格芯：終止7nm技術(shù)并不意味著對(duì)FinFET工藝的放棄

放棄7nm及以下先進(jìn)制程的研發(fā)，取消成都工廠一期項(xiàng)目投資，兩則重磅消息讓全球第二大晶圓代工廠格芯一時(shí)處于輿論漩渦的中心。格芯做出這些重大決定的依據(jù)是什么?一系列放棄對(duì)格芯而言是喜是憂(yōu)?日前，在2018格芯技術(shù)大會(huì)上，公司高層對(duì)此做出了詳盡解釋。

為何放棄7nm?

格芯全球銷(xiāo)售和業(yè)務(wù)發(fā)展的高級(jí)副總裁Mike Cadigan對(duì)此回應(yīng)稱(chēng)，公司新任CEO Tom Caulfield在今年三月上任之后所做的第一件事情，就是通過(guò)拜訪客戶(hù)了解他們是如何看待公司的。根據(jù)反饋，Caulfield認(rèn)為格芯的客戶(hù)一方面希望格芯所做的投入、投資與自身的技術(shù)發(fā)展方向一致;另一方面希望格芯在財(cái)務(wù)上保持穩(wěn)健，因?yàn)?ldquo;只有穩(wěn)健的格芯才能滿(mǎn)足他們未來(lái)十年的芯片生產(chǎn)需求。”

而從技術(shù)角度來(lái)看，Mike Cadigan認(rèn)為近年來(lái)隨著先進(jìn)工藝的研發(fā)支出開(kāi)始飆升，遵循摩爾定律所帶來(lái)的投資回報(bào)正變得越來(lái)越低，這使得12納米以下工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶(hù)的吸引力，以及能夠追隨先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的公司數(shù)量越來(lái)越少。與之相反，絕大部分客戶(hù)反而對(duì)差異化工藝表現(xiàn)出了濃厚的興趣。格芯方面提供的數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)，12納米以上節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)金額不但不會(huì)縮小，反而將從2018年的560億美元上升至2022年的650億美元。

因此，格芯經(jīng)過(guò)慎重考慮，對(duì)產(chǎn)品路線(xiàn)圖進(jìn)行了重新的調(diào)整和定義，在宣布中止7nm等先進(jìn)工藝的研發(fā)之后，公司將把資金投入到客戶(hù)需求更加迫切的物聯(lián)網(wǎng)、IoT、5G和汽車(chē)等行業(yè)。而在這一轉(zhuǎn)型過(guò)程中，F(xiàn)inFET、FDX、RF和Analog Mixed Signal技術(shù)成為支撐格芯差異化發(fā)展戰(zhàn)略的四大支柱。

下圖是格芯首席技術(shù)官兼全球研發(fā)高級(jí)副總裁Gary Patton在兩年前演講時(shí)的PPT，可以看出，當(dāng)時(shí)格芯的戰(zhàn)略是致力于在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)演進(jìn)、系統(tǒng)級(jí)差異化和制造技術(shù)差異化三個(gè)維度方面的積極推進(jìn)。相比之下，在最新的PPT中，先進(jìn)節(jié)點(diǎn)演進(jìn)這一維度已經(jīng)被刪除，其它兩方面成為新的發(fā)力方向。

Gary Patton表示，終止7nm技術(shù)并不意味著格芯對(duì)FinFET工藝的放棄。只不過(guò)，在推動(dòng)FinFET工藝從28nm-14nm-12nm發(fā)展的同時(shí)，相比以往更關(guān)注晶體管微縮，格芯會(huì)更專(zhuān)注差異化發(fā)展，持續(xù)提升芯片性能，滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)者需求。

眾所周知，F(xiàn)inFET和FD-SOI一直是格芯發(fā)展的雙翼。在格芯看來(lái)，F(xiàn)D-SOI這個(gè)擁有低功耗、低成本和高性能的工藝將和FinFET形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，前者幫助用戶(hù)在芯片性能、功耗、成本之間實(shí)現(xiàn)平衡，后者則幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)更高性能。未來(lái)，數(shù)字射頻/模擬、毫米波、eMRAM、超低功耗/超低泄露、以及反向體偏差技術(shù)，都將是FDX重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

22FDX是格芯最重要的技術(shù)平臺(tái)之一。采用22納米FD-SOI技術(shù)，相較于標(biāo)準(zhǔn)的28nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)，裸晶尺寸可以縮小高達(dá)40%。此外，22FDX還提供第二代FD-SOI 晶體管，相比28nm降低近70%的功耗，且具有與FinFET技術(shù)類(lèi)似的功耗效率。

