放弃7nm，GF能否在代工领域另辟蹊径？

“My dear, here we must run as fast as wecan, just to stay in place. And if you wish to go anywhere you must run twiceas fast as that!”

——《爱丽丝梦游仙境》中的红皇后悖论

GlobalFoundries (GF)显然是另一种类型的IC代工厂。2018年，GF放弃追求7nm工艺节点，转而专注于从现有节点获得更多性能、开发更多能力。这明显和其他半导体代工厂的努力方向大相径庭，但却是一个令人耳目一新的变化。

早在2018年，GF就意识到，通过建造更清洁的clean room和购买纳米光刻所需的EUV机器等晶圆厂工具，它仍然可以满足其总体市场的70%需求。相反，该公司将不追随大流而节省下来的资金用于开发其它许多有用的半导体功能块。

GF代工产品目前涵盖七个“平台”，包括：

• 28nm, 40nm, 55nm和130nmPlanar CMOS，用于数字应用的主要工艺；

• 12nm和14nm FinFET，用于高速数字应用；

• 22nm FDX(完全耗尽绝缘体硅或FD-SOI)，用于低功耗应用；

• 45nm, 90nm, 130nm和180nm射频SOI，用于射频应用，包括5G和汽车雷达；

• 45nm和90nm SiPh(硅光子)，用于数据中心和其他高速光互连；

• 45nm, 90nm和130nmSiGE(集成硅锗晶体管)，用于高频，射频和电源应用；

• Wide Bandgap(目前为200nm的氮化镓，未来为碳化硅)用于大功率应用。

GF的Planar CMOS平台使用了自20世纪70年代开始用于制作集成电路的平面CMOS FET，只是现在要小得多。GF的Planar CMOS产品能做到28nm是非常有意义的，因为28nm Planar CMOS是迄今为止最具成本效益的工艺节点（每个晶体管的成本方面）。当半导体行业发展到28nm以下，并开始追求像FinFET和GAA这样的非平面器件后，每个晶体管的成本开始上升，这其实与摩尔定律的核心相悖。事实上，尽管有很多关于摩尔定律的文章，但摩尔定律是关于芯片制造的经济学。

GF也为数字IC制造提供了28nm Planar CMOS FET的替代品，如12nm和14nm FinFET和22nm FD-SOI工艺，该公司也将大量精力和研发资金集中在为其旧的Planar CMOS工艺节点寻找新的、有趣的能力。该公司称这些额外的处理能力为“模块”。

例如，GF提供了三个非易失性内存(NVM)模块，这是芯片上非常有价值的功能，对于嵌入式系统来说尤其如此。该公司提供基于Flash的嵌入式NVM模块，用于其所有PlanarCMOS工艺节点（包括28nm）。由于Flash很难扩展到28纳米以下，因此GF与MRAM供应商Everspin合作开发了一种替代NVM技术——MRAM模块。目前，该MRAM模块可用于GF的12纳米FinFET和22纳米FDX平台。该公司还为相同的平台提供了RRAM NVM模块。

在寻求高速射频晶体管方面，GF也转向了另一个方向。更小的工艺节点不一定能创造好的模拟RF晶体管，所以GF转向RF SOI和SiGe晶体管，以推动晶体管单位增益频率达到太赫兹。这些高速晶体管可用于射频和雷达应用，在今年5月举行的GlobalFoundries技术峰会(GTS)上，该公司宣布了一个名为GF Connex的射频元平台，其中包含了该公司RF SOI、FDX、SiGe和FinFET平台，以满足智能移动、物联网设备以及通信基础设施设备的各种通信需求。

或许，GF在硅领域最具雄心、也是最不明显的方向之一，是开发构建单片硅光子芯片所需的模块和工具，该公司称其为SiPh平台。今年3月，公司正式发布了第二代GF Fotonix SiPh平台。该平台可以制造结合光子发射器和探测器、硅光波导、射频组件和高性能CMOS逻辑的集成器件。GF利用各向异性蚀刻技术在单片硅光子芯片上形成精确的V型槽，简化了光纤的直接无源对准和连接。

到目前为止，光子学的应用还被限制在可以承受高成本的少量应用，但GF硅光子学方面的创新可以在系统层面降低成本，这反过来会推动对光子学的需求和使用。对于数据中心来说，硅光子学可能是一项改变游戏规则的技术，该邻域已经采用光互连技术用来实现200Gbps以上服务器之间的高速连接。

笔者认为GF 7大平台的方法很符合当前的趋势——使用chiplet来构建封装设备，这样能够比使用尽可能小的节点制造的单片集成电路实现更多的功能。毫无疑问，采用GF平台制造的chiplet将能够与其他半导体厂商制造的其他chiplet封装在一起。

GF的第二代GF Fotonix平台和GF Connex组合代表了竞争不太激烈的半导体方向，相比之下，其它晶圆代工厂竞相追逐的是更小的光刻尺寸。

在最近举办的GTS上，GF宣布成立GF实验室，以进一步探索这些替代技术。该实验室的任务是进一步探索新材料和设备架构，使公司能够更好地满足半导体客户的多样化需求。虽然刚刚宣布，但GF Labs已经在研究和开发通过射频SOI(射频硅绝缘体)和SiGe来扩展硅的能力，并将把初步尝试扩展到电力应用的wide-bandgap领域，将目前的氮化镓产品升级到碳化硅。

GF Labs并不打算独自完成这些研究与尝试。早在GF Labs成立之前，GF就与初创企业、行业联盟、材料供应商、大学和政府机构合作，参与半导体开发项目。GF Labs将继续之前的合作，并在这类研究方面提供一个统一的接洽点。

GF Labs宣布了几个已经确定的合作实体，包括比利时的IMEC大学间微电子中心、德国Fraunhofer应用研究促进协会（在德国有75个研究所的研究机构）、DARPA（美国国防高级研究计划局）、新加坡微电子研究所以及广泛的大学合作。GF Labs生态系统成员将能够通过GF的多项目晶圆计划来测试他们的想法，并获得生态系统的人才库。根据英国皇家化学学会的说法，这是一种从硅中提取更多益处的有趣尝试，硅是地球上仅次于氧的第二大常见元素。

GF技术、工程和质量高级副总裁GreggBartlett在GTS宣布成立GF Labs，然后出人意料地宣布要增加系统工程师，这与半导体公司通常专注于材料科学、化学、光刻和电路设计的做法大不相同。GF Labs决定需要更多的系统设计师来帮助公司更好地将整个系统集成到芯片上，以便为GF的客户提供更好的服务。

GF Labs招聘系统工程师的举动再次表明，该公司采纳了Lindsey Buckingham和Fleetwood Mac的建议:

“You can go your own way.”

无论是在像GF这样的全球半导体代工领域，还是身处任何其他竞争激烈的市场，这对于我们来说都是一个很好的建议！

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