繼今年2月Globalfoundries的晶圓廠落戶成都,雙方之間的私營/官方合作夥伴關係進一步延續,於本週二(May 23)發佈一項新的1億美元投資計劃,未來將在FDSOI技術基礎上,共同「推動中國半導體產業的創新發展」。

這意味著Globalfoundries和成都市打算靠中國來改寫全耗盡型絕緣上覆矽(FD-SOI)的歷史?

20170524_Globalfoundries_NT02P1 Globalfoundries在成都的晶圓廠(來源:Globalfoundries)

此舉是為了激起中國更廣泛接受non-bulk CMOS技術而邁出的重要一步。這項計劃著眼於今日的中國佔有全球半導體晶片消費市場的58%以上,而且致力於在全國範圍內大力擴展本地的半導體生產能力。

20170524_Globalfoundries_NT02P2 (來源:McClean Report、Gartner以及PricewaterhouseCoopers)

根據PricewaterhouseCoopers在今年發佈的報告,2015年時,中國僅佔全球半導體產量的16.2%,而今,晶圓製造業正經歷前所未有的蓬勃發展,還擁有國家級晶片產業投資基金約1,200億元人民幣(超過170億美元)的扶植,以及當地政府和私人股權投資公司約6,000億元人民幣(約850億美元)的支持。

中國正乘著這一波晶圓製造之勢,共同努力加入記憶體產業。在邏輯元件方面,Globalfoundries看來打算與成都聯手前進FD-SOI產業——計劃在成都建廠,採用Globalfoundries 22FDX FD-SOI技術生產晶片。

最近發佈的1億美元投資預算,將用於成都建立起FD-SOI產業生態系統,而這也是Globalfoundries與成都當局宣佈100億美元建廠投資的一部份。

20170524_Globalfoundries_NT02P3 (來源:IBS、EE Times)

Globalfoundries產品管理資深副總裁Alain Mutricy指出,「在成都投資設廠是第一步。對於Globalfoundries來說,接下來的重點是培育並協助中國新興的無晶圓廠晶片公司以及設計服務業務。」Mutricy預計會有幾家EDA公司(如Synopsys、Cadence等)和IP供應商(如ARM)在成都成立辦事處,透過其工具和IP共同支持FD-SOI生態系統。

目前已經決定加入成都FD-SOI生態系統的公司包括Cadence、Synopsys、聯發科(MediaTek)、RockChip、VeriSilicon、Invecas以及上海復旦微電子集團(Shanghai Fudan Microelectronics Group Company)等公司。

例如,聯發科技(MediaTek)執行副總裁兼共同營運長陳一舟表示:「聯發科早在2010年就在成都設立分公司。成都正迅速成為尖端科技公司國際化的目的地,對於這一地區的持續投資,將有助於使其成為Globalfoundries FDX技術的製造和設計卓越中心。」

Globalfoundries的Mutricy強調FD-SOI是打造「具備連接能力的新型嵌入式系統所需的理想技術」,因而將物聯網(IoT)、5G和先進駕駛輔助系統(ADAS——實現視覺處理)列為適於導入FD-SOI技術的市場領域。

International Business Strategies (IBS)執行長Handel Jones指出,Globalfoundries的FDX技術「結合了最佳的低功耗FD-SOI技術,可在功耗、性能和成本方面提供即時的權衡。」

20170524_Globalfoundries_NT02P4 FD-SOI將照亮哪些市場領域?(來源:IBS)

只要努力建造,客戶自然來?

當然,每個人都喜歡討論「生態系統」的重要性,特別是關於新技術,因為新的採用者和支持者最令人期待。

以歷史作為參考,我們知道要說服習慣了bulk CMOS半導體藍圖的晶片設計者考慮採用FD-SOI技術有多困難。FD-SOI使用在基板整合薄絕緣層的SOI晶片,以抑制洩漏。它還需要晶片設計人員設計針對所選製程技術最佳化的晶片。

對於FD-SOI來說,「只要蓋好晶圓廠,客戶自然會來」(If you build it [a fab], they will come)長久以來仍只是個理論,而無法夢想成真。

大約在兩年前,《EE Times》曾經採訪CEA Leti執行長Marie-NoelleSemeria,請她分享Leti(投入大量資源,與Soitec率先研發FD-SOI)從FD-SOI中學到的經驗教訓——「Leti從FD-SOI學到的一課:打造生態系統」。她指出,作為一家技術先驅,「我們可以從一開始就嘗試建立一個涵所有重要參與者的完整生態系統。」

為中國量身打造

簡言之,生態系統通常不會在一夜之間發生。它需要所有利益相關者共同累積財務實力、持續的推動以及長期的承諾。

FD-SOI的倡導者是否能從過去的錯誤中學習?能不能把握機會重新開始?將Globalfoundries與成都的合作計劃視為一個新的開始?

