von HanBin Lim 

In der heutigen Welt wird die Leistung einer Halbleiterfabrik nicht nur an der Waferproduktion und den Erträgen gemessen, sondern auch daran, wie effizient und nachhaltig sie natürliche Ressourcen nutzt und wie effektiv sie die Auswirkungen der Produktion auf ihre Umgebung minimiert.

Nirgendwo sind diese Überlegungen wichtiger als im kleinen Inselstaat Singapur, der zu den am dichtesten besiedelten Ländern gehört und nur über begrenzte Wasserressourcen und andere natürliche Ressourcen verfügt. GlobalFoundries (GF) ist seit langem in Singapur tätig und profitiert von den qualifizierten und engagierten Arbeitskräften des Landes, der vorausschauenden Politik der Regierung, den hervorragenden Universitäten und der strategischen Lage. Aufgrund dieser Vorteile und dank des Weltklasse-Teams und der operativen Leistung von GF Singapur befindet sich das Unternehmen mitten in einem bedeutenden Ausbau seines Campus in Singapur. Der erste Spatenstich für den Ausbau erfolgte im Juli 2021, und ein Jahr später wurden die ersten Produktionswerkzeuge in das neue Gebäude gebracht.

Die neue Erweiterung wird die modernste Halbleiterfabrik von GF in Singapur sein, und von Anfang an wurde bei der Planung auf modernste Umweltverträglichkeit und nachhaltigen Betrieb geachtet. Dies ist nicht nur deshalb wichtig, weil GF ein grosses, prominentes Unternehmen mit verschiedenen Anspruchsgruppen ist, die nichts Geringeres als hervorragende Leistungen erwarten, sondern auch, weil unser Campus an dicht besiedelte Wohngebiete angrenzt. Viele unserer Mitarbeiter wohnen in der Nähe in der Stadt Woodlands.

Zu den wichtigsten Konstruktionsmerkmalen, die diese Leistung ermöglichen, gehören innovative Wasserlösungen, die ein hohes Maß an Wasserrecycling und -wiederverwendung ermöglichen, neue Abgasreinigungstechnologien, mit denen Treibhausgase viel wirksamer aus unseren Abgasen entfernt werden können, und der vollständige Ersatz von Heizkesseln für fossile Brennstoffe durch elektrische Wärmepumpen.

Das neue Gebäude ist auch für die Nutzung von Solarenergie vorbereitet, so dass wir die Verwendung fossiler Brennstoffe für unsere Stromversorgung reduzieren können. Die notwendige Verkabelung, die Schalträume, die Wechselrichter und andere erforderliche Infrastruktur wurden in die Anlagen integriert. Sobald alle Produktionswerkzeuge in der Anlage installiert sind, werden die Solarpaneele auf dem Dach angebracht und angeschlossen.

Wiederverwendung und Recycling von Wasser  

Wassersparen ist in Singapur ein zentrales Anliegen, und nach seiner Fertigstellung wird der Ausbau in Singapur die wassersparendste Produktionsstätte von GF sein. Langfristig gesehen bietet die neue Anlage sogar den nötigen Platz und die Flexibilität, um künftige Fortschritte in der Wassertechnologie zu ermöglichen und diese zukünftigen Systeme in den Betrieb der Fabrik zu integrieren.

GF ist in Singapur seit mehr als zehn Jahren auf dem Weg zum Wasser, und wir bemühen uns weiterhin, die Auswirkungen unserer Anlage auf die begrenzten Wasserressourcen unseres Landes zu verringern. Eine Möglichkeit, dies zu tun, sind Regenwasserauffangsysteme, mit denen wir den Regen auffangen, um ihn vor Ort zu nutzen. Regenwasser ist zwar nicht trinkbar, eignet sich aber für Aufgaben wie die Toilettenspülung und das Waschen von Böden.

Wir konzentrieren uns auch auf die Abwasserbehandlung und gehen dabei über die in Singapur geltenden Vorschriften hinaus. So verfügen wir beispielsweise über neue Technologien und Verfahren für die Produktionsstätten von GF in Singapur, die bestimmte Chemikalien aus dem Abwasser der neuen Produktionsstätte eliminieren. Dies reduziert nicht nur die potenziellen Auswirkungen auf die nachgeschalteten Wasseraufbereitungssysteme, sondern auch, weil wir hier Teil der lokalen Gemeinschaft sind und ein guter Nachbar sein wollen.

Luftaufbereitung für weniger Treibhausgase 

Bei der Erweiterung der Produktionsstätte installieren wir eine neue Generation von Abgasreinigungssystemen, die die Treibhausgasemissionen aus unserer Produktion wesentlich effektiver behandeln können. Dank dieser hochmodernen Anlagen kann unser Standort in Singapur seine Gesamtemissionen erheblich reduzieren, auch wenn wir unsere Kapazitäten ausbauen, was im Einklang mit dem Ziel der Journey to Zero Carbon von GF steht.

Außerdem bauen wir eine thermische Abluftreinigungsanlage, um die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in den Abgasen zu behandeln und so die VOC-Konzentration um 90-99,5 % zu reduzieren und die Auswirkungen der neuen Erweiterung auf die benachbarten Gemeinden zu minimieren.

