GPU 最有可能是供不應求的 H100,依據切割面積與良率,月產能估計約 30 萬顆。產能雖遠不如台積電,只能當備胎,但總算踏出重要的第一步。

總之,Pat Gelsinger 口中「公司未來全押注 Intel 18A 成功」真不是喊假的,最起碼,不限第一家外部客戶明年上半年以 Intel 18A 製程完成投片(tape out),試產晶圓並成功開機啟動作業系統測試的自家產品 Panther Lake 與 Clearwater Forest 更是重中之重,據傳「大致上」順利,英特爾並進一步著手評估接替 Lunar Lake 的 Nova Lake 從台積電 2 奈米轉移到更先進 14A 的可能性。

假如此事成真,即代表英特爾終於達成「四年五節點」藍圖,重獲解放產品研發能量的底力,也更有本錢吸引更多客戶下單。畢竟競爭越激烈越是好事,筆者理所當然持樂觀其成態度,更希望多目睹「同樣產品同時有兩家版本可好好較量一下」場面。

但前提是英特爾要像過去一樣「damn excellent at execution」使命必達並持之以恆,這也是 Pat Gelsinger 最需要帶給英特爾的珍貴資產,否則隔岸觀火看這間公司的笑話好像很有趣,但其實一點都不好笑,尤其無數軟硬體廠商特別是台廠處境,都和英特爾牢牢綁在一起時,沒人希望跟著一起沉船。行文至此,希望各位再次回顧筆者於《科技新報》發表的英特爾文章,以及本文第一段。

(首圖來源:shutterstock)

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