Die ersten 10 Jahre von GLOBALFOUNDRIES waren von bedeutenden Fortschritten, aber auch von einigen Wachstumsschmerzen geprägt, wie wir in Teil 1 dieser Serie beschrieben haben, sowie von einer grundlegenden Neuausrichtung der Unternehmensstrategie, wie in Teil 2 beschrieben. In diesem dritten und letzten Teil werden wir uns ansehen, wie sich GF mit einem neu gefundenen Sinn für Identität und Ziele neu aufstellt, um von den grundlegenden Veränderungen in der Halbleiterindustrie zu profitieren.

von Gary Dagastine

Viele Menschen außerhalb unserer Branche bezeichnen Halbleiter als "Computerchips". Ein Begriff, den man vielleicht abschaffen sollte, wenn man bedenkt, dass Halbleiter zunehmend nicht nur für die traditionelle Datenverarbeitung eingesetzt werden, sondern in einer explodierenden Zahl und Vielfalt von Anwendungen in praktisch allen Bereichen menschlichen Handelns, in denen Daten sinnvoll genutzt werden können. Tragbare Fitnessgeräte, zunehmend autonom fahrende Autos und sprachgesteuerte persönliche Assistenten sind nur einige Beispiele.

Diese vielfältigen und schnell wachsenden Anwendungen erfordern Halbleiterlösungen, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind. Daher ist es von größter Wichtigkeit, Funktionen wie 5G-fähige Hochfrequenz- (RF) und mmWave-Fähigkeiten, niedrigen Stromverbrauch, eingebettete nichtflüchtige Speicher, Hochspannungsfähigkeiten, Silizium-Photonik, fortschrittliches Packaging und andere in kosteneffiziente Lösungen integrieren zu können.

GLOBALFOUNDRIES befindet sich zu Beginn des zweiten Jahrzehnts seines Bestehens in einer beneidenswerten Position, um solche spezialisierten Anforderungen zu erfüllen. Das Unternehmen verfügt über 15 knotenbasierte Technologieplattformen, 14 einzigartige und/oder klassenbeste Anwendungsfunktionen und Tausende von Titeln in seinem Ökosystem des geistigen Eigentums (IP). Zusammengenommen ermöglichen diese Vorzüge GF, buchstäblich Zehntausende von verschiedenen Anwendungslösungen anzubieten. GF nennt diese Formulierung seine Innovationsgleichung, und keine andere Spezialität foundry auf dem Planeten hat etwas, das ihr nahe kommt.

Diese Angebote werden durch die Abkehr von der extremen Skalierung, die GF-CEO Tom Caulfield im vergangenen Jahr eingeleitet hat, noch verstärkt. Der Schwenk hat das Unternehmen neu positioniert, indem es seine Ressourcen von der Entwicklung der 7nm-Technologie weg und hin zu umfassenderen und intensiveren Bemühungen um weitere Innovationen für die bereits im Portfolio befindlichen Plattformen verlagert hat. Auf diese Weise schafft GF einen Mehrwert für seine Kunden, ohne dramatisch teurere Fertigungsprozesse einzuführen.

Neue Märkte bringen neue Chancen

Im Rahmen der laufenden Umstrukturierung des Unternehmens hat GF vor kurzem drei strategische Geschäftseinheiten geschaffen, die sich jeweils auf bestimmte wachstumsstarke Halbleitermärkte konzentrieren. GF definiert sie als Automotive, Industrial and Multi-market(AIM), Mobile and Wireless Infrastructure(MWI) und Computing and Wired Infrastructure(CWI).

Diese Märkte werden unter anderem durch Megatrends wie das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing, künstliche Intelligenz/Maschinenlernen (AI/ML), 5G-Kommunikation und den verstärkten Einsatz von Elektronik in Automobilsystemen angetrieben.

"So schnell, wie diese Endmärkte jetzt wachsen, glauben wir, dass die Möglichkeiten für uns in diesen Segmenten noch schneller wachsen werden, da immer mehr Geräte miteinander verbunden werden", sagte Ted Letavic, Chief Technology Officer und Vice President von CWI bei GF, der die Entwicklung aller drei neuen strategischen Geschäftseinheiten geleitet hat. "Unsere spezialisierten Anwendungslösungen ermöglichen und profitieren von diesen Entwicklungen".

