2年前的官宣讓格芯走上了一條什么道路？

電子創(chuàng)新網(wǎng)|Electronic innovation network|

2022-03-10 13:40:55 0

當臺積電在*工藝上享受主角光環(huán)的時候，格芯經(jīng)過2年的布局和深耕，已經(jīng)在特色工藝領域漸入佳境

2018 年8月，全球晶圓排名第三的格芯(GLOBALFOUNDRIES)的一則官方宣布震驚了業(yè)界：格芯宣布為支持公司戰(zhàn)略調(diào)整，格芯將擱置7納米FinFET項目，并調(diào)整相應研發(fā)團隊來支持強化的產(chǎn)品組合方案。一大部分*技術人員將被部署到14/12納米FinFET衍生產(chǎn)品和其他差異化產(chǎn)品的工作上。
簡單地說：就是，哥以后不跟著臺積電玩了，哥要走特色工藝去了。
這個官宣宣告格芯將正式開啟特色工藝服務之路；
這個官宣發(fā)布后，輿論大嘩，很多媒體開始唱衰格芯
如今，2年過去了

格芯在特色工藝領域狀況如何？四個字
漸入佳境！

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在最近格芯召開的2020在線技術大會上，格芯中國區(qū)總裁及亞洲業(yè)務發(fā)展負責人Americo Lemos在接受電子創(chuàng)新網(wǎng)等媒體采訪時透露格芯在特色工藝領域穩(wěn)步前行，目前格芯有5家200mm晶圓廠和5家300mm晶圓廠，格芯提供的工工藝節(jié)點從300nm延伸到12nm，以格芯位于德累斯頓的Fab1為例，它提可以提供22FDX、28SLP、40/45/55NV以及BCDLite工藝服務，格芯計劃在2020/2021年每年的晶圓開工量在40萬到50萬片之間，并對Fab1進行擴產(chǎn)。

目前，格芯的22FDX節(jié)點生產(chǎn)的芯片出貨量已超過3.5億顆，實現(xiàn)了45億美元營收，很多*的人工智能芯片、可穿戴類芯片都采用這個工藝。此外，格芯在硅光領域也進行了布局，還有，在SOI工藝領域格芯也收獲頗豐，格芯有超過250家客戶，其中很多是重量級半導體大客戶，中國的紫光展銳、瑞芯微、復旦微等都是格芯的客戶。
有媒體預測未來幾年格芯晶圓產(chǎn)能有望翻倍到90萬~100萬片！屆時，格芯在差異化特色工藝領域將有望引領市場。
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為發(fā)展特色工藝，格芯創(chuàng)建了三個戰(zhàn)略業(yè)務部門，即汽車、工業(yè)和多市場戰(zhàn)略業(yè)務部(AIM)、移動和無線基礎架構部(MWI)以及計算和有線基礎架構部(CWI)。格芯估計，在這些市場中，約有470億美元的晶圓廠業(yè)務可以通過12nm或以上技術節(jié)點領域的解決方案來解決。其中，AIM業(yè)務占240億美元，MWI和CWI分別占150億美元和80億美元。

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AIM市場包含物聯(lián)網(wǎng)等應用，物聯(lián)網(wǎng)由環(huán)境中感知、存儲和傳輸數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)設備組成。汽車應用也屬于這一細分市場，支持先進的駕駛員輔助系統(tǒng)、汽車雷達、動力系統(tǒng)控制等各種功能。
在MWI市場，5G無線通信的出現(xiàn)是一個關鍵驅動因素。其低延遲率和極快的數(shù)據(jù)傳輸速度有望實現(xiàn)通用移動連接，大幅降低網(wǎng)絡運營商的數(shù)據(jù)傳輸成本，并催生大量新應用。據(jù)估計，到2035年，通過5G網(wǎng)絡連接的智能設備將會高達一萬億臺。

CWI領域的發(fā)展也受到云計算和人工智能/機器學習爆炸式增長的推動。
這些市場不過分追求*工藝而是需要能優(yōu)化功能的成熟平臺。市場需要針對特定應用量身打造的其他類型的創(chuàng)新技術。格芯稱它們是特定領域解決方案，而這正是格芯的專長所在。
以物聯(lián)網(wǎng)應用為例，典型的物聯(lián)網(wǎng)設備包括具有模擬接口的傳感器、用于編碼和數(shù)據(jù)存儲的存儲器、用于數(shù)據(jù)通信的射頻功能、用于控制設備和處理數(shù)據(jù)的處理器，另外可能還有電池和電池接口。大多數(shù)情況下，這些設備可能處于休眠模式，需要超低功耗，但一旦被信號喚醒，設備必須立即切換到高性能模式，以便在存儲器中獲取或存儲數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，然后傳輸或接收數(shù)據(jù)。

