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台積電TSMC的夢魘 深入解析Globalfoundries

http://financenews.sina.com/sinacn/304-000-106-109/2009-08-11/09391135237.html

AMD今年3月初完成了分拆工作,制造業務已並入Globalfoundries公司。Globalfoundries(下文簡稱為GF)是AMD和阿布扎比(Abu Dhabi)國有風險投資公司ATIC共同組建的合資公司,AMD為之獻出了兩座晶圓廠,而ATIC則掏了60億美元資金。ATIC持股65.8%,AMD為35.2%,不過兩家公司均有否決權。

  AMD的最大問題好像一直是資金問題。我們知道,Intel目前有四座晶圓廠,到年底就將正式投產32nm產品線,而AMD目前(呃……) 在德國Dresden僅有一座45nm晶圓廠。單從fab晶圓廠數量上講,AMD根本無法跟Intel競爭。AMD對此心知肚明,為此來了個巧妙的分身,不僅成功分離制造業務,而且還讓間接從ATIC那里套現60億美元。

2010年Intel32nm晶圓廠分布
  GF成立之後,AMD一直是其唯一的客戶,不過本月初,GF終于宣布了第一個非AMD客戶——STMicro。目前,GF只擁有AMD在Dresden的兩座晶圓廠,而且兩者中僅一座可以生產45nm SOI晶圓。不過AMD的這種窘進即將改變。
GF紐約晶圓廠奠基儀式
  上周,我們來到了位于美國紐約的紐約州東部薩拉托加縣(Saratoga County)馬爾他鎮(Malta)的路德森林科技園區(Luther Forest Technology Campus),在這里我們第一次近距離接觸了神秘的GF,並且見証了新晶圓廠的奠基儀式。

GF紐約晶圓廠未來規劃
  這座工廠的工程耗資為42億美元,將成為全球技術最先進的工廠之一,預計今年9月破圖動工,將于2011年竣工,真正投產要到2012年。可以肯定的是,有60億美元存在銀行,而且還有強壯的ATIC做後盾,AMD以及它的GF前景一片光明。

和TSMC(台積電)的競爭剛剛開始

  AMD不可能在晶圓廠上持續和Intel打拉鋸戰,因為這樣的成本的太高了。從下圖中我們就可見一斑:
867720147[1]

一座32nm晶圓廠所需的費用為40億美元,而兩年後又必須轉入22nm,而這一升級費用同樣驚人,沒10億美元下不來。對于AMD而言,即便可以在技術方面領先對手,單獨承擔這一費用並與Intel競爭是不可能的,除非AMD也有自己的x86處理器市場。

  當然了,讓客戶們出份兒力也是個不錯的辦法,這樣的話將會變得很有趣。沒錯,雖然讓AMD一個人去承擔這一昂貴的工程費用並將ATIC的投資花出效果來有點難為其難,但是AMD+索尼+東芝+NVIDIA+其他呢……,這樣的話,再昂貴的工廠也能轉起來。
3608115510[1]

GF的潛在客戶
  目前,像NVIDIA(或者ATI)這樣的半導體公司往往會找台積電等代工廠商生產各自的芯片。作為回報,這些半導體公司可以獲得台積電最先進的制程工藝(台積電目前的主力生產線為55nm,40nm已經接近成熟;Intel目前正在從45nm向32nm過渡),而且也不用考慮晶圓廠的建造成本和維護成本。

  但是這樣的模式也有很大的弊端。如果台積電一旦在先進制程工藝的升級上難產的話,半導體廠商們就會顯得非常被動,比如說前段時間因為台積電40nm良品率太低導致ATI以及NVIDIA的40nm核心遲遲不到。台積電也不管你這些,因為在他們的領域還沒有夠格的競爭對手,缺少競爭壓力,難免導致不思進取。

玻璃後面為193nm生產設備。我們無法靠近拍照,因為這種設備太昂貴,據稱高達7500萬美元
  當然了,像索尼、Freescale、東芝、三星以及TI這樣的巨頭也都有自己的晶圓廠,但是他們的芯片在構造和精密度上無法和Nehalem或者Radeon HD1890相比並論,所以對他們而言130nm、90nm或者65nm就能搞定。目前iPhone 3GS的SoC(System on Chip)芯片基于三星的65nm工藝,但是隨著Intel的45nm向32nm過渡,Intel將會讓蘋果、三星、甚至ARM之間的競爭更加激烈,因為45nm的iPhone 3GS更省電、跑的更快、更受歡迎。

  Intel對智能手機市場虎視眈眈,一旦Atom進入智能手機市場,Intel無疑在工藝上領先于ARM,這就意味著,要想避免Intel一家獨大的局面成型,市場上就必須有個能夠與之抗衡的晶圓廠出現,GF的出現可謂及時。