GF schätzt, dass etwa 47 Milliarden Dollar des foundry Geschäfts innerhalb dieser Märkte mit Lösungen in dem Bereich adressiert werden können, in dem es spielt - am oder oberhalb des 12-nm-Technologieknotens. Davon entfallen 24 Mrd. USD auf die AIM-Geschäftsmöglichkeiten, während MWI und CWI 15 Mrd. USD bzw. 8 Mrd. USD ausmachen.

Das AIM-Marktsegment umfasst Anwendungen wie das Internet der Dinge (IoT), das Netzwerke verbundener Geräte in unserer Umgebung umfasst, die Daten erfassen, speichern und übertragen. Automobilanwendungen sind ebenfalls in diesem Segment enthalten und ermöglichen Funktionen wie fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme, Fahrzeugradar, Antriebssteuerung und viele andere.

Im MWI-Marktsegment ist die Einführung der 5G-Mobilfunkkommunikation ein wichtiger Treiber. Die geringere Latenzzeit und die rasend schnellen Datenübertragungsgeschwindigkeiten werden voraussichtlich eine universelle mobile Konnektivität ermöglichen, die Datenübertragungskosten für Netzbetreiber drastisch senken und eine Vielzahl neuer Anwendungen hervorbringen. Schätzungen zufolge werden bis zum Jahr 2035 bis zu einer Billion intelligenter Geräte über 5G-Netze verbunden sein.

Das CWI-Segment hingegen wird durch das explosive Wachstum in den Bereichen Cloud Computing und künstliche Intelligenz/Maschinelles Lernen angetrieben.

Innovative GF-Lösungen ermöglichen neue Anwendungen

Innovation und Erfolg auf diesen Märkten werden nicht durch immer kleiner werdende Halbleiter vorangetrieben, sondern durch bewährte Halbleiterplattformen, die sorgfältig entwickelt und optimiert werden, um bestimmte Merkmale und Leistungen zu liefern.

"Die 7-Nanometer- und darüber hinausgehende Technologie ist für diese Marktchancen größtenteils irrelevant, was ein Hauptgrund dafür ist, dass GF seinen Fokus von der Skalierung abgewandt hat", so John Pellerin, Vice President of Global R&D Operations, RF and SiPh Technology Solutions bei GF. "Es werden andere Arten von Innovationen benötigt, die auf spezifische Anwendungen zugeschnitten sind. Wir bezeichnen diese als domänenspezifische Lösungen, und sie sind genau das Richtige für GF."

IoT-Anwendungen sind ein typisches Beispiel dafür. Typische IoT-Geräte bestehen aus einem Sensor mit einer analogen Schnittstelle, einem Speicher für die Code- und Datenspeicherung, einer RF-Fähigkeit für die Datenkommunikation, einem Prozessor für die Steuerung des Geräts und die Verarbeitung der Daten sowie sehr wahrscheinlich einer Batterie und einer Batterie-Schnittstelle. Die meiste Zeit können sich diese Geräte im Ruhezustand befinden, so dass ein extrem niedriger Leckstrom eine wichtige Voraussetzung ist. Wenn das Gerät jedoch durch ein Signal geweckt wird, muss es sofort in einen leistungsfähigeren Modus wechseln, um Daten abzurufen oder im Speicher zu speichern, sie zu verarbeiten und dann zu senden oder zu empfangen.

Ein teurer 7-nm-Bulk-CMOS-Logikchip bietet keine praktischen Vorteile für die Handhabung dieser unterschiedlichen Funktionen. Ein System-on-Chip (SoC) auf Basis der 22FDX® FD-SOI-Plattform von GF mit eingebettetem MRAM-Speicher und branchenführenden RF-Funktionen ist jedoch eine ideale Lösung. Die native Leistung und Energieeffizienz der 22FDX-Plattform kann durch die adaptive Body-Biasing-Funktion von GF weiter verbessert werden, so dass das System je nach Bedarf dynamisch auf höhere Leistung oder höhere Energieeffizienz eingestellt werden kann. Dadurch können Kunden von GF einfacher und kostengünstiger neuartige IoT-Geräte entwickeln, die im Ruhezustand Strom verbrauchen, alle erforderlichen Hochleistungsfunktionen bereitstellen und weitere notwendige Funktionen integrieren.