Elektrifizierung und Ausstieg aus fossilen Brennstoffen 

Um die Umweltfreundlichkeit der neuen Fabrik weiter zu verbessern, wird sie, wo immer möglich, elektrifiziert. Wir ersetzen die mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verbrennungskessel durch strombetriebene Wärmepumpen zur Erwärmung des Wassers für den Produktionsbetrieb und nutzen lokale Warmwasserbereiter für andere Zwecke. Dadurch wird nicht nur jeglicher Abgasausstoß in die Luft vermieden, sondern es ist auch viel energieeffizienter, was den Gesamtenergiebedarf senkt und eine Möglichkeit bietet, unseren Warmwasserbedarf rigoros zu optimieren.

Die menschliche Dimension 

So wichtig all diese Arbeit auch ist, sie hat auch eine menschliche Dimension, die über die technischen Details hinausgeht.

Das APAC-Umweltteam ist mit einem Durchschnittsalter von etwa 30 Jahren für unsere Branche relativ jung. Unserer Meinung nach bauen wir nicht nur eine Fabrik, die den heutigen Bedürfnissen und Anforderungen gerecht wird, sondern eine Fabrik für die Zukunft. Diese Fabrik ist dafür gemacht, die Herausforderungen von morgen zu meistern und über die Dauer unserer Karriere hinaus zu bestehen.

Unsere Herausforderung, oder besser gesagt unsere Chance, besteht also darin, diese Fab nicht nur nach den heutigen Regeln zu bauen, sondern nach unseren Vorstellungen von der Zukunft.

HanBin Lim ist Umweltmanager bei GF in der Region APAC. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Chemieingenieurwesen von der National University of Singapore und leitet die globale Circularity-Arbeitsgruppe bei SEMI.

Das Jahr 2022 neigt sich dem Ende zu und GlobalFoundries® (GF®) schließt sein erstes vollständiges Jahr als börsennotiertes Unternehmen ab. Foundry Files wirft einen Blick zurück auf die wichtigsten Nachrichten, Ankündigungen und Themen von GF im Jahr 2022. 

Anerkennung für ESG und Unternehmensverantwortung 

Im Laufe des Jahres 2022 erhielt GF mehrere Auszeichnungen und Ratings für seine Bemühungen in den Bereichen Umwelt, Nachhaltigkeit und Unternehmensführung (ESG), die jüngsten Anerkennungen unseres Engagements für unternehmerische Verantwortung.  

Wir hatten die Ehre, von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) einen Environmental Merit Award für die Umweltschutzbemühungen in unserem Werk in Essex Junction, Vermont, zu erhalten. Darüber hinaus wurden sowohl unser Standort in Vermont als auch unser Standort in Malta, New York, vom National Pollution Prevention Roundtable mit dem Most Valuable Pollution Prevention Award ausgezeichnet. 

GF wurde zudem in die Newsweek-Liste "America's Most Responsible Companies 2023" aufgenommen, erhielt von Morningstar Sustainalytics das ESG-Rating "Low Risk" und wurde von der Rating-Agentur ISS als "Prime"-Unternehmen für seine ESG-Performance ausgezeichnet und gehört damit zu den besten 10% der Unternehmen in der Halbleiterindustrie. John Toy, Leiter der Abteilung für Ethik und Nachhaltigkeit bei GF, sagte dazu: "Wir sind ein gutes Unternehmen: 

"Wir sind uns bewusst, dass es noch viel zu tun gibt. So wie die von uns hergestellten Chips für die Innovationen, die zu einer saubereren und gesünderen Zukunft führen, von entscheidender Bedeutung sind, sind wir bestrebt, unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren, positive Veränderungen voranzutreiben und durch unternehmerische Verantwortung Werte zu schaffen." 

Engere Partnerschaft mit der US-Regierung 

GF ist stolz darauf, ein langjähriger Partner und Lieferant der US-Regierung zu sein, und im Laufe des Jahres haben wir diese Beziehung weiter vertieft. 

Im Oktober 2022 gaben GF und US-Senator Patrick Leahy die Vergabe von Bundesmitteln in Höhe von 30 Millionen Dollar bekannt, um die Entwicklung und Produktion von Galliumnitrid (GaN) auf Silizium-Halbleitern der nächsten Generation in unserer Produktionsstätte in Essex Junction, Vermont, voranzutreiben. 

Die neue Auszeichnung bringt GF und seinen Standort in Vermont näher an die Großserienproduktion von GaN-Chips heran, die in einzigartiger Weise in der Lage sind, hohe Wärme- und Leistungspegel zu bewältigen. Dank dieser Fähigkeit sind GaN-Chips in der Lage, eine bahnbrechende Leistung und Effizienz für Smartphones, Elektrofahrzeuge, Stromnetze und viele andere Anwendungen zu ermöglichen.  

Auf der Veranstaltung zur Bekanntgabe der Finanzierung sagte Senator Leahy: "Diese Finanzierung ist eine Investition in die Führungsrolle der USA bei der Verbesserung der Technologie für Chips, die alles um uns herum verbinden und unsere Handheld-Geräte antreiben - mit GlobalFoundries und den Menschen aus Vermonter als Vorreiter." 

Anfang des Jahres gaben GF und das US-Verteidigungsministerium eine Vereinbarung im Wert von 117 Millionen US-Dollar bekannt, die GF mit der strategischen Lieferung von in den USA hergestellten Halbleitern beauftragt, die für nationale Sicherheitssysteme entscheidend sind. Diese Chips, die im Werk von GF in Malta, New York, sicher hergestellt werden, kommen in einigen der sensibelsten Verteidigungs- und Raumfahrtanwendungen der USA zum Einsatz. Klicken Sie hier, um mehr zu lesen. 

