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根据阿联酋阿布达比先进技术投资公司(ATIC),即现在的穆巴达拉发展公司(Mubadala)9月发布的2016年上半年度财务报表显示,其半导体技术事业分部(主要是Global Foundries)净亏损达13.5亿美元,与2015年上半年相比,净亏损大幅增长67%,超过2015年,整年亏损13亿美元。
2015作为晶圆代工厂排名第二的晶圆厂,Global Foundries目前的表现无疑是让人失望的。在全球晶圆厂都在受惠于IC产业,尤其是中国IC产业迅猛发展的大环境下,Global Foundries却不进反退,我们来回顾一下GlobalFoundries近些年的发展历程,看究竟它从AMD分拆以后,经历了什么。
Global Foundries 的历史沿革
GlobalFoundries原来是AMD的晶圆部门,在2008年的时候,AMD当时的CEO鲁毅智(Ruiz)卖掉了AMD自己的晶圆厂,买主是阿布扎比的ATIC。
这笔涉及84亿美元的交易在成交以后,AMD就将现有的所有芯片制造设备都将移交给新公司,包括在德国德累斯顿的两座晶圆厂和相关资产、知识产权,以及正在规划中的纽约州晶圆厂,总价值约24亿美元。同时,AMD现有的大约12亿美元债务也将由新公司承担。新公司成立初期主要承担AMD处理器和图形芯片的制造,之后会承接其他半导体企业的外包订单。
2009年3月2日,一个全新的晶圆厂GlobalFoundries就成立了。
2010年1月13日,GLOBALFOUNDRIES收购了新加坡特许半导体。
2013年资本支出约45亿美元,28纳米制程导入客户数已达12家,包括超微及中国大陆手机芯片厂Rockchip等。
2013年各制程的营收比重为,45纳米以下占56%、55/65纳米制程占19%、90纳米及0.18微米占19%、0.18微米以下占6%。
至2014上半年,8吋晶圆厂订单满载,公司看好产业景气,决议将旗下新加坡六厂从8吋厂升级为12吋晶圆厂,其设备来源为2013年买下DRAM厂茂德中科12吋机台设备,预计有6成产能为12吋、40纳米产能为8吋,厂房12吋与8吋厂年产能分别为100万片及30万片,公司规划制程技术由0.11~0.13微米进阶到40纳米。其中,12吋将应用在LCD驱动IC、电源管理IC等市场,近两年资本支出将达10亿美元。
2014年10月20日,公司收购IBM全球商业化半导体技术业务,包括其知识产权、技术人员及微电子业务的所有技术。另外公司也将在未来10年内提供22纳米、14纳米及10纳米之技术予IBM,主要为IBM供应Power处理器。
从创建至今,Global Foundries的净利润率始终是负数,2016年上半年更是跌入谷底,达到-54%。正如芯谋研究顾文军分析,巨大的研发投入、昂贵的设备和折旧费用对Global Foundries来说,像滚雪球一般,越来越大。在超过200亿美元后,不投入的话,前功尽弃打水漂;再投入仍是盈利无期。Global Foundries实则已陷入一个恶性循环。
作为全球第二大晶圆代工厂,截止至2016年6月30日,Global Foundries资产总额203亿美元,负债总额43亿美元,权益负债比约27%,不由让人对Global Foundries的前景产生担忧。
而在过去的几年,Global Foundries虽然位居全球晶圆厂全几名,但是在制程方面,他其实是逐渐落后于竞争对手,尤其是和第一名台积电的差距越拉越大,于是在市场上的竞争力优势越发降低,于是Global Foundries只能求变。
接管 IBM 制造业务,引进新技术
制程落后的Global Foundries除了强攻新技术,也在过去几年一直寻求交易,在2014年,他们接管了IBM的半导体制造业务,也从IBM取得半导体设计能力。在这个交易中,IBM给Global foundries公司支付15亿美元,作为接盘费用。
对于Global Foundries来说,拿下IBM应该不在于其工厂,更重要的是IBM所积累的专利和技术,这有利于他们推进其制程进度,紧跟竞争者。
以目前立体鳍式电晶体(3D-FinFET)研发为例,即可窥探出IBM的研发能量。为解决过去平面式电晶体漏电流的问题,发展出立体式的电晶体结构,FinFET(英特尔(Intel)称之为Tri-Gate)。目前全球在FinFET设计与制程技术开发的竞争中,英特尔仍为领导厂商,而至今可与英特尔一较高下的,非IBM莫属。
IBM与英特尔制程技术上最大的差异,则是使用绝缘层覆硅(Silicon On Insulator, SOI)基板,虽然SOI基板较英特尔所使用的块状基板(Bulk Substrate)成本高出许多,但SOI可大幅减少制程步骤,以及降低操作电压达到低功耗芯片的制作效益。由此可知,IBM所具有的研发能力不可小觑,关于英特尔与IBM的FinFET晶体管剖面图比较如图1所示,目前两种不同的基板各有优缺点,谁可胜出,仍需要时间以及市场上的验证。
藉由这一桩合并案,Global Foundries将具有优先使用IBM与位于美国纽约州Albany纳米科学暨工程学院(Colleges of Nanoscale Science and Engineering, CNSE)共同研发专案结果的权利,其中令人瞩目的是IBM将与CNSE共同开发的下世代微影技术。
那么在两家不同企业技术整合方面,目前Global Foundries14纳米FinFET制程技术的主要来源为三星电子(SamsungElectronics)。
其实Globalfoundries当时原计划自己推出14nm-XM工艺,但宣布之后就没了下文,最终自己的工艺腹死胎中,他们直接选择了三星的14nm FinFET工艺,借助后者丰富的经验和成熟的工艺突围。未来IBM与Global Foundries在FinFET技术的发展方向应该会朝向于支援与整合三星电子的技术。
但按照2014年年底分析师的报道,Global Foundries的晶圆厂当时14nm尚未准备完毕,且进度恐怕会拖延一至两季。部分设备业者猜测,财务或良率等问题,可能是拖延进度的主因。
而在2015年中,GlobalFoundries已经开始使用14nm FinFET(14LPE)工艺为它们的客户量产芯片。Global Foundries表示它们的14nm半导体产能可以比肩三星(Samsung Foundry)。GlobalFoundries的发言人Jason Gorss表示,他们的14nm爬坡量产已经步入正轨,产能可以等同于盟友三星。Global Foundries没有透露他们每个月能使用14nm LPE工艺生产出多少块晶圆,但该公司表示,用于14nmFinFET工艺商业生产的部分重要设备已经安装好。
也就是在2015年,Global Foundries超越联电,爬上了晶圆代工厂二哥的位置。
但对于Global Foundries来说,这是不够的,因为据媒体披露,自从2008年从AMD分拆出来之后,它一直表现不佳,2014年亏损更是高达15亿美元,2013年也亏了9亿美金。因此GlobalFoundries要多种方式求变。
强攻FD-SOI,实现弯道超车?