Cloud Computing und KI-Inferenz/Training in Rechenzentren sind ein weiteres Beispiel dafür, dass die Skalierung von Knoten weniger relevant sein kann und dass die domänenspezifischen Lösungen von GF eine wichtige Rolle spielen. So ist beispielsweise der Stromverbrauch in Rechenzentren ein großes Problem: 2007 verbrauchten sie etwa 3 Prozent der gesamten US-Stromerzeugung, aber bis 2020 wird ein Anstieg auf 7 Prozent prognostiziert. Es ist klar, dass jedes Watt zählt.

Der größte Teil des KI-Energiebudgets in Rechenzentren entfällt auf das Hin- und Herschieben von Daten zwischen Speicher und Prozessoren, weshalb zunehmend Technologien wie Compute-in-Memory eingesetzt werden, um sowohl den Energieverbrauch als auch die Latenzzeit zu reduzieren. GF entwickelt viele innovative Lösungen, die sich mit diesem Problem befassen. Eine davon ist die Senkung des Stromverbrauchs und die Steigerung der Leistung der 12LP-FinFET-Plattform von GF durch zusätzliche Funktionen wie SRAM-Speicher mit sehr niedriger Spannung (0,5 V) und Dual-Work-Funktion. Eine andere besteht darin, MRAM in einem SRAM-ähnlichen Betriebsmodus zu verwenden, mit dem Ziel, 6T-SRAM durch einen Speicher zu ersetzen, der bei geringerem Stromverbrauch die dreifache Dichte aufweist.

Silizium-Photonik ist ein weiterer wichtiger Faktor für niedrigere Latenzzeiten bei der Datenübertragung und eine höhere Energieeffizienz in Rechenzentren. Die optischen Silizium-Photonik-Chips (SiPh) von GF bieten die Möglichkeit, die Bandbreite deutlich zu erhöhen, um große Datenmengen einfacher zu übertragen und so neue Leistungsniveaus zu erreichen.

Eine weitere Innovation von GF für Rechenzentren ist die 2,5D-Packaging-Technologie. So arbeitet GF beispielsweise gemeinsam mit Enflame Technology an einem Beschleuniger für schnelle, energieeffiziente Cloud-basierte KI-Trainingsplattformen in Rechenzentren. Der KI-Beschleuniger basiert auf der 12LP-FinFET-Plattform von GF und wird zusammen mit anderen Chips in einem fortschrittlichen 2,5D-Gehäuse verpackt. So kann Enflame die gleiche Leistung erzielen wie mit einer höher skalierten Technologie, jedoch zu niedrigeren Kosten und mit mehr Flexibilität bei den Produktfunktionen.

Mitarbeiter und Partner sind der Schlüssel

Die Umwandlung von GF in ein Unternehmen, das mehr auf das Herz und die Zukunft der Halbleiterindustrie ausgerichtet ist, hat nicht in einem Vakuum stattgefunden. Die Tausenden von Mitarbeitenden von GF bringen tagtäglich technisches Fachwissen sowie Hingabe und Engagement in ihre Arbeit ein, und ohne sie wäre das Unternehmen nicht das, was es ist.

Darüber hinaus hat GF intensive Kooperationen und Partnerschaften mit externen Experten aufgebaut, die das nötige Fachwissen und die Werkzeuge bereitstellen, um sicherzustellen, dass die Kunden von GF schnell, einfach und kosteneffizient von der ersten Idee bis zum fertigen, verpackten und getesteten Produkt gelangen können.

"Einfach ausgedrückt: Wir sind ein wahrhaft kollaboratives Unternehmen foundry, und über unsere Client Enablement-Organisation sind wir offen für die Zusammenarbeit mit jedem Kunden auf jede Art und Weise, die am besten zur Erreichung seiner Ziele beiträgt", so Jim Blatchford, Vice President of Technology Enablement bei GF. "In meinen früheren Funktionen bei anderen Unternehmen war ich Kunde von praktisch jedem foundry , daher weiß ich, wie es ist, auf der anderen Seite des Schreibtisches zu sitzen. Wir wissen, was Kunden wollen, und wir sehen unsere Aufgabe darin, allen zu helfen, von großen Unternehmen, die genau wissen, was sie von Enablement erwarten, bis hin zu kleineren Kunden, die unsere Unterstützung brauchen, um ihre Technologie auf bestimmte Endmärkte abzustimmen."

