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重磅,格芯宣布终止7nm FinFET工艺研发,分拆ASIC业务!

2018-08-28 10:15:04

本文来自微信公号“半导体行业观察”(ID:icbank),作者/李寿鹏。

据半导体行业观察获悉,格芯(GLOBALFOUNDRIES)今天迈出了其转型的重要一步。公司宣布,将搁置7纳米 FinFET项目,并调整相应研发团队来支持强化的产品组合方案。在裁减相关人员的同时,一大部分顶尖技术人员将被部署到14/12纳米FinFET衍生产品和其他差异化产品的工作上。

格芯方面表示,他们正在重新部署具备领先优势的FinFET发展路线图,以服务未来几年采用该技术的下一波客户。公司将相应优化开发资源,让14/12纳米 FinFET平台更为这些客户所用,提供包括射频、嵌入式存储器和低功耗等一系列创新IP及功能。

与此同时,格芯方面宣布,为了更好地施展格芯在ASIC设计和IP方面的强大背景和重大投资,公司正在建立独立于晶圆代工业务外的ASIC业务全资子公司。相关的ASIC业务需要持续使用最先进的技术。该独立ASIC实体将为客户提供7纳米及以下的晶圆代工替代选项,让ASIC业务部与更广泛的客户展开合作,特别是日益增多的系统公司,他们需要ASIC服务同时生产规模需求无法仅由格芯提供。

这是汤姆·嘉菲尔德(Tom Caulfield)在今年年初接任首席执行官后做出的一个重大决定。

“客户对半导体的需求从未如此高涨,并要求我们在实现未来技术创新方面发挥越来越大的作用”。嘉菲尔德表示,“今天,绝大多数无晶圆厂客户都希望从每一代技术中获得更多价值,以充分利用设计每个技术节点所需的大量投资。从本质上讲,这些节点正在向为多个应用领域提供服务的设计平台过渡,从而为每个节点提供更长的使用寿命。这一行业动态导致设计范围到达摩尔定律外部界限的无晶圆厂客户越来越少。我们正重组我们的资源来转变业务重心,加倍投资整个产品组合中的差异化技术,有针对性的服务不断增长的细分市场中的客户。”

格芯正在加强投资具有明显差异化、为客户增加真正价值的领域,着重投资能在其产品组合中提供丰富功能的产品。这包括继续侧重于FDX™平台、领先的射频产品(包括RF SOI和高性能锗硅)和模拟/混合信号,以及满足越来越多低功耗、实时连接、车载设计需求的其他技术。随着自动驾驶、物联网和全球过渡至5G等新领域的强劲需求,格芯被赋予与众不同的定位——服务“智能互联”这一新兴市场。

“减轻前沿技术领域的投资负担将使格芯能够对物联网、IoT、5G行业和汽车等快速增长市场中对大多数芯片设计人员真正重要的技术进行更有针对性的投资,” Gartner研发副总裁Samuel Wang,先生表示,“虽然最先进技术往往会占据大多数的热搜头条位置,但鲜少有客户能够承担为实现7纳米及更高精度所需的成本和代价。14纳米及以上技术将在未来许多年继续成为芯片代工业务的重要需求及驱动因素。这些领域将有极大的创新空间,可以助力下一轮科技发展狂潮。”

晶圆代工老二的求变

格芯前身是AMD的晶圆制造部门,在2009年的时候,因为公司业务调整,AMD将其独立出来,成立了独立的晶圆代工厂格芯。现在的格芯被由阿布扎比比穆巴达拉投资公司(Mubadala Investment Company)所有。

根据国际知名分析机构ICcinsights的统计数据显示,2017年,格芯的营收约为60.6亿美元,成为仅次于台积电的全球第二大纯晶圆代工厂。拓墣产业研究院最新的数据也显示,在今年上半年,格芯的营收约为26.05亿美元,依然位居全球第二的位置。正如前面所说,这是格芯坚持两步走的战略所达成的。