在Gary Patton展示的路線(xiàn)圖上，22FDX接下來(lái)會(huì)繼續(xù)向12FDX工藝演進(jìn)。在被問(wèn)及是否會(huì)像FinFET技術(shù)一樣在更小尺寸節(jié)點(diǎn)上面臨挑戰(zhàn)時(shí)，他表示，隨著工藝節(jié)點(diǎn)越做越小，兩種技術(shù)都會(huì)遇到一樣的挑戰(zhàn)。但目前在22nm基礎(chǔ)之上，“我們還有很多文章可做”，12nm工藝估計(jì)在2-3年之后才會(huì)有客戶(hù)流片，還比較遙遠(yuǎn)。

射頻方面，格芯會(huì)在現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ)之上引入RF CMOS、RF SOI、毫米波、SiGe PA、SiGe HP等技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注4G/5G射頻前端模組中的低噪聲放大器(LNA)、開(kāi)關(guān)(Switcher)和調(diào)諧器(Tuner)應(yīng)用，代表性技術(shù)則包括面向LTE&sub-6GHz 8SW和面向毫米波的45RFSOI工藝。目前為止，格芯硅鍺PA芯片累計(jì)出貨達(dá)到80億片，使用RF SOI工藝的芯片更是高達(dá)300億片。而在模擬混合信號(hào)AMS方面，高壓CMOS、嵌入式閃存eNVM、BCD/BCD Lite、MEMS將會(huì)成為格芯未來(lái)面向消費(fèi)市場(chǎng)的主要利器。

設(shè)立全資ASIC子公司

成立專(zhuān)注于提供定制ASIC業(yè)務(wù)的全資子公司Avera Semi是格芯的又一項(xiàng)重大決定。

在格芯的官方介紹中，Avera Semi被描述為一家“擁有無(wú)與倫比的ASIC專(zhuān)業(yè)知識(shí)傳承，充分利用世界一流團(tuán)隊(duì)，在過(guò)去25年中完成了2,000多項(xiàng)復(fù)雜設(shè)計(jì)”的優(yōu)秀公司，能夠提供14/12nm以及更成熟技術(shù)的ASIC產(chǎn)品，同時(shí)為客戶(hù)提供7nm及以下的新能力和替代代工工藝，具體業(yè)務(wù)包括：

• ASIC產(chǎn)品基于先進(jìn)且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的工藝技術(shù)(包括新建立的7nm晶圓廠合作關(guān)系)

• 豐富的IP產(chǎn)品組合，包括高速SerDes、高性能嵌入式TCAM、ARM®內(nèi)核以及經(jīng)過(guò)性能和密度優(yōu)化的嵌入式SRAM

• 經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證的全面設(shè)計(jì)方法，基于眾多的一次成功結(jié)果，有助于降低開(kāi)發(fā)成本并加快上市時(shí)間

• 先進(jìn)封裝選項(xiàng)可增加帶寬，消除I/O瓶頸，減少內(nèi)存面積、延遲和功耗

• 靈活的ASIC業(yè)務(wù)參與模式，使客戶(hù)能夠根據(jù)支持需求從經(jīng)驗(yàn)豐富的芯片設(shè)計(jì)、方法、測(cè)試和封裝團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充內(nèi)部資源

目前，Avera Semi擁有850多名員工，年收入超過(guò)5億美元，14nm設(shè)計(jì)收入預(yù)計(jì)超過(guò)30億美元，為客戶(hù)在有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和存儲(chǔ)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，以及航空航天和國(guó)防等廣泛的市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。

Gary Patton表示，之所以要成立這樣一家獨(dú)資的子公司，一是希望能夠通過(guò)這個(gè)獨(dú)資子公司把格芯ASIC業(yè)務(wù)拓展到新的細(xì)分市場(chǎng)，同時(shí)也給他們新的選擇，使其在12納米以下節(jié)點(diǎn)能夠和其他替代的廠家進(jìn)行合作。未來(lái)，ASIC解決方案會(huì)整合來(lái)自于格芯ASIC團(tuán)隊(duì)自己研發(fā)的IP以及來(lái)自于第三方的IP，用模組模塊化的形式交付給客戶(hù)。

FD-SOI工藝：“西方冷，東方熱”

盡管FD-SOI號(hào)稱(chēng)有上述諸多優(yōu)勢(shì)，但在一些媒體報(bào)道中，對(duì)于該工藝的生產(chǎn)良率、專(zhuān)用晶圓片價(jià)格與供應(yīng)來(lái)源穩(wěn)定性，還有大量生產(chǎn)確切時(shí)程、整體技術(shù)支持生態(tài)系統(tǒng)完整性，產(chǎn)業(yè)界仍有諸多疑慮，歐美支持者也只有ST、NXP、格芯等少數(shù)幾家大廠。但在東方，尤其是在中國(guó)，情景完全不一樣，無(wú)論是政府還是產(chǎn)業(yè)都給予了極大的支持和關(guān)注，并且認(rèn)為這是一劑能夠幫助中國(guó)趕上世界先進(jìn)水平的良方。

那么，事實(shí)是否果真如此?FD-SOI工藝正在遭遇“西方冷，東方熱”的情形?