Dementsprechend verfügt GF heute über mehr als 100 Partner im Ökosystem, das IP, EDA, Dienstleistungen wie Design-/Technologie-Ko-Optimierung sowie Montage und Test umfasst. Es gibt mehr als 3.400 IP-Titel für alle Technologieplattformen von GF, die von mehr als 40 IP-Partnern stammen, und weitere 1.000 IP-Titel befinden sich derzeit in der aktiven Entwicklung. In den vergangenen fünf Jahren wurden mehr als 1.500 Kundendesigns durch diese Ökosystempartner ermöglicht.

GF hat außerdem zwei Partner-Ökosysteme eingerichtet, um Kunden dabei zu helfen, die wichtigsten GF-Lösungen optimal zu nutzen. Das eine ist das FDXcelerator™-Ökosystem, das die Entwicklung von 22FDX-SoCs erleichtert und die Markteinführungszeit verkürzt. Das andere ist das RFwave™-Partnerprogramm, ein Ökosystem von Unternehmen, die sich mit GF zusammengeschlossen haben, um Kunden dabei zu helfen, die verschiedenen RF-Technologieplattformen von GF zu nutzen, um differenzierte Lösungen in kürzerer Zeit zu entwickeln und auf den Markt zu bringen, indem das Design vereinfacht wird.

Blick in die Zukunft

Die ersten 10 Jahre von GF mögen gelegentlich turbulent gewesen sein, und die Zeit wird zeigen, was das nächste Jahrzehnt für uns bereithält. Aber aus heutiger Sicht kann GF mit einer realistischen Geschäftsstrategie, einem klaren Blick auf die vor ihm liegenden Marktchancen, innovativen technischen Lösungen, die den Erfolg seiner Kunden sichern, sowie dem nötigen Humankapital und externen Partnern, die das gesamte Fachwissen und die Werkzeuge bereitstellen, die Kunden wahrscheinlich jemals benötigen werden, in die Zukunft blicken.

 

 

von Mark Granger

Der zunehmende Einsatz und die Weiterentwicklung von ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) und anderen elektronischen Systemen im Automobil tragen dazu bei, Autos und Lastwagen sicherer und energieeffizienter zu machen und ihnen gleichzeitig ein höheres Mass an Autonomie zu verleihen. Als strategischer Partner der Automobilindustrie bietet GF mehrere Technologieplattformen mit zahlreichen Merkmalen an, die zur Entwicklung hoch differenzierter Lösungen für diese Anwendungen genutzt werden. 

Ein Beispiel dafür sind Sensoren. Verschiedene Arten von Sensoren - Kameras, Radar und Lidar - geben einem Fahrzeug die Augen und Ohren, die es braucht, um die Welt um sich herum zu verstehen, aber es sind spezielle Anwendungslösungen erforderlich, um Geräte zu entwickeln, die die besten Ergebnisse liefern. So stellt beispielsweise allein das Radar viele verschiedene Anforderungen, die von seiner Position im Fahrzeug, der erwarteten Reichweite oder Entfernung und der Auflösung der erkannten Szene abhängen.

GF bietet zahlreiche Lösungen an, um die Anforderungen der Hersteller von Radargeräten zu erfüllen. Die 40LP-Plattform von GF mit mmWave-Fähigkeit ist eine hervorragende Option für Sensoren mit kurzer und mittlerer Reichweite, während die 8XP-SiGe-Technologie von GF die Lösung ist, wenn die absolut beste Reichweitenleistung erforderlich ist.

22FDX®-Plattform gewinnt an Zugkraft

Die 22FDX 22nm FD-SOI-Plattform von GF für Automotive Systems-on-Chips (SoCs), die mmWave-Leistung und digitale Integration vereint, um ein hochauflösendes Radar bei 77 GHz und darüber hinaus zu ermöglichen, hat für die nächste Generation von Kfz-Radargeräten rasch an Bedeutung gewonnen. Dies ist der "Sweet Spot" für Kfz-Radar, da die Kombination aus erstklassiger HF-Leistung und hervorragender digitaler Integration die Bildauflösung und -genauigkeit deutlich verbessert.

