2年前的官宣讓格芯走上了一條什么道路？

發(fā)布時間：2022-03-10作者來源：薩科微瀏覽：2771

當(dāng)臺積電在領(lǐng)先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(lǐng)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(yīng)研發(fā)團(tuán)隊來支持強化的產(chǎn)品組合方案。一大部分[敏感詞]技術(shù)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(wù)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(lǐng)域狀況如何？四個字
漸入佳境！

在最近格芯召開的2020在線技術(shù)大會上，格芯中國區(qū)總裁及亞洲業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)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(lǐng)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(wù)，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(jìn)行擴(kuò)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，很多領(lǐng)先的人工智能芯片、可穿戴類芯片都采用這個工藝。此外，格芯在硅光領(lǐng)域也進(jìn)行了布局，還有，在SOI工藝領(lǐng)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(dǎo)體大客戶，中國的紫光展銳、瑞芯微、復(fù)旦微等都是格芯的客戶。
有媒體預(yù)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(lǐng)域?qū)⒂型I(lǐng)市場。

為發(fā)展特色工藝，格芯創(chuàng)建了三個戰(zhàn)略業(yè)務(wù)部門，即汽車、工業(yè)和多市場戰(zhàn)略業(yè)務(wù)部(AIM)、移動和無線基礎(chǔ)架構(gòu)部(MWI)以及計算和有線基礎(chǔ)架構(gòu)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(wù)可以通過12nm或以上技術(shù)節(jié)點領(lǐng)域的解決方案來解決。其中，AIM業(yè)務(wù)占240億美元，MWI和CWI分別占150億美元和80億美元。

AIM市場包含物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)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(shè)備組成。汽車應(yīng)用也屬于這一細(xì)分市場，支持先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)、汽車?yán)走_(dá)、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(guān)鍵驅(qū)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(luò)運營商的數(shù)據(jù)傳輸成本，并催生大量新應(yīng)用。據(jù)估計，到2035年，通過5G網(wǎng)絡(luò)連接的智能設(shè)備將會高達(dá)一萬億臺。

CWI領(lǐng)域的發(fā)展也受到云計算和人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)爆炸式增長的推動。
這些市場不過分追求高級工藝而是需要能優(yōu)化功能的成熟平臺。市場需要針對特定應(yīng)用量身打造的其他類型的創(chuàng)新技術(shù)。格芯稱它們是特定領(lǐng)域解決方案，而這正是格芯的專長所在。
以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為例，典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(shè)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(shè)備可能處于休眠模式，需要超低功耗，但一旦被信號喚醒，設(shè)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(shù)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(dǎo)體行業(yè)的定位。 “GF將戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向成為一個創(chuàng)新型的領(lǐng)導(dǎo)者，為廣泛的細(xì)分市場提供功能豐富的差異化解決方案。”他自豪地宣布。

他以智能手機(jī)為例--每年全球智能手機(jī)出貨量超過13億，但其中需要高級工藝的只有處理器，其他并不需要高級工藝，這都是格芯的菜。“ 格芯為手機(jī)生產(chǎn)了許多具有關(guān)鍵功能芯片，如射頻模組，調(diào)諧器、低噪放、功放、射頻開關(guān)等，以及NFC芯片，嵌入式存儲等?！彼e例說。
“實際上，手機(jī)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(lǐng)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款領(lǐng)先的高端智能手機(jī)中就有5款采用了該解決方案?！?

格芯全球銷售高級副總裁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(yīng)用提供出色的音頻放大器性能。
55BCDLite解決方案對低功耗邏輯、出色的低漏源極導(dǎo)通電阻和先進(jìn)的電源監(jiān)控進(jìn)行了微調(diào)，能夠提供出色的音質(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。

據(jù)他介紹，除音頻放大器之外，格芯客戶還利用55 BCDLite的出色性能和小尺寸，用于其他電源管理應(yīng)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(chǔ)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(wù)，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(jì)高效的價格，集成多種功能和電壓范圍廣泛且出色的功率設(shè)備。

FDX22進(jìn)入收獲期

全耗盡型絕緣體上硅（FD-SOI）是一種平面工藝技術(shù)，它依賴于兩項主要技術(shù)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(jìn)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(shù)合稱“超薄體硅與埋氧層全耗盡型絕緣體上硅”，簡稱UTBB-FD-SOI。