但和其他晶圆厂一样,格芯正在迎来各种各样的挑战。

过去几十年,在摩尔定律的指导下,全球晶圆厂都在按照18个月的周期去推动工艺的进步,但随着工艺的微缩,进入最近几年,硅片的局限突显,制约了了平面晶体管的进一步微缩。与此同时,UC伯克利胡正明明教授提出了FinFET晶体管的概念,并最初由英特尔在22nm工艺上首先实现,继续延续摩尔定律,推动芯片的持续微缩。与此同时,三星,台积电和格芯等领先的纯晶圆代工厂也在同步推进FinFET工艺的研发,并将制程工艺推进到了7nm。与此同时,业界也在探索FD-SOI的解决方案。

依赖于在技术方面的多年积累,格芯在FinFET和FD-SOI两个工艺上齐头并进,并已经发展成为是全球领先的全方位服务半导体代工厂,为世界上最富有灵感的科技公司提供独一无二的设计、开发和制造服务。

所谓FinFET(Fin Field-Effect Transistor),就是鳍式场效晶体管,晶体管的闸极环绕包裹着晶体管的高架通道,形状与鱼鳍相似,因而命名。FinFET是一种新型的多重闸极3D晶体管,提供更佳功耗和效能优势,远胜过传统平面型晶体管。

FinFET与平面FET对比

FinFET源自传统场效晶体管(FET),传统晶体管结构中,控制电流通过的闸门,只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开,属于平面架构。在FinFET的架构中,闸门成类似鱼鳍的3D架构,可于电路的两侧控制电路的接通与断开,与平面晶体管相比,FinFET能够更妥善地控制电流,并同时降低漏电和动态功耗。

FinFET是一种新的互补式金氧半导体 (CMOS)晶体管,闸长已可小于25nm,未来可进一步缩小至9nm,约是人类头发宽度的1万分之1。与28nm制程相比,16/14nm的FinFET制程可以提高40-50%效能,或减少50%功耗。

但其实胡正明在提出FinFET的时候,也同时提出了FD-SOI的概念,也就是完全耗尽型绝缘体上硅,这是一种平面工艺技术,具有减少硅几何尺寸同时简化制造工艺的优点。

据介绍,正因为它有平坦式结构的优点并且以现有的设计以及EDA工具延展了传统体元件设计(bulk design)流程的适用性。FD-SOI对SOC的设计与制程而言是一种非破裂(non-disruptive)的MOSFET结构。

FD-SOI示意图

为了改善电性特性,FD-SOI需要在极薄的下埋氧化层(buried oxide, BOX<25nm)上形成一极薄的硅层(<20nm)。FD技术具有许多好处,包括功耗减少、尺寸微缩、特性改善以VDD降低等优点。

而格芯,ST和三星则是这个工艺的主要推动者,尤其是格芯,更是FD-SOI工艺研发的典型代表,且公司在这方面的开拓上,也获得了不错的成绩。

据格芯透露,截止到今年七月,格芯22纳米(nm)全耗尽型绝缘上覆硅(FD-SOI)制程技术已在50项客户设计中获得采用,客户端设计中标收入已逾20亿美元。展望未来,这个工艺将在如汽车、5G 连接和物联网(IoT)等等领域创造更大的成功。格芯方面表示,公司正致力于推动22FDX技术的转型,同时准备推出新一代12FDX™技术。该技术将给边缘节点人工智能、AR/VR到5G网络以及先进驾驶辅助(ADAS)等新一代应用赋予全节点扩展优势以及更高的功效。22FDX正处于早期量产阶段,其良率与性能完全符合客户期望。

另外,最近两年,格芯还和成都政府合作建立了一个新工厂,瞄准国内市场,携手国内探索另外的成长空间。

据了解,格芯成都晶圆厂为格芯与成都地方政府合资,共分两期建设,第一期为12英寸成熟工艺(180纳米与130纳米CMOS逻辑及衍生工艺),技术主要从新加坡引进,计划将于2018年正式投产,预计产能每月2万片;第二期为22纳米全耗尽绝缘层上硅(FD-SOI)工艺,技术主要从德国引进,计划将于2019年正式投产,预计产能约每月6.5万片。包含配套措施在内的两期投资总额约为100亿美元,预计最终将有约3,500名员工参与Fab 11的运营。