Mike Cadigan告訴《電子工程專(zhuān)輯》記者，F(xiàn)DX平臺(tái)無(wú)論從性能還是功耗方面來(lái)看，對(duì)意在提供差異化解決方案的用戶(hù)來(lái)說(shuō)絕對(duì)是非常不錯(cuò)的選擇，那些已經(jīng)采用FDX平臺(tái)成功進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的客戶(hù)就是最好的例證。今年7月，格芯官方就曾宣布，其22nm FD-SOI (22FDX®50)技術(shù)已經(jīng)獲得了全球五十多家公司的設(shè)計(jì)采用，中標(biāo)收入逾20億美元，良品率達(dá)到80%-90%。

目前，有6家中國(guó)公司的8款產(chǎn)品用了FDX平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括最新宣布的云天勵(lì)飛和瑞芯微電子采用格芯22FDX技術(shù)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的AI芯片，以及芯原面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推出基于格芯22FDX FD-SOI工藝的超低功耗BLE 5.0 RF IP。

“FDX的發(fā)展和邊緣計(jì)算的發(fā)展息息相關(guān)。”Mike Cadigan說(shuō)格芯沒(méi)有選擇通過(guò)對(duì)FinFET技術(shù)進(jìn)行“修修補(bǔ)補(bǔ)”的微調(diào)以適應(yīng)邊緣計(jì)算的需求，而是從一開(kāi)始就決定打造一個(gè)針對(duì)邊緣應(yīng)用優(yōu)化的全新平臺(tái)，因?yàn)槿谋MFD-SOI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了性能、功耗以及成本之間的優(yōu)化，再結(jié)合正向體偏差和射頻技術(shù)，比FinFET更為適合物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算。盡管后者可能會(huì)在某些低功耗應(yīng)用中與SOI相競(jìng)爭(zhēng)，但從全局來(lái)看，仍然無(wú)法與之匹敵。

成都工廠的未來(lái)

10月26日，格芯官方宣布，基于市場(chǎng)條件變化、近期宣布的重新專(zhuān)注于差異化解決方案，以及與潛在客戶(hù)的商議，格芯與成都合作伙伴簽署了投資合作協(xié)議修正案，將取消對(duì)成熟工藝技術(shù)(180nm/130nm)的原項(xiàng)目一期投資。同時(shí)，將修訂項(xiàng)目時(shí)間表，以更好地調(diào)整產(chǎn)能，滿(mǎn)足基于中國(guó)的對(duì)差異化產(chǎn)品的需求，包括格芯業(yè)界領(lǐng)先的22FDX技術(shù)。

格芯全球副總裁兼大中華區(qū)總經(jīng)理白農(nóng)在本刊接受采訪時(shí)表示，自去年2017年面世以來(lái)，很多客戶(hù)都在22 FDX進(jìn)行了正式的流片，且開(kāi)始有了大量的生產(chǎn)，隨著發(fā)展，這個(gè)工藝的需求量將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，接下來(lái)，格芯會(huì)跟成都方面重新規(guī)劃具體的時(shí)間表和產(chǎn)能。

但就目前來(lái)看，雙方合作最積極的第一步將是打造FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)，尤其是針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)所需要的IP。“中國(guó)客戶(hù)與國(guó)外大客戶(hù)的需求存在差異。海外的客戶(hù)很多依靠自己的研發(fā)能力把芯片設(shè)計(jì)完成，中國(guó)客戶(hù)更傾向于使用第三方提供的IP和完整的設(shè)計(jì)平臺(tái)，因此我們必須加速這方面的工作進(jìn)度。”他說(shuō)。

截至目前，F(xiàn)DX IP提供商的數(shù)量已經(jīng)從開(kāi)始時(shí)的7家增加到現(xiàn)在的54家，RF IP提供商也從2018年初的7家增加到現(xiàn)在的16家。

針對(duì)外界流傳的“格芯德累斯頓工廠產(chǎn)能目前都還沒(méi)有完全到達(dá)100%的滿(mǎn)載狀況，不可能將產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到成都廠”的傳言，白農(nóng)回應(yīng)稱(chēng)，F(xiàn)DX技術(shù)目前正處于爬坡期，德累斯頓工廠依舊需要有額外的生產(chǎn)能力。按照之前的規(guī)劃，成都工廠第二期已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到會(huì)在一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)承接德累斯頓工廠的產(chǎn)能，只是目前還沒(méi)有開(kāi)始籌建成都工廠FDX的產(chǎn)能，但背后的驅(qū)動(dòng)原因完全沒(méi)有發(fā)生改變。