格芯：終止7nm技術(shù)并不意味著對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目投資，兩則重磅消息讓全球第二大晶圓代工廠格芯一時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?一系列放棄對格芯而言是喜是憂?日前，在2018格芯技術(shù)大會上，公司高層對此做出了詳盡解釋。

為何放棄7nm?

格芯全球銷售和業(yè)務(wù)發(fā)展的高級副總裁Mike Cadigan對此回應(yīng)稱，公司新任CEO Tom Caulfield在今年三月上任之后所做的第一件事情，就是通過拜訪客戶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務(wù)上保持穩(wěn)健，因為“只有穩(wěn)健的格芯才能滿足他們未來十年的芯片生產(chǎn)需求。”

而從技術(shù)角度來看，Mike Cadigan認(rèn)為近年來隨著先進(jìn)工藝的研發(fā)支出開始飆升，遵循摩爾定律所帶來的投資回報正變得越來越低，這使得12納米以下工藝節(jié)點對用戶的吸引力，以及能夠追隨先進(jìn)節(jié)點的公司數(shù)量越來越少。與之相反，絕大部分客戶反而對差異化工藝表現(xiàn)出了濃厚的興趣。格芯方面提供的數(shù)據(jù)顯示，未來，12納米以上節(jié)點的市場金額不但不會縮小，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)過慎重考慮，對產(chǎn)品路線圖進(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需求更加迫切的物聯(lián)網(wǎng)、IoT、5G和汽車等行業(yè)。而在這一轉(zhuǎn)型過程中，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)高級副總裁Gary Patton在兩年前演講時的PPT，可以看出，當(dāng)時格芯的戰(zhàn)略是致力于在先進(jìn)節(jié)點演進(jìn)、系統(tǒng)級差異化和制造技術(shù)差異化三個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FinFET工藝的放棄。只不過，在推動FinFET工藝從28nm-14nm-12nm發(fā)展的同時，相比以往更關(guān)注晶體管微縮，格芯會更專注差異化發(fā)展，持續(xù)提升芯片性能，滿足開發(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，F(xiàn)D-SOI這個擁有低功耗、低成本和高性能的工藝將和FinFET形成優(yōu)勢互補(bǔ)，前者幫助用戶在芯片性能、功耗、成本之間實現(xiàn)平衡，后者則幫助用戶實現(xiàn)更高性能。未來，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重點關(guān)注的領(lǐng)域。

22FDX是格芯最重要的技術(shù)平臺之一。采用22納米FD-SOI技術(shù)，相較于標(biāo)準(zhǔn)的28nm節(jié)點技術(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)類似的功耗效率。

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

射頻方面，格芯會在現(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)，重點關(guān)注4G/5G射頻前端模組中的低噪聲放大器(LNA)、開關(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AMS方面，高壓CMOS、嵌入式閃存eNVM、BCD/BCD Lite、MEMS將會成為格芯未來面向消費市場的主要利器。

設(shè)立全資ASIC子公司

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

在格芯的官方介紹中，Avera Semi被描述為一家“擁有無與倫比的ASIC專業(yè)知識傳承，充分利用世界一流團(tuán)隊，在過去25年中完成了2,000多項復(fù)雜設(shè)計”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，同時為客戶提供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)過驗證的工藝技術(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)過性能和密度優(yōu)化的嵌入式SRAM

• 經(jīng)過生產(chǎn)驗證的全面設(shè)計方法，基于眾多的一次成功結(jié)果，有助于降低開發(fā)成本并加快上市時間

• 先進(jìn)封裝選項可增加帶寬，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，使客戶能夠根據(jù)支持需求從經(jīng)驗豐富的芯片設(shè)計、方法、測試和封裝團(tuán)隊補(bǔ)充內(nèi)部資源

目前，Avera Semi擁有850多名員工，年收入超過5億美元，14nm設(shè)計收入預(yù)計超過30億美元，為客戶在有線和無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和存儲、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，以及航空航天和國防等廣泛的市場上開發(fā)產(chǎn)品。

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

FD-SOI工藝：“西方冷，東方熱”

盡管FD-SOI號稱有上述諸多優(yōu)勢，但在一些媒體報道中，對于該工藝的生產(chǎn)良率、專用晶圓片價格與供應(yīng)來源穩(wěn)定性，還有大量生產(chǎn)確切時程、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，情景完全不一樣，無論是政府還是產(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趕上世界先進(jìn)水平的良方。

那么，事實是否果真如此?FD-SOI工藝正在遭遇“西方冷，東方熱”的情形?

Mike Cadigan告訴《電子工程專輯》記者，F(xiàn)DX平臺無論從性能還是功耗方面來看，對意在提供差異化解決方案的用戶來說絕對是非常不錯的選擇，那些已經(jīng)采用FDX平臺成功進(jìn)行芯片設(shè)計的客戶就是最好的例證。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家中國公司的8款產(chǎn)品用了FDX平臺進(jìn)行設(shè)計，包括最新宣布的云天勵飛和瑞芯微電子采用格芯22FDX技術(shù)自主研發(fā)設(shè)計的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)展和邊緣計算的發(fā)展息息相關(guān)。”Mike Cadigan說格芯沒有選擇通過對FinFET技術(shù)進(jìn)行“修修補(bǔ)補(bǔ)”的微調(diào)以適應(yīng)邊緣計算的需求，而是從一開始就決定打造一個針對邊緣應(yīng)用優(yōu)化的全新平臺，因為全耗盡FD-SOI技術(shù)實現(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)與邊緣計算。盡管后者可能會在某些低功耗應(yīng)用中與SOI相競爭，但從全局來看，仍然無法與之匹敵。

成都工廠的未來

10月26日，格芯官方宣布，基于市場條件變化、近期宣布的重新專注于差異化解決方案，以及與潛在客戶的商議，格芯與成都合作伙伴簽署了投資合作協(xié)議修正案，將取消對成熟工藝技術(shù)(180nm/130nm)的原項目一期投資。同時，將修訂項目時間表，以更好地調(diào)整產(chǎn)能，滿足基于中國的對差異化產(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)在本刊接受采訪時表示，自去年2017年面世以來，很多客戶都在22 FDX進(jìn)行了正式的流片，且開始有了大量的生產(chǎn)，隨著發(fā)展，這個工藝的需求量將會持續(xù)增長，接下來，格芯會跟成都方面重新規(guī)劃具體的時間表和產(chǎn)能。

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

截至目前，F(xiàn)DX IP提供商的數(shù)量已經(jīng)從開始時的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。

針對外界流傳的“格芯德累斯頓工廠產(chǎn)能目前都還沒有完全到達(dá)100%的滿載狀況，不可能將產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到成都廠”的傳言，白農(nóng)回應(yīng)稱，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)見到會在一定的時間節(jié)點承接德累斯頓工廠的產(chǎn)能，只是目前還沒有開始籌建成都工廠FDX的產(chǎn)能，但背后的驅(qū)動原因完全沒有發(fā)生改變。