U.S. CHIPS und Wissenschaftsgesetz 

Die Halbleiterindustrie machte im Jahr 2022 Schlagzeilen, wobei die Entwicklung, der Fortschritt und die Verabschiedung des US-Gesetzes CHIPS and Science Act im Mittelpunkt standen. GF unterstützte diese Gesetzgebung nachdrücklich. 

Am Dienstag, den 9. August, unterzeichnete US-Präsident Joe Biden das über 52 Milliarden Dollar schwere CHIPS- und Wissenschaftsgesetz von 2022. Dr. Thomas Caulfield, CEO von GF, nahm im Namen von GF an der Unterzeichnungszeremonie teil. Das Gesetz wird in den kommenden Jahren tiefgreifende Auswirkungen auf die amerikanische Halbleiterindustrie haben. 

In seinen Ausführungen verwies Präsident Biden auf die neue Vereinbarung von GF mit Qualcomm über die Lieferung von Chips im Wert von 4,2 Milliarden US-Dollar, die in unserem Werk in Malta, New York, hergestellt werden sollen. 

Die Ankündigung erfolgte einen Tag zuvor, zeitgleich mit einem CEO-Gipfel in Washington, der gemeinsam von GF, Ford und Applied Materials veranstaltet wurde. Der Gipfel brachte CEOs und Führungskräfte aus der gesamten Halbleiter-Lieferkette zusammen, um über die technologische Führungsrolle der USA, Wettbewerbsfähigkeit, Lieferketten, nationale Sicherheit und mehr zu diskutieren. Klicken Sie hier, um einen Reuters-Bericht über das Gipfeltreffen zu lesen. 

Zum Abschluss der historischen Woche für die US-Halbleiterindustrie war GF stolz darauf, gemeinsam mit der New Yorker Gouverneurin Kathy Hochul, dem Mehrheitsführer im Senat, Chuck Schumer, dem Kongressabgeordneten Paul Tonko und anderen in Albany an der Unterzeichnung des New Yorker Green CHIPS-Gesetzes teilzunehmen. 

Führung und Partnerschaft in Europa 

Im Juli 2022 gaben GF und STMicroelectronics eine Partnerschaft zur Errichtung einer neuen, gemeinsam betriebenen 300-mm-Halbleiterfertigung in Crolles, Frankreich, bekannt, um die Nachfrage nach Chips von Kunden in Europa und weltweit zu decken. 

Dr. Thomas Caulfield, CEO von GF, und Jean-Marc Chery, CEO von ST, gaben die Partnerschaft gemeinsam mit dem französischen Staatspräsidenten Emmanuel Macron und anderen Vertretern in Crolles bekannt. ST und GF werden vom französischen Staat erhebliche finanzielle Unterstützung für die neue Anlage erhalten, die als Erweiterung des bestehenden ST-Werks in Crolles gebaut wird und die Infrastruktur des Standorts nutzt. 

Mit der Vereinbarung verpflichten sich GF und STMicroelectronics zum Aufbau von Fertigungskapazitäten für Chips, die in der Automobil- und Industriebranche sowie für Anwendungen im Bereich Internet der Dinge und Kommunikationsinfrastrukturen eingesetzt werden.  

Mit dem Schwerpunkt auf unserer differenzierten 22FDX-Plattform, die bereits mehr als eine Milliarde Chips ausgeliefert hat, wird das neue Werk in Crolles die Präsenz von GF in Europas dynamischem Technologie-Ökosystem ausbauen und unsere Position als führender Halbleiterhersteller foundry in Europa stärken. 

Lesen Sie den Artikel "Chip-Giganten bauen Fabrik in Frankreich, um den globalen Lieferwettlauf fortzusetzen" vom Wall Street Journal, sowie Berichte von Financial Times, Agency France-Press, Reuters und EETimes. 

Erstes Tool-In bei der Erweiterung in Singapur 

Der Umzug des ersten Fertigungswerkzeugs in eine neue Anlage ist für einen Chiphersteller immer ein aufregender Moment. Im Juni 2022 feierte GF die Ankunft des ersten Werkzeugs in der neuesten Anlage auf unserem Campus in Singapur. 

Dieser Meilenstein wurde nur ein Jahr nach dem ersten Spatenstich für die erste Phase unserer Expansion in Singapur erreicht. Er wurde in Zusammenarbeit mit dem Singapore Economic Development Board und durch Co-Investitionen engagierter Kunden erreicht. 

Bei einer Zeremonie in dem neu errichteten Gebäude waren neben den Verantwortlichen von GF auch Beamte aus Singapur sowie Führungskräfte von Lam Research, Exyte und vielen anderen wichtigen Partnern und Lieferanten anwesend. Gemeinsam beobachteten sie, wie das erste Werkzeug - ein marktführendes Ätzwerkzeug von Lam Research - in den neu in Betrieb genommenen Reinraum von GF gebracht wurde. 

Mit diesem Meilenstein ist GF dem Ausbau der Produktionskapazitäten am Standort Singapur näher gekommen und kann die weltweite Nachfrage nach Chips von GF für Automobile, Smartphones, drahtlose Konnektivität, Internet-of-Things (IoT)-Geräte und andere Anwendungen erfüllen. 

Klicken Sie hier, um zu sehen, wie GF-CEO Dr. Thomas Caulfield mit CNBC über das erste Tool-In spricht, und klicken Sie hier, um ein Video des ersten Tool-In-Events der GF-Expansion in Singapur anzusehen. Lesen Sie hier die Berichterstattung der Straits Times. 