Der Schlüssel zu ihrer Beliebtheit liegt darin, dass die 22FDX-Plattform eine hohe Leistungszusatzeffizienz (PAE) ermöglicht, d. h. sie bietet eine hohe Ausgangsleistung, auch wenn sie mit geringer Leistung arbeitet - ein entscheidender Vorteil, da der Gesamtanteil der Elektronik in Fahrzeugen weiter zunimmt. Die hohe PAE der Plattform reduziert das Wärmebudget und macht sie zu einer vielseitigen Lösung für den Einsatz im gesamten Fahrzeugchassis und in der Karosserie an Stellen, an denen die Wärmeleistung eine Schlüsselanforderung darstellt, wie z. B. bei Radarsensoren, die in Schaumstoffstoßstangen eingebettet sind.

Die 22FDX-Plattform von GF bietet Herstellern von Kfz-Radarsystemen erhebliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen 28-nm-Bulk-CMOS-Technologie
Quelle: GF

Darüber hinaus hilft das umfangreiche 22FDX-IP-Portfolio, das GF und seine Partner entwickelt haben, um die strengen Anforderungen der Automobilindustrie zu erfüllen, den Kunden dabei, ihre Design- und Time-to-Market-Ziele zu erreichen und gleichzeitig Null-Ausschläge und Null-Fehler zu erzielen. Es ist über die AutoPro™-Lösungen von GF und die Zulieferer der Automobilindustrie erhältlich. Die Grundlage für alles ist natürlich das Werk 1 von GF in Dresden, Deutschland, wo 22FDX-Produkte hergestellt werden. Es entspricht vollständig den Qualitätsstandards der IATF 16949.

All dies hat dazu geführt, dass die Zahl der Aufträge von 22FDX an Automobilhersteller und deren Zulieferer drastisch gestiegen ist. Allein für das Kfz-Radar wurden fast 30 Testdesigns auf Multiprojekt-Wafern (MPWs) durchgeführt, und im letzten Jahr wurden drei weitere vollständige Produktdesigns begonnen. 

Foundry Referenzentwurf Proof Point

Dennoch sind viele potenzielle Kunden, die sich für die nächste Generation des Kfz-Radars interessieren, noch relativ wenig mit dieser Technologie vertraut. Sie reichen von Automobilherstellern und etablierten Zulieferern, die sich intensiver mit der Entwicklung elektronischer Komponenten befassen, bis hin zu einer wachsenden Zahl von Start-ups, die versuchen, eine Reihe innovativer und bahnbrechender Technologien auf den Markt zu bringen.

Um sie dabei zu unterstützen, hat GF ein foundry Referenzdesign für einen 77GHZ-Radar-Transceiver erstellt, das nicht nur die einzigartigen und überzeugenden Vorteile der 22FDX-Plattform veranschaulicht, sondern auch zeigt, dass AutoPro-Lösungen zu einer ausgezeichneten Korrelation zwischen selbst den komplexesten Schaltungsdesignmodellen und den darauf basierenden Bauteilen führen.

Der 22FDX-basierte Transceiver, der unter Verwendung des Referenzdesigns foundry hergestellt wurde, zeigte modernste Leistungsmerkmale für Radarsysteme der nächsten Generation. Dazu gehören ein Betriebsbereich von 76 GHz bis 81 GHz, ein Empfängerrauschen von 16 dB (bei 10 MHz) und eine maximale Ausgangsleistung von 13 dBm mit nur 2 dB Abweichung über einen Betriebstemperaturbereich von -20⁰C bis 125⁰C.

Dieses foundry Referenzdesign für einen 77-GHz-Radar-Transceiver, der mit der 22FDX-Plattform von GF hergestellt wurde, zeigt, dass es die Design-KPIs (Key Performance Indicators) mit einer hervorragenden Modell-Hardware-Korrelation erfüllt.
Quelle: GF

Silizium ist die Grundlage

Die Automobilelektronik ist ein wirklich spannender Bereich, der sich in einem noch nie dagewesenen Tempo entwickelt und verändert. Die Rechen-, Sensor- und Steuerungsleistung in Fahrzeugen nimmt weiter zu, während sich das Konzept des "intelligenten Autos" zur Realität entwickelt. Die AutoPro-Lösungen von GF bilden die Grundlage für die Siliziumtechnologie, die für diese Entwicklung erforderlich ist.

Mark Granger ist Vizepräsident für die Entwicklung des Automobilgeschäfts bei GLOBALFOUNDRIES.