毫無疑問,除了台積電,業界對GF的到來還是非常歡迎的,但是不得不承認的是,當前的GF還沒有強大的與台積電抗衡的地步,畢竟它才只有一座45nm晶圓廠,而且還只會做SOI芯片。

  盡管只從AMD那兒“繼承”了一座“簡陋”的45nm SOI晶圓廠,但是GF的規劃還是非常清晰的:
3659944451[1]

台積電也不會懷疑GF的成長潛力。據了解,到明年下半年,GF將會讓位于Dresden的兩座晶圓廠中的一座進入32nm SOI階段,專為AMD服務。事實上,AMD原來的Dresden晶圓廠產能有限,之王它能為其他客戶們貢獻幾條產品線是不顯示的,即使它現在在GF手里。此外,Dresden晶圓廠到明年年底也將推出“低功耗”版本40/45nm工藝,據了解該條工藝線是為GF的首個客戶STMicro准備的。

  GF真正的工藝過渡要到2011年才會發生,屆時GF將會把舊有的Dresden升級至28nm Bulk制程工藝。據稱,GF非常看重28nm工藝,因為28nm將會是大部分潛在客戶的訂單所在。而且由于很多客戶以及(將會)採用了台積電的40nm,重做已經沒有多大意義,GF將會跨過40nm,至少不會太多精力在上面。

AMD之前的Fab 30/36晶圓廠
  鑒于28nm為半代工藝(half-node),介乎于32nm和22nm之間,所以屆時我們有望看到ATI或者NVIDIA的GPU下單GF。當前40nmGPU將會由台積電代工,不過下一代28nmGPU很可能將會統統打上Made By GF的logo。另外,AMD首款CPU/GPU雜交產品同樣將會有GF代工,基于22nm SOI工藝,2012年下線。

技術之爭 Bulk vs. SOI

  把時間調回2001年,當時AMD開始採用SOI(絕緣體上硅,Silicon on Insulator)技術制造CPU。盡管SOI制造成本偏貴,但其功耗低、轉換率高等特點也很鮮明。AMD將會繼續採用SOI技術制造高端CPU,因為高端CPU高昂的售價可以在一定程度彌補SOI制造技術的高成本弊端。沒錯,對于價格比較敏感的主力市場,對SOI技術來說是非常不利的,所以為了滿足不同客戶的需求,GF到2010年將會提供bulk silicon制造技術。

對于制造CPU/GPU/芯片組產品而言,光有SOI以及bulk silicon還不行,還需要其他輔助工作。Dresden的首款採用bulk技術的芯片將會基于40nm低功耗技術,將出自Fab 1 Module 1晶圓廠。首個客戶是誰呢?不是AMD,亦不是STMicro,不過可以肯定的是,GF的bulk silicon技術將會應用到低功耗SoC領域。

  到2011年,GF還將推出28nm LP bulk工藝以及28nm通用目的purpose bulk工藝。後者主要用于GPU的生產以及其他非超薄低功耗設備。

以上所有的計劃僅涉及AMD舊有的Dresden晶圓廠(通常是指Fab 36、Fab 30、現在還包括Fab 1 Modules 1以及2),但是到了2012年,GF的新廠將會上崗。

下面讓我們把冗長的數字和乏味的策略放到一邊,讓我們來了解一下Fab 2晶圓廠。Fab 2晶圓廠位于美國紐約的紐約州東部薩拉托加縣(Saratoga County)馬爾他鎮(Malta)的路德森林科技園區(Luther Forest Technology Campus),總耗資將達到42億美元,不過有富可敵國的阿聯酋ATIC財團數鈔票以及紐約市的優惠策略,Fab 2花的這點錢並不算什麼。

  畢竟Fab 2竣工投產之後有望為社會提供1400多個技術活崗位,而且在建造階段也能讓2000多名農民工保住飯碗,Fab 2還能為社會提供5000多個附屬崗位。另外,GF還將為Luther Forest 技術工業園附件(Fab 2所在地)的兩個小鎮貢獻500美元的公共設施項目費。總而言之,Fab 2晶圓廠將會是一項耗資巨大的項目。

Fab 2概要
  GF為Fab 2晶圓廠的選址可謂良苦用心。不到一英里就能達到著名的納米科學技術與工程學院(College of Nanoscale Science and Engineering,簡稱CNSE)。CNSE大有來頭,在這所價值40億美元的大學里有可以生產300mm 45nm晶圓的精密設備,這相對于GF當前的水平。此外,CNSE還擁有一台阿爾法EUVlithography設備,而這樣的設備全世界不過2台。