格芯的特色工藝

在本次2020在線技術大會上，格芯CEO Tom Caulfield發(fā)表了主題演講，他表示過去兩年間，格芯重建了自己在半導體行業(yè)的定位。 “GF將戰(zhàn)略重心轉向成為一個創(chuàng)新型的領導者，為廣泛的細分市場提供功能豐富的差異化解決方案。”他自豪地宣布。

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他以智能手機為例--每年全球智能手機出貨量超過13億，但其中需要*工藝的只有處理器，其他并不需要*工藝，這都是格芯的菜。“ 格芯為手機生產(chǎn)了許多具有關鍵功能芯片，如射頻模組，調(diào)諧器、低噪放、功放、射頻開關等，以及NFC芯片，嵌入式存儲等。”他舉例說。
“實際上，手機的觸摸屏芯片、電源管理IC 、攝像頭傳感器、ISP等等都是格芯專注的領域。 ”Americo Lemos補充說，“格芯55 BCDLite解決方案的出貨量已經(jīng)超過30億顆，目前市場上7款*的高端智能手機中就有5款采用了該解決方案。”

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格芯全球銷售*副總裁Juan Cordovez解釋說55 BCDLite專業(yè)解決方案建立在格芯成熟的55nm平臺上，并經(jīng)過了優(yōu)化，可在0.9V至30V的電壓范圍內(nèi)工作，并為移動音頻應用提供*的音頻放大器性能。
55BCDLite解決方案對低功耗邏輯、*的低漏源極導通電阻和先進的電源監(jiān)控進行了微調(diào)，能夠提供*的音質(zhì)，延長電池壽命，提高集成度和面積效率，并支持嵌入式存儲器功能。

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據(jù)他介紹，除音頻放大器之外，格芯客戶還利用55 BCDLite的*性能和小尺寸，用于其他電源管理應用，包括蜂窩和Wi-Fi功率放大器、電池充電的接口和驗證、音頻觸覺等。據(jù)他介紹，格芯55 BCDLite建立在格芯180 UHV、180 BCDLite、130 BCD和130 BCDLite產(chǎn)品的成功經(jīng)驗基礎上。依托于強大的IP生態(tài)系統(tǒng)和廣泛的晶圓廠后端交鑰匙服務，所有這些解決方案都支持高效的產(chǎn)品開發(fā)，并以經(jīng)濟高效的價格，集成多種功能和電壓范圍廣泛且*的功率設備。

FDX22進入收獲期

全耗盡型絕緣體上硅（FD-SOI）是一種平面工藝技術，它依賴于兩項主要技術創(chuàng)新。首先，在襯底上面制作一個超薄的絕緣層，又稱埋氧層。然后，用一個非常薄的硅膜制作晶體管溝道。因為溝道非常薄，無需對通道進行摻雜工序，耗盡層充滿整個溝道區(qū)，即全耗盡型晶體管。這兩項創(chuàng)新技術合稱“超薄體硅與埋氧層全耗盡型絕緣體上硅”，簡稱UTBB-FD-SOI。

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從結構上看， FD-SOI晶體管的靜電特性優(yōu)于傳統(tǒng)體硅技術。埋氧層可以降低源極和漏極之間的寄生電容，還能有效地抑制電子從源極流向漏極，從而大幅降低導致性能下降的漏電流。
FD-SOI在低功耗高性能方面實現(xiàn)了均衡，幾年前，格芯和三星、ST一起布局這個技術，推出22FDX平臺，并和合作伙伴如芯原微電子、Soitec等一起打造FD-SOI生態(tài)，如今，付出沒有白費，格芯在FD-SOI領域開始進入收獲期。Juan Cordovez表示格芯22FDX中標金額高達45億美元，這個工藝已經(jīng)在人工智能、可穿戴等領域獲得大量訂單。

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另外，F(xiàn)D-SOI工藝其實還有一個非常突出的有別于FinFET工藝的特點，就是體偏置技術--當襯底的極性為正，即 “體正偏”，簡稱FBB時，晶體管的開關速度更快。FBB是一個易于實現(xiàn)的極其有效的性能和功耗優(yōu)化方法，可在晶體管開關期間動態(tài)調(diào)制FBB信號，這為設計人員優(yōu)化性能和功耗帶來極大的靈活性，當性能是優(yōu)先考慮時，可以將電路設計得更快；否則，可以將電路設計得更節(jié)能。
格芯目前已經(jīng)打造了成熟的支持自適應體偏置(ABB)的生態(tài)，設計公司可以從多家IP供應商處獲得更深入的FDX IP庫，包括帶有工藝、電壓、溫度和體偏置表征的庫和存儲器，如面向汽車應用的Synopsys、面向物聯(lián)網(wǎng)CryptoIsland?安全性的ARM，以及來自芯原的IP等等。