多管齐下的格芯,让他们在产品方面更丰富,也能适应多方面的需求。

自研芯片浪潮,

ASIC服务具有巨大的成长空间

对格芯来说,独立ASIC业务也是提振公司业绩的一个明智决定。

最近两年,随着人工智能,大数据和挖矿的流行,为了满足不同的业务需求,打造产品差异化,市场上掀起了一股自研芯片潮流。包括Facebook,谷歌,微软,亚马逊和百度在内的众多互联网厂商开始投入了自研芯片的怀抱。除了他们外,还有其他很多系统厂商也都开始投入这个争夺中去。

但对这些互联网厂商或者系统厂商来说,除了极个别拥有雄厚的资金,可以打造自有的,覆盖前端到后端的设计团队外,大多数厂商仍是需要寻求第三方的ASIC设计服务。而拥有丰富经验的格芯ASIC团队,也能为客户提供更多,很好的服务。

作为一支源自AMD的团队,格芯在芯片设计方面拥有丰富的经验,另外也积累了广泛的IP,能够为客户提供更好的体验。

在今年年初,格芯中国总裁白农在接受半导体行业观察采访时曾提到,针对不同类型的终端应用,包括新一代云服务,计算,储存,移动设备及有线网络基础设施, 格芯提供的系统级ASIC设计方案,集成了多方优势,包括丰富的IP组合和先进的封装选项。

白农表示,格芯拥有业内应用最广的ASIC设计服务、高度差异化的IP、定制芯片和先进的封装技术,能够提供真正的端到端设计方案,帮助实现设计上的“一次成功”,并帮助产品快速进入市场。早在成都Fab 11还在建时,22FDX业务已经同步开展,格芯的ASIC工程师已在现场为中国的芯片设计公司提供22FDX项目的支持。

其实早在格芯独立这个业务之前,芯片设计领先厂商联发科就已经宣布,将在未来加大在ASIC业务的投入,格芯的这个决定和台湾巨头的决定不谋而合。这也是未来一个巨大的成长方向。

抛下包袱,

格芯走上新征程

我们必须承认,格芯做出这个决定,与整个行业的格局和他们本身的进展有很大关系的。

首先从7nm工艺进展上看,格芯已经远远落后于台积电和三星。随着苹果新iPhone发布日期的临近,我们很快就可以看到搭载台积电7nm工艺A12的亮相。华为即将公布的mate20也将用上台积电生产的7纳米Kirin980芯片,另外包括AMD、英伟达等厂商也将选用台积电作为他们7nm芯片的代工厂,另外其他挖矿芯片的订单也不计其数。台积电魏哲家在早前的财报中也说过,今年该司将流片50多款7nm芯片,几乎笼络了市场上的订单?

在三星方面,虽然他们的进度不如台积电,但是他们凭借在存储方面挣到的大量美金,可以大笔的投入到相关的新工艺研发甚至补贴之中。以上两者的表现就让格芯的表现相形见拙。

根据格芯之前的规划,他们的7nm将会在明年才会有更新的进展。按照这个进度,届时可能连汤也喝不上了。现在做出这个壮士断臂的决定,无疑是一个明智之举。在不久之前,纯晶圆代工老三联电也宣布停止先进工艺的研发。聚焦在现有工艺的应用拓展,这也从侧面证明了格芯这个决定的明智。从另一方面看,先进工艺的投入巨大,相信也是格芯做出这个决定的另一个原因。

进入了28nm以后,工艺每推进一步,所投入的成本都是惊人的。台积电CO-CEO魏哲家曾在他们的技术大会上表示,在未来的5nm方面,他们将会投入250亿美元进行研发。这种投入并不是每一个晶圆厂都能承担的。所以格芯经过考虑之后做出的决定,也算是抛下一个追赶包袱。

在联电和格芯先后宣布退出先进工艺的追赶,中芯差距又比较大的现状下。可以遇见的是,在未来很长的一段时间内,只有台积电和三星两者在角逐先进工艺市场。

而对于格芯等来说,如果巩固自有的客户,持续拓展更多极具特色的产品线,才是决定你未来能否更上一层楼的X因素。

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来源:半导体行业观察 | 责任编辑:程北墨
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