Aufbau einer Kultur der Vielfalt und Integration 

GF weiß, dass die besten Ideen von einem vielfältigen Team kommen, das alle einbezieht, und dass unser Erfolg darauf beruht, dass die Mitarbeiter ihre ganze Person - mit all ihren einzigartigen Talenten und besonderen Eigenschaften - in unser Unternehmen einbringen können. 

Im Jahr 2022 haben wir unsere strategischen Partnerschaften mit AfroTech, FairyGodboss, Society of Hispanic Engineers, Society of Women Engineers, iRelaunch und anderen Organisationen weiter ausgebaut, um neue Möglichkeiten zu schaffen und die Reichweite in unserer Branche und darüber hinaus zu erhöhen.  

Lesen Sie zum Beispiel diesen Blog-Artikel, um mehr darüber zu erfahren, wie das Global Journey Re-Entry Program von GF Menschen beim Wiedereinstieg ins Berufsleben nach einer freiwilligen Unterbrechung unterstützt, z. B. wegen der Erziehung einer Familie, des Militärdienstes, der Pflege eines geliebten Menschen, einer Ausbildung oder aus anderen Gründen. 

Weitere Informationen zu Vielfalt, Gleichberechtigung und Integration bei GF im Jahr 2022 finden Sie hier: 

• Inspiration für die nächste Generation von Frauen in der Fertigung: Fragen und Antworten mit der Gewinnerin des STEP Ahead Award 2022, Sylvia Chan 
• Erfolg und Entwicklung der Schwarzen bei GF feiern 
• Erstes europäisches Netzwerktreffen von GlobalFoundries-Mitarbeiterinnen 

• Pride@GF vertritt GF bei der Burlington Pride Parade 
• GlobalFoundries unterzeichnet "Partnership for Your Success"-Vereinbarung (PaYS) mit der Armee 

Mit GF Connex die Welt verbinden 

GF ist weiterhin führend bei Innovationen im Bereich Hochfrequenz (RF). Im Mai 2022 haben wir GF Connextm angekündigt - unser funktionsreiches RF-Portfolio für die drahtlose Konnektivität der nächsten Generation. Wir arbeiten mit Branchenführern wie Broadcom, Fujikura, MediaTek, Orca Systems, Skyworks und anderen zusammen, um unterschiedliche RF-Anforderungen für eine Vielzahl von Anwendungen zu erfüllen. 

Die Produkte von GF Connex sind im täglichen Leben allgegenwärtig. Von Smartphones, die mit einer einzigen Ladung länger in Verbindung bleiben, bis hin zu Mobilfunk- und Satellitenkommunikation, die zuverlässigere Verbindungen ermöglicht. Von innovativen und energieeffizienten Geräten für das Internet der Dinge bis hin zu reaktionsschnellen, hochauflösenden Bildern mit erweiterter Reichweite für leistungsfähigere und empfindlichere Fahrzeugradare. 

Unser GF Connex-Portfolio ist ein Beispiel für unseren funktionsreichen Ansatz: Wir arbeiten eng mit unseren Kunden zusammen, um innovative Prozessmerkmale zu entwickeln, die die Möglichkeiten der HF-Kommunikation, der effizienten Umwandlung und Bereitstellung von Energie sowie der präzisen analogen Sensorik verbessern und erweitern. Der Fokus von GF auf ausgewählte Endmärkte bedeutet, dass diese Lösungen differenziert und speziell für die Bereiche Automotive, Smart Mobile, IoT, Kommunikationsinfrastruktur und Rechenzentren entwickelt wurden. 

Weitere Informationen finden Sie unter "GlobalFoundries baut RF-Führerschaft mit GF Connex Portfolio und Kundenkooperationen weiter aus" sowie den Blog-Beitrag "Ausweitung der Möglichkeiten" von GF Chief Business Officer Mike Hogan. 

GF Labs im Dialog mit der Wissenschaft 

Halbleiterinnovationen sind entscheidend für das Wachstum und die Entwicklung von technologischen Megatrends, die die Weltwirtschaft umgestalten - vom Internet der Dinge bis zu 5G und 6G Wireless, von künstlicher Intelligenz (AI) und Quantencomputing bis zu Fahrzeugen der nächsten Generation und darüber hinaus. 

Im Mai 2022 kündigten wir unser GF Labs-Programm an, um die Dynamik dieser Innovation zu erweitern und zu beschleunigen. GF Labs leitet die Forschungs- und Entwicklungsbemühungen unseres Unternehmens und bietet den Rahmen für die Weiterentwicklung des differenzierten Technologieportfolios von GF in Zusammenarbeit mit führenden akademischen, staatlichen und industriellen Kooperationspartnern. 

Zusätzlich zum Beitritt zur American Semiconductor Innovation Coalition in diesem Sommer gaben GF und die Purdue University im November 2022 eine neue strategische Partnerschaft bekannt, um die Zusammenarbeit in der Halbleiterforschung und -ausbildung zu stärken und auszubauen, wobei der Schwerpunkt auf gemeinsamer Forschung und Entwicklung liegt. 

Durch das University Partnership Program von GF, das zu den GF Labs gehört, haben Forschungsteams an mehr als 50 führenden Universitäten einen einzigartigen Zugang zu GF und unseren Technologien. Verpassen Sie nicht "Ein Blick in die Zukunft des Kfz-Radars" und "GF strebt nach energieeffizienter künstlicher Intelligenz", um zu erfahren, wie GF mit diesen weltweit führenden akademischen Forschern zusammenarbeitet, um wichtige Technologien voranzutreiben. 

