GlobalFoundries (GF)顯然是另一種類型的IC代工廠。2018年，GF放棄追求7nm工藝節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)而專注于從現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)獲得更多性能、開發(fā)更多能力。這明顯和其他半導(dǎo)體代工廠的努力方向大相徑庭，但卻是一個(gè)令人耳目一新的變化。

早在2018年，GF就意識(shí)到，通過建造更清潔的clean room和購買納米光刻所需的EUV機(jī)器等晶圓廠工具，它仍然可以滿足其總體市場(chǎng)的70%需求。相反，該公司將不追隨大流而節(jié)省下來的資金用于開發(fā)其它許多有用的半導(dǎo)體功能塊。

GF代工產(chǎn)品目前涵蓋七個(gè)“平臺(tái)”，包括：

28nm, 40nm, 55nm和130nmPlanar CMOS，用于數(shù)字應(yīng)用的主要工藝；

12nm和14nm FinFET，用于高速數(shù)字應(yīng)用；

22nm FDX(完全耗盡絕緣體硅或FD-SOI)，用于低功耗應(yīng)用；

45nm, 90nm, 130nm和180nm射頻SOI，用于射頻應(yīng)用，包括5G和汽車?yán)走_(dá)；

45nm和90nm SiPh(硅光子)，用于數(shù)據(jù)中心和其他高速光互連；

45nm, 90nm和130nmSiGE(集成硅鍺晶體管)，用于高頻，射頻和電源應(yīng)用；

Wide Bandgap(目前為200nm的氮化鎵，未來為碳化硅)用于大功率應(yīng)用。

GF的Planar CMOS平臺(tái)使用了自20世紀(jì)70年代開始用于制作集成電路的平面CMOS FET，只是現(xiàn)在要小得多。GF的Planar CMOS產(chǎn)品能做到28nm是非常有意義的，因?yàn)?8nm Planar CMOS是迄今為止最具成本效益的工藝節(jié)點(diǎn)（每個(gè)晶體管的成本方面）。當(dāng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展到28nm以下，并開始追求像FinFET和GAA這樣的非平面器件后，每個(gè)晶體管的成本開始上升，這其實(shí)與摩爾定律的核心相悖。事實(shí)上，盡管有很多關(guān)于摩爾定律的文章，但摩爾定律是關(guān)于芯片制造的經(jīng)濟(jì)學(xué)。

GF也為數(shù)字IC制造提供了28nm Planar CMOS FET的替代品，如12nm和14nm FinFET和22nm FD-SOI工藝，該公司也將大量精力和研發(fā)資金集中在為其舊的Planar CMOS工藝節(jié)點(diǎn)尋找新的、有趣的能力。該公司稱這些額外的處理能力為“模塊”。

例如，GF提供了三個(gè)非易失性內(nèi)存(NVM)模塊，這是芯片上非常有價(jià)值的功能，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說尤其如此。該公司提供基于Flash的嵌入式NVM模塊，用于其所有PlanarCMOS工藝節(jié)點(diǎn)（包括28nm）。由于Flash很難擴(kuò)展到28納米以下，因此GF與MRAM供應(yīng)商Everspin合作開發(fā)了一種替代NVM技術(shù)——MRAM模塊。目前，該MRAM模塊可用于GF的12納米FinFET和22納米FDX平臺(tái)。該公司還為相同的平臺(tái)提供了RRAM NVM模塊。

在尋求高速射頻晶體管方面，GF也轉(zhuǎn)向了另一個(gè)方向。更小的工藝節(jié)點(diǎn)不一定能創(chuàng)造好的模擬RF晶體管，所以GF轉(zhuǎn)向RF SOI和SiGe晶體管，以推動(dòng)晶體管單位增益頻率達(dá)到太赫茲。這些高速晶體管可用于射頻和雷達(dá)應(yīng)用，在今年5月舉行的GlobalFoundries技術(shù)峰會(huì)(GTS)上，該公司宣布了一個(gè)名為GF Connex的射頻元平臺(tái)，其中包含了該公司RF SOI、FDX、SiGe和FinFET平臺(tái)，以滿足智能移動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的各種通信需求。

