GlobalFoundries 7納米明年量產，AMD是首批客戶？

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晶圓代工廠GlobalFoundries宣布，推出7納米鰭式場效電晶體(FinFET)製程技術，預計2018年下半年量產。

GlobalFoundries表示， 7納米製程技術與14納米製程相比，除面積可望縮一半，處理性能也將提升超過40%， 將可滿足高階行動處理器、雲端伺服器基礎設備等應用需求。

為加快7納米量產進度，GlobalFoundries預計今年下半年首度購入兩組極紫外光(EUV)光刻工具。

GlobalFoundries指出，目前7納米已在紐約Fab8晶圓廠內做好為客戶設計提供服務的準備，預計2018年下半年量產。

GlobalFoundries表示，目前正積極開發5納米及後續技術，以確保客戶能夠使用最先進技術。

GlobalFoundries同時宣布，推出使用7納米製程的特殊應用晶元(ASIC)平台，將主打資料中心、機器學習、汽車與5G等應用市場，預計2019年量產。

劍走偏鋒的GlobalFoundries

GlobalFoundries收購IBM資產後，雙方技術、晶圓廠、人力進行大規模的整合。已經在半導體產業有超過30年資歷，之前服務IBM約8年時間的Gary Patton，在2015年7月加入GlobalFoundries擔任技術長一職後，一肩扛起7納米製程的研發重任，整合IBM資產後的GlobalFoundries發展的方向更明確，先進的FinFET製程與低成本的FD-SOI製程並進，本報特地專訪Patton講述未來GlobalFoundries發展的藍圖規劃。

問：GlobalFoundries收購IBM資產後，公司有什麼樣的轉變？

答：我過去在IBM服務8年，去年7月到GlobalFoundries擔任技術長一職，感受到我們CEO在過去兩年半的時間中，做了很多的改變，加上IBM在45/30/22/14納米製程技術上都有參與，且強項一直是在伺服器運算技術上，這正是半導體產業未來最需要的關鍵技術，雙方的整合會讓GlobalFoundries在技術發展上有更清楚的藍圖。

產業未來的發展從電腦、網路、手機、移動運算一路走來，看似市場已經趨近飽和，未來十年5G會是重要的成長推手，以及移動運算、物聯網(IoT)、汽車電子等，尤其是網路和5G時代和資料中心要支援高效能運算，都是半導體產業發展的重點。

問：GlobalFoundries的技術藍圖朝FinFET和FD-SOI並進，可否分別談一下兩者技術的規劃，先從主流的FinFET技術談起。

答：我們的FinFET製程分為兩個世代，包括14納米和7納米。過去我們的14納米是和三星電子(Samsung Electronics)合作，在7納米上我們選擇不同技術，加上收購IBM資產後，我們的研發資源變廣，因此決定自己開發7納米製程技術。

之所以從14納米直接跳到7納米，而跳過10納米製程，是因為我們認為10納米對於客戶的功耗、成本等幫助都有限，比較像是一個半製程世代，像是過去的20納米一樣，客戶也認為10納米表現不佳。

再者，我們聽到許多客戶的反饋，對於7納米技術需求孔急，因此決定傾所有技術資源到7納米製程上，由我親自領軍督導，細數我們7納米的研發人員，除了GlobalFoundries既有的200人以外，還加入來自IBM約500名人員，總共有超過700名研發人員都是集中在7納米製程研發，研發基地主要在Albany，同時在Malta也有部分研發人員，會互相整合。

根據我們內部規劃，7納米預計在2018年在年上半量產，已經公布的客戶有IBM和超微(AMD)，7納米製程的優勢包括多核、高速的I/O、相對14納米的耗電降低60%、效能提升30%、成本降低30%，同時每片晶圓產出多出一倍，同時也提供2.5D/3D封裝技術服務。

問：為什麼在7納米世代上沒計劃導入極紫外光(EUV)技術？

答：由於EUV技術要到2019年才能成熟，但我們7納米的主要客戶要求2018年初量產，因此在該製程世代上，我們仍是沿用光學技術，而不會使用EUV技術。

嚴格來說，我們不確定EUV技術究竟何時能成熟，且客戶也無法等待，至於三星選擇在7納米製程上提前導入EUV技術，代表我們和三星是採用不同的7納米製程技術，但對方的狀況我們並不了解。

問：除了FinFET技術之外，又推廣FD-SOI技術的用意？

答：FinFET是非常好的技術，但也相對複雜且成本高，因為需要多2~4次的多重曝光程序，然而有些客戶不需要這麼好的產品性能，尤其是中小型的IC設計公司無法負擔FinFET的昂貴光罩開發成本，不但對於成本要求敏感，又希望在效能上達到平衡，多半是物聯網裝置的客戶，這時後，FD-SOI技術就是最合適的選擇。

GlobalFoundries在FD-SOI技術上已經有兩個世代的規劃，首波是22FDX，其製程設計套件(PDK)0.5版在2016年第2季已完成，已經和50個客戶有接觸，預計第4季進入風險試產，2017年第1季量產。

22FDX與28納米的效能相當，但功耗比28納米HKMG製程減少70%，且單一晶元可整合RF功能，上述這些特色都非常適合物聯網裝置。

再者，我們的22FDX與會加入embedded MRAM技術，其中的MRAM來自於存儲器供應商EVERSPIN；會在22納米製程世代上加入embedded MRAM技術，是因為embedded Flash從28納米製程後會有瓶頸，因此用embedded MRAM取代，未來在FinFET也會用MRAM技術，包括12FD-SOI也會用。