Die Zukunft ist rosig für GF Fotonix 

Aus Berichten geht hervor, dass mehr als 42 Milliarden Geräte, die mit dem Internet der Dinge verbunden sind, jedes Jahr rund 177 Zettabyte an Daten erzeugen. Bei der Übertragung dieser Daten von den Geräten zu den Rechenzentren und wieder zurück wird Energie verbraucht. 

Im März 2022 kündigte GF Fotonixtm an, die erste Silizium-Photonik-Plattform der nächsten Generation, die den Bedarf an innovativen Lösungen für die Bewältigung der ständig wachsenden Datenmengen mit hoher Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Energieeffizienz erfüllt.  

GF Fotonix hat aktive Design-Wins mit wichtigen Kunden und einen bedeutenden Anteil am heutigen Markt für optische Netzwerkmodule. Klicken Sie hier und scrollen Sie ein wenig nach unten, um zu erfahren, was unsere Kunden und Partner über GF Fotonix und unsere führende Rolle im Bereich Silizium-Photonik sagen. 

GF Fotonix integriert monolithisch hochleistungsfähige Hochfrequenz- (RF), Digital- und Silizium-Photonik-Schaltkreise auf demselben Chip und nutzt dabei den Umfang, die Effizienz und die strenge Prozesskontrolle der 300-Millimeter-Halbleiterfertigung in unserem Werk in Malta, New York. 

Lesen Sie mehr über die innovative GF Fotonix-Plattform unter: 

• Silizium-Photonik ist da und GlobalFoundries ist innovativ 
• GF arbeitet mit Fabrinet an Glasfaseranbindung für Silizium-Photonik-Plattform 
• Die Integration von Elektronik und Photonik wird Realität 

• Mehr Rechenleistung, bessere Konnektivität: Die Kombination von bewährter CMOS-Chip-Fertigung mit Silizium-Photonik zur Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit
   

Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion 

Wir sind uns bewusst, dass der Klimawandel eine noch nie dagewesene globale Herausforderung darstellt, und wir setzen unsere "Journey to Zero Carbon" fort. Im Rahmen des langjährigen Engagements von GF für eine umweltverträgliche Produktion und Betriebsführung suchen wir ständig nach neuen Wegen, um unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. 

In diesem Frühjahr gab GF die Ergebnisse seiner dreijährigen (2019-2021) Ziele zur Ressourceneinsparung bekannt. Mit einer Vielzahl innovativer Strategien hat unser Team die Ziele für jährliche Einsparungen beim Strom- und Wasserverbrauch, bei den Treibhausgasemissionen sowie beim Einsatz von Chemikalien und der Abfallerzeugung erreicht oder übertroffen. 

Diese jährlichen Einsparungen umfassen: 

• Treibhausgasemissionen, die in etwa denen von 5.000 US-Haushalten in einem durchschnittlichen Jahr entsprechen 
• Der Stromverbrauch entspricht in etwa dem von 8.000 US-Haushalten in einem durchschnittlichen Jahr 
• Genug Wasser, um 136 Schwimmbecken von olympischer Größe zu füllen.  
• Der Einsatz von Chemikalien und das Abfallaufkommen entsprechen in etwa dem Gewicht einer Herde von 1.600 Elefanten 

Lesen Sie mehr im Blog von GF: GF übertrifft wichtige Ziele zur Reduktion von Treibhausgasen und zur Wassereinsparung; GF erzielt Einsparungen bei Strom, Chemikalienverbrauch und Abfallerzeugung 

Im März 2022 kündigte GlobalFoundries GF FotonixTM an, eine neue Plattform, die hochleistungsfähige RF-, digitale CMOS- und Silizium-Photonik-Schaltkreise (SiPH) monolithisch auf demselben Chip integriert und dabei die Skalierbarkeit, Effizienz und strenge Prozesskontrolle der 300-Millimeter-Siliziumfertigung nutzt. 

GF hat diese innovative Technologie qualifiziert, um den Anforderungen der dringendsten, komplexesten und schwierigsten Herausforderungen von heute und morgen in Bereichen wie der Verbindung von Rechenzentren, optischen Netzwerken, photonischer Datenverarbeitung, Fiber-to-the-Home (FTTH) und Co-Packaged-Optik gerecht zu werden. Was ist der nächste Schritt, um die Silizium-Photonik in die Hände der Hersteller und letztlich der Kunden zu bringen? 

Die Schaffung eines End-to-End-Ökosystems für Silizium-Photonik ist entscheidend für die Expansion der Photonik-Technologien von GF auf dem Markt. GF arbeitet mit Branchenführern in den Bereichen Packaging, EDA-Tools und anderen wichtigen Kategorien für sein Silizium-Photonik-Portfolio zusammen, um dieses End-to-End-Ökosystem zu schaffen, das es seinen Kunden ermöglicht, innovative Chips zu entwickeln und herzustellen. 

Ein solcher Industriepartner ist Fabrinet, ein führender Anbieter fortschrittlicher optischer Verpackungen und präziser optischer, elektromechanischer und elektronischer Fertigungsdienstleistungen für Erstausrüster komplexer Produkte wie optische Kommunikationskomponenten, Module und Subsysteme, Automobilkomponenten, medizinische Geräte, Industrielaser und Sensoren. Fabrinet hat das Fachwissen von GF kombiniert, um passiv ausgerichtete Faserarrays mit hoher Faseranzahl für die Lichtein- und -ausgabe von unserem Silizium-Photonik-Die zu ermöglichen. Diese Entwicklung nutzt Fabrinets bewährtes Fertigungs-Know-how in Bezug auf optische Komponenten und Baugruppen sowie Co-Packaged-Optik, die Transceiver überflüssig macht, indem Silizium-Schaltkreise zusammen mit der Optik in das Modul oder Gehäuse integriert werden. 