或許，GF在硅領(lǐng)域最具雄心、也是最不明顯的方向之一，是開發(fā)構(gòu)建單片硅光子芯片所需的模塊和工具，該公司稱其為SiPh平臺(tái)。今年3月，公司正式發(fā)布了第二代GF Fotonix SiPh平臺(tái)。該平臺(tái)可以制造結(jié)合光子發(fā)射器和探測(cè)器、硅光波導(dǎo)、射頻組件和高性能CMOS邏輯的集成器件。GF利用各向異性蝕刻技術(shù)在單片硅光子芯片上形成精確的V型槽，簡化了光纖的直接無源對(duì)準(zhǔn)和連接。

到目前為止，光子學(xué)的應(yīng)用還被限制在可以承受高成本的少量應(yīng)用，但GF硅光子學(xué)方面的創(chuàng)新可以在系統(tǒng)層面降低成本，這反過來會(huì)推動(dòng)對(duì)光子學(xué)的需求和使用。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，硅光子學(xué)可能是一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)，該鄰域已經(jīng)采用光互連技術(shù)用來實(shí)現(xiàn)200Gbps以上服務(wù)器之間的高速連接。

筆者認(rèn)為GF 7大平臺(tái)的方法很符合當(dāng)前的趨勢(shì)——使用chiplet來構(gòu)建封裝設(shè)備，這樣能夠比使用盡可能小的節(jié)點(diǎn)制造的單片集成電路實(shí)現(xiàn)更多的功能。毫無疑問，采用GF平臺(tái)制造的chiplet將能夠與其他半導(dǎo)體廠商制造的其他chiplet封裝在一起。

GF的第二代GF Fotonix平臺(tái)和GF Connex組合代表了競(jìng)爭(zhēng)不太激烈的半導(dǎo)體方向，相比之下，其它晶圓代工廠競(jìng)相追逐的是更小的光刻尺寸。

在最近舉辦的GTS上，GF宣布成立GF實(shí)驗(yàn)室，以進(jìn)一步探索這些替代技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)是進(jìn)一步探索新材料和設(shè)備架構(gòu)，使公司能夠更好地滿足半導(dǎo)體客戶的多樣化需求。雖然剛剛宣布，但GF Labs已經(jīng)在研究和開發(fā)通過射頻SOI(射頻硅絕緣體)和SiGe來擴(kuò)展硅的能力，并將把初步嘗試擴(kuò)展到電力應(yīng)用的wide-bandgap領(lǐng)域，將目前的氮化鎵產(chǎn)品升級(jí)到碳化硅。

GF Labs并不打算獨(dú)自完成這些研究與嘗試。早在GF Labs成立之前，GF就與初創(chuàng)企業(yè)、行業(yè)聯(lián)盟、材料供應(yīng)商、大學(xué)和政府機(jī)構(gòu)合作，參與半導(dǎo)體開發(fā)項(xiàng)目。GF Labs將繼續(xù)之前的合作，并在這類研究方面提供一個(gè)統(tǒng)一的接洽點(diǎn)。

GF Labs宣布了幾個(gè)已經(jīng)確定的合作實(shí)體，包括比利時(shí)的IMEC大學(xué)間微電子中心、德國Fraunhofer應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)（在德國有75個(gè)研究所的研究機(jī)構(gòu)）、DARPA（美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局）、新加坡微電子研究所以及廣泛的大學(xué)合作。GF Labs生態(tài)系統(tǒng)成員將能夠通過GF的多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃來測(cè)試他們的想法，并獲得生態(tài)系統(tǒng)的人才庫。根據(jù)英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的說法，這是一種從硅中提取更多益處的有趣嘗試，硅是地球上僅次于氧的第二大常見元素。

GF技術(shù)、工程和質(zhì)量高級(jí)副總裁GreggBartlett在GTS宣布成立GF Labs，然后出人意料地宣布要增加系統(tǒng)工程師，這與半導(dǎo)體公司通常專注于材料科學(xué)、化學(xué)、光刻和電路設(shè)計(jì)的做法大不相同。GF Labs決定需要更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來幫助公司更好地將整個(gè)系統(tǒng)集成到芯片上，以便為GF的客戶提供更好的服務(wù)。

GF Labs招聘系統(tǒng)工程師的舉動(dòng)再次表明，該公司采納了Lindsey Buckingham和Fleetwood Mac的建議:

“You can go your own way.”

無論是在像GF這樣的全球半導(dǎo)體代工領(lǐng)域，還是身處任何其他競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)，這對(duì)于我們來說都是一個(gè)很好的建議！

審核編輯 ：李倩