從結(jié)構(gòu)上看， FD-SOI晶體管的靜電特性優(yōu)于傳統(tǒng)體硅技術(shù)。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(dǎo)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(shù)，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(lǐng)域開始進(jìn)入收獲期。Juan Cordovez表示格芯22FDX中標(biāo)金額高達(dá)45億美元，這個工藝已經(jīng)在人工智能、可穿戴等領(lǐng)域獲得大量訂單。

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(shù)--當(dāng)襯底的極性為正，即 “體正偏”，簡稱FBB時，晶體管的開關(guān)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(guān)期間動態(tài)調(diào)制FBB信號，這為設(shè)計人員優(yōu)化性能和功耗帶來極大的靈活性，當(dāng)性能是優(yōu)先考慮時，可以將電路設(shè)計得更快；否則，可以將電路設(shè)計得更節(jié)能。
格芯目前已經(jīng)打造了成熟的支持自適應(yīng)體偏置(ABB)的生態(tài)，設(shè)計公司可以從多家IP供應(yīng)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(yīng)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。

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(yīng)（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。僅此一項，就可以使設(shè)計性能提高多達(dá)30%！
目前，人工智能應(yīng)用炙手可熱，但是人工智能技術(shù)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(yuǎn)在線”人工智能應(yīng)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 和格芯高級副總裁Mike Hogan 22FDX對對人工智能處理器的幫助。

此外，在汽車電子領(lǐng)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(dá)。這是對于汽車?yán)走_(dá)的“甜蜜點”，因為一流的RF性能與出色的數(shù)字集成相結(jié)合，能夠顯著改進(jìn)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(guān)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(yù)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(dá)傳感器。

下圖顯示，與標(biāo)準(zhǔn)28nm體硅CMOS技術(shù)相比，格芯的22FDX平臺為汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)制造商提供了顯著優(yōu)勢。

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(shè)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(shù)。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(jìn)行了延展，推出了22FDX Plus平臺，對這個平臺進(jìn)行了功能的豐富和技術(shù)的發(fā)展，使它更適用于物聯(lián)網(wǎng)和穿戴設(shè)備的應(yīng)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(shù)已經(jīng)已經(jīng)逐漸成熟，到了爆發(fā)的前夜。

硅光技術(shù)基于1985年左右提出的波導(dǎo)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(shù)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(dǎo)體、AIM等)、激光芯片代工廠(聯(lián)亞電子等)、芯片設(shè)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(shè)計、硅基芯片加工、封測均自己完成)。

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

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

硅光技術(shù)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(jìn)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(xué)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(shù)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?！肮韫夥桨钢饕脩魯?shù)據(jù)傳輸，主要是在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域?！?

Anthony Yu表示，格芯2015年獲得了IBM的九年光子學(xué)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(wù)提供商，也針對光傳輸器準(zhǔn)備可批量生產(chǎn)的各種相關(guān)器件?！?

格芯的45CLO工藝是整合數(shù)字RF功能與所需的光學(xué)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(xué)收發(fā)器制造元件。這些解決方案（激光驅(qū)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(wù)器機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時的功耗測算。

如果采用光信號進(jìn)行信號傳輸則能效可以大大提升，距離也可以大大增加。

據(jù)介紹，Ayar Labs和格芯合力研發(fā)可進(jìn)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(jī)器學(xué)習(xí)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(jī)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。

所以，硅光模塊將在數(shù)據(jù)中心獲得大量采用，據(jù)Yole預(yù)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(yīng)用。硅光有望在400G中等距離取得突破。

格芯的45CLO工藝將賦能一流的光學(xué)和數(shù)字功能。

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(shù)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(rèn)證。

云游戲、機(jī)器人、外科手術(shù)機(jī)器人、CV2X車與車和車與網(wǎng)絡(luò)的鏈接、智能制造、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和其他應(yīng)用需要數(shù)據(jù)中心處理海量數(shù)據(jù)，而在邊緣側(cè)，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[敏感詞]商機(jī)，而硅光技術(shù)將在這個領(lǐng)域展示它的魅力。

格芯正悄然成為硅光子領(lǐng)域的一股強大力量，未來格芯在這個領(lǐng)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(guān)鍵作用。