Durch die Verwendung von Silizium-Photonik-Mustern von GF und die Weitergabe seines Fachwissens im Bereich der Prozesstechnologie hat Fabrinet nun die Fähigkeit zur Faseranbindung für den 90-nm-Silizium-Photonik-Prozess demonstriert. Dies zeigt die vollständige Herstellbarkeit und Machbarkeit der GF Fotonix-Technologie. 

Die beiden Unternehmen arbeiten auch zusammen, um Glasfaseranschlüsse für die 45-nm-Plattformtechnologien von GF, einschließlich der Silizium-Photonik-Wafer von GF Fotonix, einzuführen, die bis Ende 2022 vollständig getestet und qualifiziert sein sollen. 

Die von Fabrinet mit Unterstützung von GF entwickelten Wafer mit Fiber-Attach werden bis Ende 2022 vollständig nach dem Telcordia-Industriestandard qualifiziert sein. 

Warum ist diese Zusammenarbeit zur Ermöglichung der Glasfaseranbindung so wichtig? Die Silizium-Photonik wird als großer Durchbruch bei der Herstellung von Siliziumchips gepriesen. Der Prozess, um hochentwickelte Chips von der Produktion in Produkte zu überführen, ist äußerst komplex. Dieser Prozess beginnt mit der Verfügbarkeit des Siliziums und stützt sich auf ein Ökosystem, das EDA-Tools, Design-Kits, Software, Verpackungsinnovationen, Testwerkzeuge und andere Elemente bereitstellt, um eine vollständige Siliziumlösung zu erhalten. 

Da Chips, die auf Silizium-Photonik basieren, noch in diesem Jahr in großen Stückzahlen verfügbar sein werden, erwartet die Branche eine erhebliche Zunahme bei Anwendungen wie z. B.: 

• Leistungsstarkes Rechnen 
• Optische Quanteninformatik 
• Künstliche Intelligenz 
• Telekommunikation 
• Vernetzung 
• Virtuelle und erweiterte Realität 
• Verteidigung und Luft- und Raumfahrt 

Fabrinet bietet ein breites Spektrum an fortschrittlichen optischen und elektromechanischen Fähigkeiten über den gesamten Herstellungsprozess, einschließlich Prozessdesign und -technik, Lieferkettenmanagement, Herstellung, fortschrittliche Verpackung, Integration, Endmontage und Prüfung. Fabrinet konzentriert sich auf die Produktion von hochkomplexen Produkten in jedem Mix und jedem Volumen. Fabrinet unterhält Entwicklungs- und Produktionsressourcen und Einrichtungen in Thailand, den Vereinigten Staaten von Amerika, der Volksrepublik China, Israel und dem Vereinigten Königreich. Weitere Informationen finden Sie unter: www.fabrinet.com. 

GF baut sein Ökosystem für Silizium-Photonik aus und wird an dieser Stelle über diese und andere Entwicklungen im Bereich Silizium-Photonik berichten, um die Markteinführung für Kunden zu beschleunigen. Achten Sie auf Neuigkeiten rund um Laser-Attach, das Stapeln von Chips und die Ermöglichung von On-Chip-Kupferanschlüssen und mehr.

Forscher der University of California, Santa Barbara, gehen mit GF Fotonix™ an die Grenzen

von Gary Dagastine 

In früheren Beiträgen haben wir einige der Kooperationen vorgestellt, die GlobalFoundries (GF) im Rahmen seines University Partnership Program (UPP) mit führenden akademischen Forschern unterhält. Diese Kooperationen sind wichtig, weil sie zu Proofpoints und Referenzdesigns für neue Anwendungen der differenzierten Technologien von GF führen. Sie ergänzen die Arbeit der internen Forschungs- und Entwicklungsteams von GF. 

Die kürzlich vorgestellte GF Fotonix™-Plattform profitiert in vielerlei Hinsicht von der akademischen Forschung, wie wir später in diesem Blogbeitrag erfahren werden. GF Fotonix integriert hochleistungsfähige CMOS-, Hochfrequenz- (HF) und Photonik-Komponenten monolithisch auf einem Chip und hat das Potenzial, viele bestehende Technologien zu verändern. 

Mit GF Fotonix können Kunden innovative elektro-optische Lösungen entwickeln und dabei die Vorteile der 300-mm-Silizium-Fertigungsprozesse von GF nutzen, die innovative Packaging-Lösungen und die für den Erfolg notwendigen Design-Tools ermöglichen. 

Neue elektro-optische Lösungen werden dringend benötigt, da die Datenmengen durch den digitalen Wandel der Gesellschaft exponentiell ansteigen. Elektronikbasierte Lösungen allein können mit dem Bedarf an mehr Kapazität, Geschwindigkeit und Energieeffizienz in Rechenzentren und in der gesamten Kommunikationsinfrastruktur nicht Schritt halten. Photonische oder lichtbasierte Lösungen bieten viele Vorteile, aber es war bisher schwierig, Elektronen und Photonen in einer hochintegrierten, zuverlässigen und kosteneffizienten Weise zusammenzubringen. 

Nicht mehr. "GF Fotonix ist ein großer Schritt in der Systemintegration, denn zum ersten Mal werden Millimeterwellen-Schaltkreise (mmWave) und digitale Systeme mit photonischen Bausteinen auf demselben Stück Silizium integriert. Dies eröffnet viele neue System- und Produktalternativen, zunächst für die Entwicklung optischer Verbindungen der nächsten Generation für Rechenzentren und schließlich für die Disaggregation des Rechenzentrums", so Ted Letavic, GF Corporate Fellow, der das Silicon Photonics Technology Solutions Team von GF leitet und die GF Labs mit Innovationen und technischer Führung versorgt. 