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格芯的合作伙伴Dolphin Design2019年開發(fā)出了IP和測試芯片，可支持FDX平臺上的自適應（正向或反向）體偏置(ABB)（正向偏置降低閾值電壓以提高性能，而反向偏置則提高Vt以降低漏電流）。

格芯表示利用體偏置來補償工藝。*一項，就可以使設計性能提高多達30%！
目前，人工智能應用炙手可熱，但是人工智能技術存在功耗瓶頸--需要大的算力就要付出高功耗的代價，格芯的FDX平臺正好可以做很好的平衡。無論是基于FinFET的12LP (12nm FinFET)平臺和12LP+解決方案，還是基于全耗盡型SOI的平面22FDXTM (22nm FD-SOI)平臺都可以滿足客戶的需求。
特別地，對于開發(fā)“即時開啟或永遠在線”人工智能應用客戶來說，22FDX的eMRAM產(chǎn)品具有很強的優(yōu)勢，可幫助客戶實現(xiàn)高密度和非易失性。

下面這個視頻是Perceive CEO 和格芯*副總裁Mike Hogan 22FDX對對人工智能處理器的幫助。

此外，在汽車電子領域，22FDX平臺也頗受歡迎，該平臺將毫米波性能與數(shù)字集成一體，支持77GHz以上的高分辨率雷達。這是對于汽車雷達的“甜蜜點”，因為*的RF性能與*的數(shù)字集成相結合，能夠顯著改進成像分辨率和精確度。

據(jù)介紹，22FDX平臺之所以受到市場歡迎，關鍵在于它可提高功率附加效率(PAE)，這意味著即使在低功耗下工作，也能提供高輸出功率，隨著汽車中的電子裝置持續(xù)增加，這會成為一大重要優(yōu)勢。該平臺的高PAE特性有助于減少熱預算，使其成為一種多功能解決方案，能夠在汽車底盤和車身中對熱性能要求很高的位置使用，例如嵌入在泡沫保險杠中的雷達傳感器。

下圖顯示，與標準28nm體硅CMOS技術相比，格芯的22FDX平臺為汽車雷達系統(tǒng)制造商提供了顯著優(yōu)勢。

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2020年的新冠疫情讓我們意識到大健康的重要性，格芯還利用22FDX平臺和醫(yī)療設備初創(chuàng)公司Movano Inc.合作推出了一種連續(xù)血糖監(jiān)測技術。這款 "無針 "監(jiān)測儀給很多患者帶來福音。 Juan Cordovez表示格芯還對22FDX平臺進行了延展，推出了22FDX Plus平臺，對這個平臺進行了功能的豐富和技術的發(fā)展，使它更適用于物聯(lián)網(wǎng)和穿戴設備的應用。

硅光平臺，布局未來10年

經(jīng)過近30年的發(fā)展，硅光技術已經(jīng)已經(jīng)逐漸成熟，到了爆發(fā)的前夜。

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硅光技術基于1985年左右提出的波導理論，2005-2006年前后開始逐步從理論向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，Luxtera、Kotura等先行者不斷推動技術和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，形成了硅光芯片代工廠(GlobalFoundries、意法半導體、AIM等)、激光芯片代工廠(聯(lián)亞電子等)、芯片設計和封裝(Luxtera、Kotura等)較為成熟的Fabless產(chǎn)業(yè)鏈模式，也有Intel為代表的IDM模式，除激光芯片外，設計、硅基芯片加工、封測均自己完成)。

硅光子技術是一種基于硅光子學的低成本、高速的光通信技術。基于硅基襯底材料，利用CMOS工藝，結合微電子為代表的集成電路及光子技術，用激光束代替電子信息傳輸數(shù)據(jù)。

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硅光子架構主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動光學組件和光纖封裝完成，使用該技術的芯片中，電流從計算核心流出，到轉換模塊通過光電效應轉換為光信號發(fā)射到電路板上鋪設的超細光纖，到另一塊芯片后再轉換為電信號。