2012年,Fab 2將會從這兒拔地而起
  2012年Fab 2下線之後將會提供28nm/22nm生產線,主要用于22nm工藝。

半代vs全代 摩爾定律延續

  有個問題一直在筆者腦海里盤旋——為什麼GPU通常採用half nodes工藝(半代工藝),而CPU往往採用Full-node全代工藝呢?比如說,Intel的CPU的工藝軌跡為90nm到65nm到45nm到32nm(AMD方面也一樣),而NVIDIA的軌跡則為90nm到80nm到65nm到55nm到40nm(ATI方面也一樣)。

  據了解,像80nm、55nm以及之後28nm這種介乎中間的nodes被稱為half nodes工藝(半代工藝)。但是CPU廠商不會採用這種模式,因為比起NVIDIA/ATI的GPU們,CPU的設計周期較長,而且更為複雜,不過這並是說,half nodes工藝就落後。

摩爾定律萬壽無疆

  每隔兩年我們就需要具備讓芯片變小一號的技術和能力,而且還要變小了的芯片中加入更多的晶圓體。能否造出更快、更複雜、更便宜的CPU將取決于我們能不能讓它的工藝更先進。如果我們的這種能力停止了,CPU將會面臨巨大的威脅。

  想要給CPU來此徹底的創新,我們至少還需要10-15年。現在考慮重點無外乎如何讓CPU變得更小。為了讓CPU的晶圓體模塊每隔兩年變小一次,我們就需要設計出物理上更小的集成電路,這樣的成本非常昂貴,而且需要非常精密的設備才能完成。
Immersion Lithography(沉浸式光刻)技術
  跨越45nm很難,但是這是有可能的,更是必須的。AMD/GF將會採用Immersion Lithography(沉浸式光刻)完成這一過渡,基本上就是利用某種液體來改善當前193nm工藝的解決方案。到32nm過渡的時候Intel也會這麼做。但是到了32nm過渡時期,制造工具和方法就會達到視覺極限,還用目前的方法來設計更小的、更密集的芯片或許也就不可能了。

  車道山前必有路。等到了更先進的工藝階段,一種名為extreme ultraviolet lithography的制造工藝將會正式上位。該技術將會放棄原來的193nm波長,轉而採用更先進的13.5nm波長工具,這樣的話,所謂的視覺極限難題將會迎刃而解。

次代CPU制造技術
  此外,在32nm階段或者22nm工藝之後,Multi-gate Transistors也將有望繼續被應用。總之,摩爾定律將會繼續延續。

總結:GF潛力無限 AMD苦盡甘會來

  AMD分割制造部分實屬無奈之間,但是這將會是AMD的功在千秋之舉,正如當年鼓足了勇氣搶吃ATI那樣,而到現在,收購ATI後的不良反應已經基本消除,並開始進入正軌,成為當前AMD圈錢的最有力工具。

60億美元長期投資計劃
  對于看似有塊頭卻十分瘦弱的AMD,甩掉晶圓廠這個看似唬人的大包袱並將精力放到產品研發上確實是明智的。這樣的話,AMD在和Intel的競爭就會變得更有意思,因為事實已經証明,分割前的AMD很難對Intel制造出像樣的壓力來。做到真正瘦身之後,AMD也許就能讓Intel再提起點兒精神來,這也是咱們廣大消費者希望看到的。當然了,富可敵國的ATIC也起到了至關重要的作用,60億美元的投資足以讓GF看到成功的機會,而AMD如果沒有ATIC這個福星的話是很難如此游刃有余的。

紐約州長David Paterson和AMD前CEO Hector Ruiz,GF得到了政府的鼎力支持
  而且可以預見的是,作為一個獨立的整體,GF也有足夠的利用做的非常棒。因為隨著時代的進步,社會的發展,微處理器的作用正在變得越來越舉足輕重,市場需求越來越旺盛,比如說潛力巨大的智能手機市場以及上網本新型細分市場等等,這都為GF的快樂成長提供了肥沃的土壤。說的再遠點,GF的到來對深受金融危機之痛的美國也是一個不的安慰。

  如果說GF的誕生讓一個人不高興的話,那就是台積電了。多年來,台積電在半導體代工行業一枝獨秀,輕輕松松賺了不少銀子,而GF的到來無疑會讓台積電一下緊張起來。一個是行業傳統勢力,企業底蘊深厚,一個是腰纏萬貫的新秀,潛力無限,一場激烈的競爭在所難免。這不僅對行業的健康發展起到了積極的作用,而其對于壓力的代工平均售價也會起到一定的作用。

Fab 2未來概念圖
  現在,已經到了等待GF第二個、第三個、第四個……客戶出現的時候了。


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