GlobalFoundries為何放棄7奈米製程?穩健財務 多數客戶不需要

Eray Hsieh
10 min readNov 15, 2018

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問:GF為何決定啟動戰略調整,以及釋出暫停推進7奈米等先進製程的重磅消息?

答:首先回顧一下GF發展歷程:先後進行了一些購併及投資的項目,包括2010年購併新加坡特許半導體(Chartered)、收購超微(AMD)紐約晶圓廠,以及2015年完成與IBM洽談的晶片製造相關業務收購計畫。

短短幾年,位於德國、美國與新加坡的5大生產基地,整體產能在原來基礎上已成長8倍,營收是原來的6倍,在這整個發展過程當中,幾大技術的里程碑、製程節點,包括2016年成熟推出的22FDX的這個技術以及14nm的FinFET。

而為何GF要進行戰略調整,主要是執行長於3月上任後,第一件事情就是拜訪所有客戶,在與客戶的訪談中了解到客戶希望GF所做的投入、投資,與其投資或者是發展的方向、技術發展方向能一致,另從客戶角度來看,客戶非常關注GF財務的穩健性,因為很多客戶設計的產品,設計週期可能維持長達10年,客戶希望這樣的長期發展中GF財務能保持穩健,一直可以提供支援。

支撐GF能進行戰略調整的重要因素有幾項,首先可以看到隨著節點製程的特徵指標越來越小,越來越靠近節點製程的外部界限,相對成本越來越高。也就是說因為成本的原因,願意走向比12奈米製程更小的特徵指標、更小節點的客戶會越來越來少。

另隨著摩爾定律慢慢萎縮,也就是說越往後走,遵循摩爾定律所帶來的回報越來越少。不論是從開發成本來講,還是根據摩爾定律的投資回報角度來講,12奈米以下節點製程的吸引力對於客戶來說是越來越小。

在市場整體的分配上,2018年12奈米以上的節點製程市場規模金額約達560億美元,到了2022年,12奈米以上市場總體規模絕對還會上升,達到650億美元。

由客戶技術發展需求及財務投資回報來看,現在非常清楚,再往下更小的節點製程可能並不具有這麼大的吸引力,絕大多數的客戶不會對包括7奈米技術等更先進的製程節點有重大的應用或者是投入,這就是GF為何做出永久中斷7奈米開發這個決定的背景。

問:在放棄7奈米及以下先進製程研發之後,能否說明GF製程技術規劃及優勢?

答:GF擱置了先進製程節點開發計畫,在此同時也看到了整個市場趨勢走向更大的差異化,藉由此次重大戰略調整,GF一定能夠把握客戶的差異化優勢,然後把原來用於更小節點製程的這些費用,轉向針對客戶差異化需求進行研發。

GF依舊會關注14奈米、12奈米FinFET製程技術,著重效能增強等新功能,以及先進的封裝、機械系統等,另還會關注射頻的CMOS與毫米波等相關技術以及矽鍺PDA以及矽鍺HP。

FDX(FD-SOI)係GF最新差異化解決方案的重要支撐點,藉由戰略調整之後,GF會進一步穩固FDX平台方面的技術,提供客戶更多低功耗解決方案。FDX有幾個專注重點:數位與類比的射頻,還有毫米波技術,以及內嵌的儲存與超低功耗、超低漏電及基體逆向偏壓技術,另一就是類比混合信號AMS這方面,包括高壓的CMOS、嵌入式快閃記憶體,還有BCD與BCD Light。

其實,GF在2年前已發現,能夠追隨更小節點的公司數量會越來越少,所以GF對發展創新藍圖進行了重新調整和定義,首先是如何通過半導體實現差異化,這裡面包括像FD-SOI、ASIC,還有射頻的SOI,通過新功能、技術的引入,力助客戶推出創新的系統架構,比如說像2.5D和3D的先進封裝以及內嵌儲存。

在製程與平台藍圖方面,GF接下來會聚焦4大平台:同時擁有FinFET和FDX製程技術的GF,資源將全面回歸到到12奈米/14奈米FinFET及12FDX/22FDX,同時瞄準RF與Analog Mixed Signal(混合訊號設計)。