硅光技術的走熱，源于用電傳輸數(shù)據(jù)的功耗日益增大，在后摩爾時代，不斷縮小的芯片尺寸存在物理極限，漏電流增加、散熱問題大等問題難以解決。而通過硅光集成，用光代替電進行信息傳輸，將大大降低集成電路的成本。

格芯與硅光初創(chuàng)公司Ayar Labs自2016年起一直在合作研發(fā)封裝內(nèi)光學互連單芯片解決方案，“在同一芯片上集成光子和RF CMOS電路講求精妙的平衡。將其全部集成到硅片上，我們便可充分利用硅制造技術的規(guī)模、成本和工藝控制優(yōu)勢。”格芯副總裁Anthony Yu在接受電子創(chuàng)新網(wǎng)專訪時指出。“硅光方案主要用戶數(shù)據(jù)傳輸，主要是在數(shù)據(jù)中心領域。”

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Anthony Yu表示，格芯2015年獲得了IBM的九年光子學研究成果，并實現(xiàn)了90nm工藝“產(chǎn)業(yè)化”，即90WG。他表示：“在菲什基爾的工廠，我們已經(jīng)在300mm晶圓上實現(xiàn)了這一工藝的量產(chǎn)。格芯做的大量的工作不僅定位于可信任的制造服務提供商，也針對光傳輸器準備可批量生產(chǎn)的各種相關器件。”

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格芯的45CLO工藝是整合數(shù)字RF功能與所需的光學器件的硅光單芯片解決方案。（資料來源：格芯）

位于佛蒙特州伯靈頓附近的格芯Fab 9一直在利用鍺硅工藝(9HP)為光學收發(fā)器制造元件。這些解決方案（激光驅動器、跨阻放大器(TIA)和其他分立式元件）被數(shù)據(jù)中心和其他市場中的“可插拔”多芯片光模塊所采用，以通過光纖鏈路實現(xiàn)服務器機架的中距離連接。

在硅光模塊中，光子鏈路連接到同一封裝中的高性能IC，同時借助外部激光器提供光源。該封裝通過光纖連接到另一個采用光子鏈路的模塊，從而形成封裝到封裝高速互連，同時大幅降低功耗。下圖是采用電信號進行數(shù)據(jù)傳輸時的功耗測算。

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如果采用光信號進行信號傳輸則能效可以大大提升，距離也可以大大增加。

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據(jù)介紹，Ayar Labs和格芯合力研發(fā)可進行批量制造的單芯片解決方案，以期緩解數(shù)據(jù)中心帶寬日益捉襟見肘的境況。例如，機器學習在連接處理器和GPU以及高帶寬內(nèi)存時要求更高的芯片到芯片帶寬。這是因為數(shù)據(jù)中心需要將機器分布到不同的物理位置，并使用通過超高帶寬互連接口連接起來的多個組件。

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所以，硅光模塊將在數(shù)據(jù)中心獲得大量采用，據(jù)Yole預測，到2025年硅光子市場規(guī)模將超13億美元，其中將超過90%來自于數(shù)據(jù)中心應用。硅光有望在400G中等距離取得突破。

格芯的45CLO工藝將賦能*的光學和數(shù)字功能。

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據(jù)悉，Ayar Labs和格芯正在合作研發(fā)格芯的新一代硅光平臺45CLO，Ayar Labs計劃在其器件量產(chǎn)時使用這一平臺。Anthony Yu透露，公司的45CLO單芯片技術將在紐約州馬耳他的8號晶圓廠生產(chǎn)，并計劃于2021年下半年完成生產(chǎn)工藝認證。

云游戲、機器人、外科手術機器人、CV2X車與車和車與網(wǎng)絡的鏈接、智能制造、蜂窩網(wǎng)絡和其他應用需要數(shù)據(jù)中心處理海量數(shù)據(jù)，而在邊緣側，每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)搬運將是未來的最大商機，而硅光技術將在這個領域展示它的魅力。

格芯正悄然成為硅光子領域的一股強大力量，未來格芯在這個領域必有輝煌的前景，據(jù)筆者了解，國內(nèi)一些硅光初創(chuàng)公司已經(jīng)和格芯建立了合作聯(lián)系。

Americo Lemos還在采訪中特別表示格芯將通過優(yōu)質(zhì)的投資，助力創(chuàng)新，并在中國發(fā)揮關鍵作用。

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在我們生活的自然界，有雄渾深邃的大森林，也有山花爛漫的原野，它們構成了一幅美麗的畫卷，當我們贊美參天巨樹的時候，我們也歌唱離離小草。

在代工領域，格芯正在另一條道路上書寫自己的輝煌。（完）

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