另外，我們也開始第二代的FD-SOI技術的開發，稱為12FDX，預計12FDX技術會在2019年量產。從這樣的規劃可看出我們在技術選擇上不走20/10納米，而是走22/12納米FD-SOI，是為了減少2~4次的曝光，可降低光罩成本。

12FDX相較於16/14納米FinFET製程可減少50%功耗，相較於22FDX製程是完成的世代製程微縮，相較於10納米FinFET製程減少40%光罩。

目前大陸IC設計客戶對於FD-SOI技術的接受度十分高，未來GlobalFoundries會是全球FD-SOI技術當中，主要的核心供應商。

問：你們14納米製程已經開始出貨，進度如何？

答：我們的14納米製程已經在2015年第4季進入量產，擁有超過30個客戶，出貨上百個units，包括數十種產品，同時提供晶圓代工和ASIC給客戶使用。

問：GlobalFoundries也類似台積電的OIP有自己的生態系統，可否談一下此部分？

答：我們的生態系統圈稱為FDXcelerator，目的是縮短產品問世的時間，夥伴們有益華電腦(Cadence)、Synaptics、芯原(Verisilicon)、Invecas、Encore Semi等。

問：怎麼看與台積電、三星、英特爾等同業的競爭態勢？

答：走到7納米製程技術世代，全球只剩下四家半導體廠可以供應，就是GlobalFoundries、台積電、三星、英特爾，但其中只有兩家是純晶圓代工廠，我們非常看重7納米製程技術，認為這會是半導體產業非常重要且長壽的製程世代，而且我們已經有客戶在手，彼此配合研發，對於7納米製程技術世代的競爭，我們深具信心。

台積電、三星、Intel和GlobalFoundries的7nm工藝異同

半導體研究機構ICinsights於2017年3月3日公告中指出，2017年有11家半導體廠資本支出預算超過10億美元，佔全球半導體產業總合的78%。而2013年，全球僅有8家半導體廠資本支出預算超過10億美元水平。前十大廠有兩家今年資本支出成長在兩成以上，分別是英特爾的25% 與格邏方德的33%。

（1）英特爾的做法

為了進一步發展生產製程，英特爾將在2017年建立一座7納米nm製程的試驗工廠。該實驗工廠將會測試7nm晶元生產製程。不過，雖然英特爾並未提及會在何時開始這種製程晶元的量產，外界認為至少在未來2到3年內不會實現。

英特爾表示，7nm製程將為晶元帶來更大的設計變化，使其體積變得更小，也更為節能。英特爾計劃使用奇特的III-V材料（比如氮化鎵）來進行晶元生產，在提高性能速度的同時也達到更長續航能力。同時，他們將會在生產中引入極紫外線（EUV）工具，來協助進行更加精細的功能蝕刻過程。

按照英特爾原來的「工藝、架構、優化」 等三步驟來進行規劃，7納米製程的處理器原本最快應在2020年出樣，2021年發貨。事實上，根據業內推測，這些7nm的處理器不太可能在6到7年為問世。

（2）GlobalFoundries的做法

GlobalFoundries去年因產能閑置，資本支出大減62%。格邏方德已決定跳過10nm，直接挑戰7納米製程，預料今年絕多數資本支出將用於採購新設備與技術研發。

此外，GlobalFoundries在發展7納米的同時把注意力放到了實際應用上：22nm FD-SOI（全耗盡型絕緣層覆硅）製程生產線，產品將能廣泛運用於行動終端、物聯網、汽車電子等領域。

在物聯網浪潮下，FD-SOI技術也日漸受到重視。與FinFET相比，FD-SOI基板雖然較貴，但在掩模數量與製造工序比FinFET要少一些，降低部分光罩成本也縮減了製造時間，在技術上比FinFET更適合類比/混合訊號以及RF，FD-SOI還具備了低功耗的優勢，因此，不少人認為FD-SOI將是物聯網較佳選擇，或能與FinFET互補。

該企業2015 年推出的22nm FD-SOI平台後，在去年9月進一步發表新的12nm FD-SOI技術。新一代12納米FD-SOI產品，估計2018年底將於德國Dresden Fab 1投產，2019年將22納米FD-SOI生產重心轉移至成都新廠。

（3）台積電和三星的做法：

在2017年ISSCC（International Solid-State Circuits Conference，國際固態電路研討會）上，台積電5篇論文獲選（美國台積電1篇），2篇論文為類比電路領域，記憶體電路設計則有3篇。

業界認為，台積電將領先業界在大會上發表7納米FinFET技術。揭示迄今最小位元數SRAM在7nm FinFET的應用，驗證0.027μm2 256Mbit SRAM測試晶元在7納米製程下，能大幅提升手機、平板電腦中央處理晶元運算速度，同時滿足低功率需求。

台積電、三星通常以SRAM、DRAM來練兵，先從記憶體下手，當良品率提升到一定程度再導入邏輯產品。台積電先前預估10納米年底量產、7nm最快2018年第一季生產。

三星在10月初搶先台積電宣布10納米量產，市場近期傳出台積電7納米最快在明年2017就可試產，4月接單。三星在7nm就引進極紫外光微影設備，並預計2017年年底7nm量產。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1309期內容，歡迎關注。

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