其中,在低功耗晶片平台22FDX方面,GF現已獲得超過20億美元的訂單,拿下55項的客戶設計,涵蓋IoT、工業、汽車電子、網路及行動通訊等多個領域,客戶群包括Synaptics、意法、VeriSilicon、Arbe Robotics、Dream Chip與Riot Micro,大陸雲天勵飛以及瑞芯微電子採用22FDX技術自主研發設計的AI晶片近期也已成功投片。

目前採用FDX製程技術的產品,以德國Dresden晶圓廠生產為主,大陸成都晶圓廠二期將建設22FDX 12吋晶圓生產線,投產時間也重新調整,目前未定;22FDX處於早期量產階段,最快2019年就會推出12FDX,工作電壓將低於0.4V,相較於16和14奈米FinFET製程,12FDX功耗將再減少50%,搶攻邊緣節點人工智慧、AR/VR、5G網路與先進駕駛輔助系統(ADAS)等新一代應用商機。

問:關於FDX(FD-SOI)技術,目前主要業者並不多,但在大陸則不同,大陸政府及產業都給了很多支持和關注,並且認為FDX(FD-SOI)技術是能夠幫助大陸趕上世界先進水準的的技術,FDX(FD-SOI)技術在亞洲比在歐美更受歡迎嗎?

答:FDX(FD-SOI)平台無論是從效能還是低能耗的應用上,都獲得客戶認同,目前GF全球FDX(FD-SOI)平台客戶總共有50多家,在大陸有6家業者,有8款在設計當中的產品採用FDX(FD-SOI)平台平台。 此外,FDX(FD-SOI)的發展也和邊緣運算方面發展有關,GF在3年前就已經意識到FDX(FD-SOI)應用於邊緣運算具有非常廣闊的前景,一開始GF就決定打造一個全新的平台,是針對邊緣應用的全新優化平台。

其實在過去幾年,GF對FDX(FD-SOI)以及FinFET技術都有大量研究。近年物聯網崛起,連接物聯網的裝置、邊緣運算的裝置,FDX(FD-SOI)技術肯定比FinFET更為合適。而其他業者發現錯失了機會,趕緊推出22奈米產品來競爭,其方法是把現有技術進行調整,來追上GF全新針對邊緣運算優化的產品。

在低功耗方面,其他業者可能與GF相仿,但全面性效能恐怕難與GF相比,GF優勢在於效能、功耗以及成本之間的優化,應用到基體正向偏壓的技術,同時在FDX(FD-SOI)平台上面能夠結合RF的應用。

問:GF認為摩爾定律已放緩,且與聯電同樣都放棄7奈米FinFET以下製程,FDX(FD-SOI)在後續演進中是否也會遇到如同FinFET所面臨的困難,或者是不具備可持續性的演進?

答:GF針對FDX(FD-SOI)更小的節點做了相當深入的研究,現在推出的是22到12奈米,未來都有客戶會投片,欲進入更小節點世代,可能在遙遠的未來。

英特爾(Intel)說的10奈米其實等同於GF所說的7奈米。隨著此節點越做越小,即使像英特爾這種大公司都會碰到一樣的挑戰。目前來講,我們重點是22奈米,將來會推出12奈米,目前針對22奈米我們還有很多創新技術加入,比如說像嵌入式記憶體、射頻等。

問:關於成都晶圓廠未來規畫,能否說明投片或量產的具體時間表?

答:成都晶圓廠原計劃分為二期建設,一期為成熟製程(180nm/130nm),預計2018年底投產,二期建設則是22FDX(FD-SOI)製程,預計2019年第4季投產,產品廣泛應用於行動終端、物聯網、智慧設備、汽車電子等領域。而基於市場條件變化、GlobalFoundries近日宣布重新專注於差異化解決方案,以及與潛在客戶的商議,取消對成熟製程(180nm/130nm)的原項目一期投資。同時,並修訂項目時間表以全面調整產能,滿足大陸對差異化產品的需求,包括22奈米22FDX(FD-SOI)製程技術。

雙方最關注的,首先是整個生態圈的發展。2017年此技術開始在市場上展現,大家看到很多客戶都正式投片,開始有大量生產,這一批產品都會出現在成都廠,隨著量的成長,雙方會進一步重新規劃具體的時間點和產能。

