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格芯®(GLOBALFOUNDRIES®)未来展望

1月 09, 2020

在格芯®(GLOBALFOUNDRIES®)发展的前10年,我们取得了显著的进步,也经历了成长的阵痛,这在本系列第1部分已做阐述,第2部分则详细说明了公司战略的重大变革。本文是最后的第3部分,我们将看到格芯如何以全新的定位和目标实现转型,顺应半导体行业的根本性变革趋势,继续稳步发展。

撰文:Gary Dagastine

许多行业外人士将半导体称为“计算机芯片”。目前半导体不仅用于传统计算,而且逐渐大量涉足人类工作的几乎每个领域,以实现数据的充分利用,因此“计算机芯片”这一术语应该淘汰了。例如可穿戴健身设备、日益自动化的汽车和声控个人助理等。

这些快速增长的多样化应用都需要针对具体需求定制半导体解决方案。因此,如何通过经济高效的解决方案,将支持5G的射频(RF)和毫米波功能、低功耗、嵌入式非易失性存储器、高电压功能、硅光子技术、先进封装等特性融于一体至关重要。

格芯®(GLOBALFOUNDRIES®)刚刚走入第二个十年,现在拥有15个基于节点的技术平台,14个独特或一流的应用功能集,以及知识产权(IP)生态系统中的数千个产权,就上述专业应用需求而言,这些都是得天独厚的优势。格芯利用这些技术资产能够提供成千上万种不同的应用解决方案。格芯称之为“创新方程式”,全球没有任何一家特殊工艺半导体代工厂拥有类似的专业优势。

去年,格芯首席执行官Tom Caulfield提出了放弃极致微缩工艺的转型战略,进一步增强特色差异化产品的开发。此次转型将公司资源从7nm工艺开发转移到更全面、更集中的领域,将更多的创新技术融入现有的产品组合平台,使公司实现重新定位。通过这种方式,格芯能够帮助客户实现增值,而且无需引入成本高昂的制造工艺。

新市场带来新机遇

作为公司实施转型战略的一部分,格芯最近针对特定的高增长半导体市场创建了三个战略业务部门,即汽车、工业和多市场战略业务部(AIM)、移动和无线基础架构部(MWI)以及计算和有线基础架构部(CWI)。

物联网(IoT)、云计算、人工智能/机器学习(AI/ML)、5G通信以及汽车系统中使用更多电子产品等大趋势都在推动这些市场发展。

“由于目前这些终端市场飞速增长,我们相信随着越来越多的设备开始联网,这些领域将为我们提供更多的机会”,帮助领导创建这三个全新战略业务部门的首席技术官兼CWI副总裁Ted Letavic表示。“我们的专业应用解决方案推动了这些发展进程,并从中受益。”

格芯估计,在这些市场中,约有470亿美元的晶圆厂业务可以通过12nm或以上技术节点领域的解决方案来解决。其中,AIM业务占240亿美元,MWI和CWI分别占150亿美元和80亿美元。

AIM市场包含物联网等应用,物联网由我们环境中感知、存储和传输数据的联网设备组成。汽车应用也属于这一细分市场,支持先进的驾驶员辅助系统、汽车雷达、动力系统控制等各种功能。

在MWI市场,5G无线通信的出现是一个关键驱动因素。其低延迟率和极快的数据传输速度有望实现通用移动连接,大幅降低网络运营商的数据传输成本,并催生大量新应用。据估计,到2035年,通过5G网络连接的智能设备将会高达一万亿台。

与此同时,CWI领域的发展也受到云计算和人工智能/机器学习爆炸式增长的推动。

创新的格芯解决方案使新应用成为可能

这些市场创新和成功将不再受体积日益缩小的半导体驱动,而是由经过精心设计和优化以提供特定功能和性能的成熟半导体平台驱动。

格芯电子负责全球研发运营、射频和硅光子技术解决方案的副总裁John Pellerin表示:“在很大程度上,7纳米及以下的技术与这些市场机会无关,这是格芯放弃微缩工艺的一个关键原因。市场需要针对特定应用量身打造的其他类型的创新技术。我们称这些为特定领域解决方案,而这正是格芯的专长所在。”

物联网应用就是一个很好的例子。典型的物联网设备可能包括具有模拟接口的传感器、用于编码和数据存储的存储器、用于数据通信的射频功能、用于控制设备和处理数据的处理器,另外可能还有电池和电池接口。大多数情况下,这些设备可能处于休眠模式,所以超低漏电是一个关键要求。然而,一旦被信号唤醒,设备必须立即切换到高性能模式,以便在存储器中获取或存储数据,处理数据,然后传输或接收数据。

