2年前的官宣讓格芯走上了一條什么道路？

電子創新網|Electronic innovation network|

2022-03-10 13:40:55 3

當臺積電在*工藝上享受主角光環的時候，格芯經過2年的布局和深耕，已經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界：格芯宣布為支持公司戰略調整，格芯將擱置7納米FinFET項目，并調整相應研發團隊來支持強化的產品組合方案。一大部分*技術人員將被部署到14/12納米FinFET衍生產品和其他差異化產品的工作上。
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，格芯中國區總裁及亞洲業務發展負責人Americo Lemos在接受電子創新網等媒體采訪時透露格芯在特色工藝領域穩步前行，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。

目前，格芯的22FDX節點生產的芯片出貨量已超過3.5億顆，實現了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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為發展特色工藝，格芯創建了三個戰略業務部門，即汽車、工業和多市場戰略業務部(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務可以通過12nm或以上技術節點領域的解決方案來解決。其中，AIM業務占240億美元，MWI和CWI分別占150億美元和80億美元。

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AIM市場包含物聯網等應用，物聯網由環境中感知、存儲和傳輸數據的聯網設備組成。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、汽車雷達、動力系統控制等各種功能。
在MWI市場，5G無線通信的出現是一個關鍵驅動因素。其低延遲率和極快的數據傳輸速度有望實現通用移動連接，大幅降低網絡運營商的數據傳輸成本，并催生大量新應用。據估計，到2035年，通過5G網絡連接的智能設備將會高達一萬億臺。

CWI領域的發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。
以物聯網應用為例，典型的物聯網設備包括具有模擬接口的傳感器、用于編碼和數據存儲的存儲器、用于數據通信的射頻功能、用于控制設備和處理數據的處理器，另外可能還有電池和電池接口。大多數情況下，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據，處理數據，然后傳輸或接收數據。

格芯的特色工藝

在本次2020在線技術大會上，格芯CEO Tom Caulfield發表了主題演講，他表示過去兩年間，格芯重建了自己在半導體行業的定位。 “GF將戰略重心轉向成為一個創新型的領導者，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。“ 格芯為手機生產了許多具有關鍵功能芯片，如射頻模組，調諧器、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專業解決方案建立在格芯成熟的55nm平臺上，并經過了優化，可在0.9V至30V的電壓范圍內工作，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控進行了微調，能夠提供*的音質，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。據他介紹，格芯55 BCDLite建立在格芯180 UHV、180 BCDLite、130 BCD和130 BCDLite產品的成功經驗基礎上。依托于強大的IP生態系統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品開發，并以經濟高效的價格，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，即全耗盡型晶體管。這兩項創新技術合稱“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于傳統體硅技術。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，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，這個工藝已經在人工智能、可穿戴等領域獲得大量訂單。

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另外，FD-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是一個易于實現的極其有效的性能和功耗優化方法，可在晶體管開關期間動態調制FBB信號，這為設計人員優化性能和功耗帶來極大的靈活性，當性能是優先考慮時，可以將電路設計得更快；否則，可以將電路設計得更節能。
格芯目前已經打造了成熟的支持自適應體偏置(ABB)的生態，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、面向物聯網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“即時開啟或永遠在線”人工智能應用客戶來說，22FDX的eMRAM產品具有很強的優勢，可幫助客戶實現高密度和非易失性。

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*的數字集成相結合，能夠顯著改進成像分辨率和精確度。

據介紹，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增加，這會成為一大重要優勢。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制造商提供了顯著優勢。

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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平臺和醫療設備初創公司Movano Inc.合作推出了一種連續血糖監測技術。這款 "無針 "監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展，使它更適用于物聯網和穿戴設備的應用。

硅光平臺，布局未來10年

經過近30年的發展，硅光技術已經已經逐漸成熟，到了爆發的前夜。

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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業化發展，Luxtera、Kotura等先行者不斷推動技術和產業鏈的發展，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(聯亞電子等)、芯片設計和封裝(Luxtera、Kotura等)較為成熟的Fabless產業鏈模式，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據。

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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，源于用電傳輸數據的功耗日益增大，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。

格芯與硅光初創公司Ayar Labs自2016年起一直在合作研發封裝內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模、成本和工藝控制優勢。”格芯副總裁Anthony Yu在接受電子創新網專訪時指出。“硅光方案主要用戶數據傳輸，主要是在數據中心領域。”

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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，并實現了90nm工藝“產業化”，即90WG。他表示：“在菲什基爾的工廠，我們已經在300mm晶圓上實現了這一工藝的量產。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的各種相關器件。”

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格芯的45CLO工藝是整合數字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）被數據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據傳輸時的功耗測算。

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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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據介紹，Ayar Labs和格芯合力研發可進行批量制造的單芯片解決方案，以期緩解數據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以及高帶寬內存時要求更高的芯片到芯片帶寬。這是因為數據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，硅光模塊將在數據中心獲得大量采用，據Yole預測，到2025年硅光子市場規模將超13億美元，其中將超過90%來自于數據中心應用。硅光有望在400G中等距離取得突破。

格芯的45CLO工藝將賦能*的光學和數字功能。

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據悉，Ayar Labs和格芯正在合作研發格芯的新一代硅光平臺45CLO，Ayar Labs計劃在其器件量產時使用這一平臺。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，并計劃于2021年下半年完成生產工藝認證。

云游戲、機器人、外科手術機器人、CV2X車與車和車與網絡的鏈接、智能制造、蜂窩網絡和其他應用需要數據中心處理海量數據，而在邊緣側，每時每刻都在產生大量的數據，數據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，據筆者了解，國內一些硅光初創公司已經和格芯建立了合作聯系。

Americo Lemos還在采訪中特別表示格芯將通過優質的投資，助力創新，并在中國發揮關鍵作用。

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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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