目前來說,雙方合作最積極的就是打造生態系統,尤其是針對大陸市場需要的生態系統,加速打造IP。大陸客戶跟海外客戶需求不一樣,海外客戶很多靠自己的研發能力把晶片設計完成,而大陸客戶絕大部分是需要協力廠商提供這些IP,給予完整的平台,所以GF也加速此方面研發投入,以迎合客戶的需求。

GF目前沒有具體的時間點,但希望在不久的將來,成都廠在重新規劃的過程裡能與成都股東方在時間點和產能達成新的共識。

問:目前德國德勒斯登產能並未100%滿載,是否能將產能轉移至成都廠?

答:現在FDX(FD-SOI)技術處於爬坡期,德勒斯登廠是德勒斯登開發所在地,但隨著市場需求上升,依舊需要有額外的生產能力。當時成都的規畫本來就是有兩期,第二期當時已經預見到在一定的時間節點需要德勒斯登的產能來補充,只是說目前還沒有開始籌建成都的FDX(FD-SOI)的產能。

隨著市場供應需求情況變化,當有需求就會開始規劃以及建設成都的產能,目前成都廠FDX(FD-SOI)的產能驅動原因完全沒有發生改變。

問:FDX(FD-SOI)技術需求真正爆發的時間點?

答:據GF的內部預測,FDX(FD-SOI)在2018~2019年呈現上升走勢,2019~2020上升幅度會更加明顯。從技術發展來講,現在應該是非常健康,量上面會有進一步成長,客戶基礎也會越來越大,且隨著整個新生態系統進一步打造,至2020年上升走勢不變。

問:GF宣布成立Avera Semiconductor(Avera Semi)全資子公司,致力於為各種應用提供客製晶片解決方案,同級競爭對手是聯電旗下智原與台積電子公司創意嗎?

答:Avera Semi定位確定與智原、創意是相同的,專注在ASIC等客製晶片設計研發解決方案。Avera Semi藉由與GF的緊密合作,將提供14/12奈米及更成熟技術的ASIC產品,同時為客戶打造7奈米及以下全新功能和更精密的替代晶圓代工製程。也就是與GF的合作目前最多到12奈米製程,而客戶若是選擇7奈米及以下製程,就是找GF以外業者,目前的選項可能就是三星電子(Samsung Electronics)與台積電。

對比競爭對手,Avera Semi的優勢就是已累積了25年研發技術經驗實力,在此過程中打造了非常好的客戶關係,還有在非常複雜的ASIC晶片擁有優異業績,雖然目前是作為一個新公司開始獨立營運,但Avera Semi整個能力是相當成熟。

Avera Semi目前員工人數超過850名,年營收逾5億美元,執行中的14奈米製程設計營收預期超過30億美元,可協助客戶在各類市場開發產品,包括有線與無線網路、資料中心與儲存裝置、人工智慧(AI)與機器學習以及航太與國防等領域。現今資料流量與頻寬需求大幅增加,新一代的雲端及通訊系統必須提供更高的效能,處理前所未有的複雜性,Avera Semi結合專業知識與技術,可協助客戶設計並建構高效能、高度最佳化的半導體解決方案。

Avera Semi為客戶打造一系列功能以實現端到端的晶片解決方案:ASIC產品基於先進且經過驗證的製程技術(包括新建立的7奈米晶圓代工合作關係);豐富的IP產品組合,包含高速SerDes、高效能嵌入式TCAM、Arm核心以及經過效能與密度最佳化的嵌入式SRAM;以一次完成結果的穩固紀錄為基礎,有助於降低開發成本、縮短產品上市時間。

而先進的封裝選項可增加頻寬、消除I/O瓶頸,更可降低記憶體面積、延遲及功耗;彈性的ASIC商用模型,提供客戶根據所需的支援需求從具備豐富經驗的晶片設計、方法、測試及封裝團隊補足其內部資源。

問:隨著停止7奈米及以下先進製程研發,未來與超微的合作是否延續?

答:GF與超微之間還是有非常緊密且成功的合作關係。在超微處理器以及繪圖晶片方面,GF依舊會在12/14/28奈米製程節點上有所合作,而在7奈米製程,超微則選擇和台積電合作。

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