"Wie Sie sich vorstellen können, war es eine schwierige Herausforderung, die Steuerelektronik der 300-GHz-Klasse und die photonischen Elemente so zu gestalten, dass sie gut zusammenspielen", sagte er. Die Integrationsbemühungen von GF wurden durch Praxistests und Benchmarking-Arbeiten unterstützt, die unter anderem von den Professoren James Buckwalter und Clint Schow an der University of California, Santa Barbara (UCSB) durchgeführt wurden. 

Freiform-Design in Silizium 

Neben seiner Nützlichkeit für optische Verbindungen der nächsten Generation, so Letavic, enthält GF Fotonix neuartige photonische Elemente, die zur Entwicklung neuer photonischer Lösungen direkt in Silizium führen werden. 

"Eine andere Gruppe unserer Universitätspartner erforscht den Einsatz mathematischer Designtechniken, um die photonische Leistung zu erhöhen und völlig neue Anwendungen zu erschließen", sagte Letavic. "Diese Techniken werden auch als inverses Design, optisches Transformationsdesign oder Subwellenlängen-Design bezeichnet. Im Wesentlichen entscheidet man, wie sich das Licht in einem photonischen System bewegen muss, um die gewünschte Funktion zu erfüllen, und erstellt dann eine Reihe mathematischer Ausdrücke - ähnlich wie bei der Rückwärtsausbreitung in neuronalen Netzen -, die eine Reihe von physikalischen Koordinaten ergeben, die auf eine physikalische Form in Silizium abgebildet werden, die die gewünschte Leistung erbringt." 

GF und seine universitären Partner haben gute Fortschritte beim Nachweis der Genauigkeit von Strukturen gemacht, die mit diesem Ansatz gebaut wurden. "Wir sind inzwischen so weit, dass wir unsere Process Design Kits (PDKs) und andere Design-Tools so optimieren, dass wir diese 'inversen' Techniken in unseren Design-Flow integrieren können. 

"Es ist wirklich eine völlig neue Art, darüber nachzudenken, wie man Dinge in Silizium entwirft, und stellt das traditionelle photonische Design in seinem Kern in Frage", sagte Letavic. "Es führt uns zu dem, was wir als Freiform-Design bezeichnen, bei dem man jede beliebige Struktur entwerfen kann, die man sich wünscht, und solange sie unseren Grundregeln entspricht, können wir sie bauen. Das ist ein großer Fortschritt, der unseren Kunden neue kreative Möglichkeiten eröffnet, und es ist auch kosteneffizient, weil wir unseren foundry Fluss nicht ändern müssen."  

GF arbeitet mit weiteren universitären Partnern zusammen, um völlig neue Bereiche der Photonik zu erforschen, z. B. photonisches Computing, photonisches Quantencomputing und biomedizinische Anwendungen. "Diese Forschungsteams führen Studien durch, um Zukunftsfragen zu beantworten wie: 'Welche Elemente werden benötigt, um photonisches Quantencomputing in Silizium zu ermöglichen?' 'Wie würde ein COVID-19-Sensor aussehen, wenn er auf Photonik basieren würde? Wir arbeiten zusammen, um zu verstehen, wie GF-Technologien eingesetzt werden können, um diese neuen Grenzen zu überwinden", sagte er. 

Langjährige akademische Partner 

Die Universität von Kalifornien, Santa Barbara, ist eine Hochburg der Forschung im Bereich der Hochfrequenz- und Mixed-Signal-Technologien, und niemand ist ein besseres Beispiel für diesen Schwerpunkt als die beiden dortigen Partner von GF, die Professoren James Buckwalter und Clint Schow. Beide verbindet eine langjährige Zusammenarbeit mit GF, und sie sind auch Partner bei bestimmten Projekten von GF. 

Buckwalter, ein IEEE Fellow, erforscht Hochfrequenz-Bauelemente an der Schnittstelle von RF, mmWave und Photonik, für Front-End-Schnittstellen, Signalverarbeitung und mmWave-Kommunikation bei 140/220 GHz. Zu den Technologien, die er seit vielen Jahren einsetzt, gehören die FD-SOI- (GF FDX™) und SiGe-Prozesse von GF. "Ich habe im Laufe meiner Karriere mehr als 30 Master- und Doktoranden ausgebildet, die alle mit den Technologien von GF gearbeitet haben und dieses Wissen mit zu ihren Arbeitgebern nehmen", sagte er. 

Schow hingegen hat eher einen photonischen Hintergrund. Als IEEE- und OSA-Fellow arbeitete er zweimal bei IBM, wo er sich mit Technologien vertraut machte, die heute zum Portfolio von GF gehören, wie etwa die 90WG-Silizium-Photonik-Plattform und SiGe BiCMOS. Er arbeitete auch für ein Startup-Unternehmen für abstimmbare Laser in Santa Barbara, was ihn dazu brachte, an der UCSB zu lehren. "Ich habe schon immer an die Technologien von GF geglaubt", sagt er. 

Mehr als die Summe seiner Teile 

Buckwalter sagte, dass sie in ihrer Forschung photonische Geräte und elektronische Schaltungen nicht als zwei getrennte Dinge betrachten, sondern als Elemente eines Werkzeugkastens, die auf verschiedene Weise zusammengesetzt werden können, um Probleme zu lösen, und GF Fotonix hilft ihnen, diesen Ansatz voranzutreiben. 