昂贵的7nm CMOS体硅逻辑芯片在处理这些不同功能方面没有任何实际优势。然而,基于格芯22FDX®FD-SOI平台的片上系统(SoC)却是理想的解决方案,它具有嵌入式MRAM内存和业界领先的射频功能。22FDX平台的本地性能和能效可以通过格芯的自适应体偏置功能进一步提高,使系统能够根据需要进行动态调整,以获得更高的性能或更高的功效。因此,格芯能够帮助客户更轻松、更经济高效地开发新型物联网设备,这些设备可以在静态时降低能耗,需要时提供高性能功能,并集成其他必要特性。

云计算和数据中心的人工智能推理/训练应用同样与节点微缩技术不太相关,而格芯的特定领域解决方案则是关键的推动因素。例如,数据中心的功耗是一个大问题:2007年其功耗约占美国总电力输出的3%,2020年预计将会增加到7%。显然,每一瓦电力都很重要。

在数据中心的人工智能功率预算中,最大一块来自内存和处理器之间的数据传输,这也是日益普遍使用内存计算等技术来降低功率和延迟的原因所在。格芯正在开发众多创新解决方案来解决这一问题。一种方案是通过增加极低电压(0.5V)和双功函数SRAM存储器等功能,来降低功耗需求,并提升格芯的12LP FinFET平台性能。另一种方案是在类似SRAM的工作模式下使用MRAM,旨在以低功耗下三倍密度存储器取代6T SRAM。

硅光子是在数据中心内实现低延迟数据传输和高能效的另一个关键因素。格芯的硅光子(SiPh)光通信芯片提供了显著增加带宽的方法,更容易传输大量数据,使性能达到新的水平。

格芯针对数据中心开发的另一项创新是2.5D封装技术。例如,格芯正与燧原科技(Enflame Technology)合作开发一款加速器,用于在数据中心内建立快速、节能的基于云的人工智能训练平台。该人工智能加速器基于格芯的12LP FinFET平台,并采用先进的2.5D技术与其他芯片共同封装,使得燧原能够获得原本使用更高微缩技术才能提供的相同性能,但成本更低,产品功能更灵活。

员工与合作伙伴是关键

没有员工的努力与合作伙伴的帮助,格芯就无法成为更贴近客户需求、更贴近半导体行业未来的企业。如果没有格芯数千名员工日复一日的辛勤付出和努力,为公司持续积累的专业技术知识经验,就没有如今格芯取得的成就。

此外,格芯还与外部专家网络建立了深入的合作伙伴关系,这些专家提供专业知识和工具,确保格芯客户能够快速、轻松、经济高效地将最初的创意变成经过封装和测试的成品。

格芯的技术支持副总裁Jim Blatchford表示:“简单来说,我们是真正意义上的协作式晶圆厂,通过客户相关支持部门,我们可以与任何客户合作,以最佳方式帮助他们实现目标。我之前在其他公司工作时,基本上是所有晶圆厂的客户,所以我很清楚客户的想法和感受。我们了解客户的需求,我们认为我们的职责是帮助所有人,包括确切知道自身需求的大型公司,以及需要获得我们指导的小型客户,帮助他们调整技术以满足特定的终端市场需求。”

因此,格芯现在拥有100多个生态系统合作伙伴,其业务范围涉及IP、EDA、设计/技术协同优化、组装和测试等服务。格芯的所有技术平台上拥有超过3,400项IP产权,涉及40多个IP合作伙伴,另外还有1,000个IP产权正在积极开发中。过去五年来,通过生态系统合作伙伴帮助客户实现了超过1,500项设计。

格芯还建立了两个合作伙伴生态系统,帮助客户充分利用关键的格芯解决方案。一个是FDXcelerator™生态系统,旨在促进实现22FDX SoC设计,并缩短上市时间。另一个是RFwave™合作伙伴计划,涵盖与格芯合作的各个公司,旨在帮助采用格芯公司各种射频技术平台的客户,通过简化设计,在更短的时间内开发差异化解决方案并推向市场。

展望

格芯的前10年发展历程略有波折,未来10年将会怎样,让我们拭目以待。面对现状展望未来,我们相信,格芯拥有可行的商业战略,洞悉目前的市场机遇,并提供创新的技术解决方案,确保客户成功,此外还有人力资本及外部合作伙伴,能够向客户提供所有的专业知识和工具。

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