与三星联手搞定14nm FinFET并获得AMDCPU/GPU全面采纳,又与AMD签订五年晶圆供应合约共同开发7nm工艺,习惯性炸雷的GlobalFoundries最近有点春风得意的感觉,接下来又要进军12nm工艺了,但走的是道路有些特殊:FD-SOI(全耗尽型绝缘层上硅)。
大家都知道,目前半导体工艺已经全面从2D晶体管转向3D晶体管,Intel、台积电、三星以及GF自己都在做。
另一方面,AMD虽然工艺上一直落后,但有个独门秘籍那就是SOI(绝缘层上硅),当年与蓝色巨人IBM合作搞的,可以将工艺提高半代水平,其优秀表现也是有目共睹的。
不过,AMD进入32nm之后就抛弃了SOI,不过独立后的GF一直保留着SOI技术,还收购了IBM的相关技术,后者最新的Power8就是采用22nmSOI工艺制造的。
GF此前已经全球第一家实现22nm FD-SOI(22FDX),号称性能功耗指标堪比22nm FinFET,但是制造成本与28nmm相当,适用于物联网、移动芯片、RF射频、网络芯片等,已经拿下50多家客户,2017年第一季度量产。
现在,GF又宣布了全新的12nmFD-SOI(12FDX)工艺,计划2019年投入量产。
GF表示,12FDX工艺的性能等同于10nmFinFET,但是功耗和成本低于16nm FinFET,相比现有FinFET工艺性能提升15%,功耗降低50%,掩膜成本比10nmFinFET减少40%!
它还将提供业界最宽泛的动态电压,通过软件控制晶体管大大提升设计弹性,在高负载时可提供最高性能,静态时则具备更高能效。
该工艺也是针对低功耗平台的,包括移动计算、5G互连、人工智能、自动驾驶等等,中国中科院上海微电子研究所、NXP半导体、VeriSilicon半导体、CEATech、Soitec等都参与了合作。
GF正在德国德累斯顿Fab 1晶圆厂推进12FDX工艺的研发,预计2019年上半年完成首批流片,并在当年投入量产。
简单来说,GF现在是两条腿走路:低功耗方面主打22/12DFX,尤其后者可以替代10nm FinFET;高性能方面直接进军7nmFinFET。
抢中国集成电路红利,与重庆合建晶圆厂
在今年五月份,重庆市与全球著名集成电路企业Global Foundries签署谅解备忘录,双方将在重庆共同组建合资公司,生产300毫米芯片。
按照计划,这个项目包括运用在Global Foundries新加坡工厂的成熟工艺技术,将一个现有半导体工厂升级为12英寸晶圆制造厂。这个合资企业将直接采购现代化先进设备节省产品上市时间,预计将于2017年投产。
据悉,重庆市政府将提供土地与现有厂房,Global Foundries将负责技术的升级,现有厂房将从8吋晶圆厂,提升为12寸晶圆厂,根据消息,该现有厂房为台湾DRAM厂茂德出售的旧厂房,Global Foundries指称,届时将采新加坡厂的生产验证技术。官方预计,该厂房于2017年即可重新启用、量产,但GlobalFoundries未透露新厂采用的技术节点、初期产能等资讯。
虽然GF在中国市场的进步比较缓慢,但最起码也走出了重要的一步。
展望
作为AMD的紧密合作伙伴,当年AMD能够和Intel一争高下,其晶圆厂的贡献功不可没。最近GlobalFoundries似乎一直不尽顺畅,但肉眼所看,这几年无论在资金和技术方面,Global Foundries都在一直加大投入,FD-SOI方面也是进展喜人,早前更是宣布跳过10nm,直接进攻7nm。在中国的投资和合作更是坚定了Global Foundries重新崛起的决心是举目可见的。至于未来表现如何,就留待时间验证了。
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