"Wir haben auf dieses Co-Design hingearbeitet, bei dem wir die photonischen Elemente aufbrechen und sie zum Beispiel als kleine Segmente in elektronische Verstärker einbauen", sagte er. "Wir behandeln sie nicht als getrennte Einheiten, wir brechen einfach alles auseinander, mischen es und setzen es wieder zusammen. Letztendlich denke ich, dass diese Hybridisierung von photonischen und elektronischen Elementen in fünf oder 10 Jahren die Art und Weise sein wird, wie das Design im Hochfrequenzbereich durchgeführt wird. Es geht darum, zwei Dinge zusammenzubringen, um etwas zu erhalten, das mehr ist als die Summe der Teile." 

Laut Schow sind die Design-Handbücher von GF in dieser Hinsicht eine große Hilfe. "Sie waren immer fantastisch und haben uns sehr dabei geholfen, die Grundregeln herauszufinden, damit wir innerhalb dieser Richtlinien forschen können. Sie haben uns geholfen, Dinge wie kundenspezifische Heizelemente zu bauen, die zwar wie Low-Tech-Geräte klingen, aber der Schlüssel zum Tuning von Schaltungen sind, sowie kundenspezifische Phasenschieber zur Optimierung der Leistung. Vom Standpunkt des Verständnisses des physikalischen Designraums aus betrachtet, war es eine großartige Erfahrung", sagte er. 

Kohärente optische Kommunikation mit geringer Leistung 

Ein gutes Beispiel für ihren hybriden Ansatz ist ein Projekt der beiden, das sich mit der Erzeugung und Erkennung von Breitbandwellenformen für den Einsatz von kohärenter Optik in Rechenzentren befasst. Die Technologie der kohärenten Optik wird als Möglichkeit gesehen, die Datenmenge, die Licht durch ein Glasfaserkabel in einem Rechenzentrum transportieren kann, drastisch zu erhöhen, indem die Amplitude und Phase des Lichts moduliert (d. h. geändert) und über zwei verschiedene Polarisationen übertragen wird.

Dazu ist eine digitale Signalverarbeitung sowohl beim Sender als auch beim Empfänger erforderlich, und die Forscher nutzen GF Fotonix für diese Arbeit. "Die kohärente Optik wird bereits für die Datenübertragung über große Entfernungen eingesetzt, was jedoch sehr viel Energie erfordert. Unser Ziel ist es, den Energieverbrauch so gering zu halten, dass er für Kurzstrecken-Kommunikationsverbindungen in Rechenzentren verwendet werden kann, um die Netzwerkarchitektur zu verbessern", so Schow. 

"Der Aufbau kompletter kohärenter Link-Subsysteme ist jedoch sehr schwierig. Auf der Elektronikseite braucht man sehr effiziente Hochschwingungstreiber, die mit photonischen Modulatoren integriert sind, um Signalwellenformen zu erzeugen, und auf der Empfängerseite braucht man einen vollständigen photonischen Hybrid, um die Wellenformen zu trennen und mit der Hochgeschwindigkeitselektronik zu verbinden", sagte er. "Es gibt also auf beiden Seiten hochintegrierte Schaltkreise; in der Mitte befinden sich hochintegrierte photonische Schaltkreise, die so konzipiert sein müssen, dass sie mit den Empfänger-/Sender-Subsystemen zusammenarbeiten; und sie müssen auch als vollständiges Bindeglied fungieren, das alles zusammenführt. 

"Dies zwingt uns als Fakultätsberater und auch unsere Studenten dazu, einen breiten Überblick zu haben. Ich denke, dass die Studierenden gut gerüstet sind, um in der Branche etwas zu bewegen, und natürlich werden sie alle mit den GF-Technologien vertraut sein, die dies möglich machen", so Schow. 

Blick nach vorn 

Buckwalter sagte, dass die mit mmWave-Elektronik integrierte Silizium-Photonik in Zukunft in vielen Bereichen eine immer wichtigere Rolle spielen wird. Einer davon ist der unaufhaltsame Vormarsch der drahtlosen mmWave-Kommunikation auf Frequenzen von 200 GHz-300 GHz und darüber. 

"Es gibt eine Kluft zwischen den oberen Bereichen des mmWave-Spektrums und den Wellenlängen des infraroten und sichtbaren Lichts. Die Silizium-Photonik wird hier eine sehr wichtige Rolle spielen, weil die Verluste bei diesen Frequenzen so groß sind, dass eine Kombination aus Photonik und Elektronik erforderlich ist, um Informationen verlustarm zu übertragen", sagte er.

"Und während es eine Menge interessanter Anwendungen für mmWave-fähige Photonik geben wird, wird es auch andersherum funktionieren: Photonik ermöglicht mmWave. Für die Mobilfunknetze der Zukunft müssen wir zum Beispiel einen immer höheren Dynamikbereich über extrem große Bandbreiten aufweisen, und die Elektronik allein kann diese Herausforderungen niemals bewältigen", so Buckwalter. 

Schow sagte, dass die Integration von Elektronik und Photonik unvermeidlich ist, egal ob es sich um eine hybride Art der Integration handelt, bei der die Dinge nahe beieinander liegen und dicht aneinander gepackt sind, oder um einen monolithischen Ansatz. 

"Die etablierte Art, Dinge zu tun, will nie sterben. Aber ich denke, wir sehen das gerade jetzt", sagte er.