就某方面來看,Globalfoundries的Mutricy同意以前有一些機會被搞砸了。但他認為,隨著FD-SOI的市場動態發生了巨大變化,促成了這次[為FD-SOI生態系統投資1億美元]的行動發生。

當然,設計人員在設計具有最高處理性能的晶片時,通常喜歡採用像FinFET等先進的bulk CMOS技術。但他解釋,隨著智慧型手機的需求趨緩,物聯網成為中國的一大關注重點,對於連接能力、射頻(RF)、類比性能以及超低功耗晶片的需求變得越來越重要,Mutricy說:「這就是FD-SOI得以發揮之處。」

推動中國公司轉型FD-SOI

Globalfoundries認為,FD-SOI將吸引晶片設計人員考慮從65nm、55nm或40nm轉而採用28nm bulk CMOS技術。

聖荷西設計服務公司——芯原科技(VeriSilicon)執行長戴偉民(Wayne Dai)出生於中國,公司業務與中國密切相關,自然也同意這個看法。

他認為,當晶片公司開始設計22nm FDX,而非將現有設計從28nm移植到22nm FDX時,才能在中國看到bulk CMOS過渡至FD-SOI技術。

他並補充說,越來越多中國主要的晶片供應商「開始對使用22nm FDX感興趣」,包括RockChip、展訊(Spreadtrum)、Leadcore和中興(ZTE)。

在引導中國開闊眼界,選擇採用FD-SOI作為bulk CMOS的替代製程技術方面,戴偉民扮演著重要的角色。但這種關係也不禁人質疑芯原是否成為這項1億美元投資FD-SOI計劃的受益者?

戴偉民說:「為了合格從FD-SOI生態系統投資中獲得研發經費,每一家公司都必須在成都部署研發團隊。」他強調,芯原在成都已有150名工程師,而且該公司多年來一直致力於FD-SOI IP與設計。「芯原可望在此生態系統中發揮重要作用。」戴偉民預計,包括聯發科、展訊、海思(HiSilicon)和中興等其他公司也可望加入成都。

那麼,為什麼他認為中國能建立起一個健全的FD-SOI生態系統?戴偉民指出,FD-SOI的支持者已經在中國打好基礎了。例如上海FD-SOI論壇,自2015年起,FD-SOI的從業人員與技術支持者們一直在推動FD-SOI設計,持續向在地的晶片公司、SoC設計人員、政府官員與私人投資基金等喊話。

20170524_Globalfoundries_NT02P5 2015年上海FD-SOI論壇上的一場FD-SOI設計專題討論

RF、混合訊號、基體偏壓與嵌入式記憶體

戴偉民解釋最可能影響中國半導體公司的選擇:「FD-SOI RF最難用FinFET來做,基體偏壓(body bias)更是完全不可能。嵌入式記憶體,特別是MRAM可望較FinFET更早建置於FD-SOI上。」他強調,對於佈署FD-SOI,尤其是在IoT應用上進行,這些因素都相當關鍵。

至於在養成中國的FD-SOI生態系統時,當地市場還需要做些什麼?

戴偉民列舉了五項要點:使用FD-SOI實現混合訊號和RF設計的可行性;設計服務公司(如芯原);實現FD-SOI的基體偏壓設計流程和工具;設計教學、研討會、大學課程、實驗室和教科書,以及政府支持。

事實上,並不是只有Globalfoundries一家公司在中國提供FD-SOI晶圓代工服務。上海華力微電子(Shanghai Huali Microelectronics Corp.)高階主管們在今年初分享了該公司的發展藍圖。該公司斥資59億在上海打造Fab 2廠,月產能達4萬片晶圓,預計在2018年中開始營運,用於製造28-14nm晶片。在Fab 2廠計劃中,上海華力微電子也規劃將提供FD-SOI製程技術。

20170524_Globalfoundries_NT02P6 (來源:上海華力微電子)

同時,Globalfoundries的成都新廠已經開始動土興建,預計在2018年初完工。該晶圓廠將在2018年開始生產主流製程技術,隨後將專注於22FDX製程,預計在2019年量產。

20170524_Globalfoundries_NT02P7 Globalfoundries的成都新廠正在興建中 (來源:Globalfoundries)

編譯:Susan Hong

(參考原文:China Set to Rewrite FD-SOI History,by Junko Yoshida)