von: Wallace Pai

Anfang dieses Jahres kündigte GLOBALFOUNDRIES Pläne an, in Chengdu, der Hauptstadt der Provinz Sichuan im Südwesten Chinas, in einem Joint Venture mit der Stadtverwaltung von Chengdu eine 300-mm-Fabrik zu bauen.

Wir haben dies getan, um uns die Tatsache zunutze zu machen, dass sich die chinesische Halbleiterindustrie im Umbruch befindet. Die nationale Notwendigkeit besteht darin, die Selbstversorgung mit Halbleitern in den nächsten Jahren drastisch zu erhöhen, denn obwohl China der am schnellsten wachsende Halbleitermarkt der Welt ist, muss das Land derzeit etwa 80 Prozent der Chips importieren, die in den von chinesischen OEMs hergestellten Geräten verwendet werden.

Chengdu sieht diesen Schritt in Richtung Autarkie als Chance, sich zum Silicon Valley der aufstrebenden chinesischen Halbleiterindustrie zu entwickeln. Während Touristen die alte Stadt wegen ihrer riesigen Pandas, ihres scharfen Essens, ihres kulturellen Erbes und ihrer natürlichen Attraktivität kennen, ist sie aus geschäftlicher Sicht eine durch und durch moderne, kosmopolitische Stadt mit einer Infrastruktur von Weltklasse, einer geschäftsfreundlichen Einstellung und einer großen, technologisch versierten Arbeitnehmerschaft.

Viele ausländische multinationale Unternehmen wie Intel, Texas Instruments und Siemens sind dort angesiedelt, ebenso wie große asiatische Unternehmen wie Foxconn, das dort etwa zwei Drittel der weltweiten iPads herstellt.

Dementsprechend bietet Chengdu attraktive Finanz-, Bildungs- und andere Anreize für potenzielle Industriepartner mit dem Ziel, ein komplettes Ökosystem für Chipdesign und -herstellung für den chinesischen Markt zu entwickeln.

Das eröffnete GF eine unglaubliche Chance, nicht nur die von den Elektronikherstellern des Landes benötigten Chips herzustellen, sondern auch eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung der sich entwickelnden chinesischen Halbleiterindustrie als vertrauenswürdiger Partner mit einzigartig vorteilhaften, erstklassigen technischen Ressourcen zu spielen.

Daher haben wir uns trotz des starken Interesses aus anderen Städten für den Bau unserer Fabrik in Chengdu entschieden. Fab 11 wird nach Fertigstellung im nächsten Jahr die größte und eine der modernsten 300-mm-Fabriken in China sein und das Zentrum unserer 22FDX®-Produktion für diesen Markt bilden.

Zunächst werden wir dort Mainstream-Technologien von 130nm-180nm mit einer Kapazität von 20.000 Waferstarts pro Monat (wspm) produzieren. In der zweiten Hälfte des Jahres 2019 werden wir dann mit der Volumenproduktion unserer hochdifferenzierten 22FDX (FD-SOI)-Technologie beginnen, mit einer voraussichtlichen Kapazität von 65.000 wspm. Letztendlich werden rund 3 500 Mitarbeiter in Fab 11 tätig sein.

Fab 11 ergänzt die Ressourcen, die wir bereits in China haben. Wir haben vor einigen Jahren mit einem Vertriebsbüro in Shanghai begonnen, in dem heute 50 Mitarbeiter in verschiedenen Funktionen tätig sind, darunter Anwendungsingenieure vor Ort, Vertrieb, Marketing und andere technische Supportfunktionen.

Durch die Übernahme von IBM Microelectronics können wir nun aber auch ein hochdifferenziertes Portfolio von RF-Technologien und ein sehr großes ASIC-Design-/Entwicklungsteam mit etwa 150 Mitarbeitern in Shanghai und weiteren 40-50 in Peking anbieten. Da unser ASIC-Geschäft weiter wächst, werden auch diese Zahlen steigen. Dieses ASIC-Angebot ist sehr leistungsfähig und umfasst eines der branchenweit breitesten Angebote an ASIC-Designdienstleistungen, differenziertem geistigem Eigentum (IP), kundenspezifischem Silizium und fortschrittlichem Packaging für echte End-to-End-Lösungen.

Aufbau eines 22FDX-Ökosystems, Nutzung der ASIC-Fähigkeiten

Die Regierung von Chengdu sieht unsere 22FDX-Technologie zu Recht als einen entscheidenden Vorteil in ihren Bemühungen, ein Schwerpunkt der wachsenden chinesischen Chipindustrie zu werden, und unsere Präsenz als Magnet, der noch mehr Technologieunternehmen anziehen und die Stadt zu einem internationalen Kompetenzzentrum für Halbleiter machen wird.

Das liegt daran, dass der 22FDX mit seiner einzigartigen Kombination aus Leistung, HF-Fähigkeiten, Stromverbrauch, Größe und Kosten perfekt zu den Endmärkten passt, auf die sich China konzentriert - batteriebetriebene, drahtlose Computergeräte für mobile Anwendungen, Internet of Things (IoT), Fahrerassistenz/autonomes Fahren und 5G-Anwendungen.

Über die Fertigung hinaus helfen wir zusammen mit unserem Joint-Venture-Partner bei der Entwicklung eines ganzen 22FDX-basierten Ökosystems, das IP-, EDA- und Designdienstleistungsunternehmen umfasst, die in Zukunft unsere Kunden und Partner sein werden. Dieses Ökosystem wird bei der späteren Einführung der 22FDX-Technologie in China eine entscheidende Rolle spielen, da diese Unternehmen bereits wissen, wie sie damit arbeiten können und mit den Vorteilen vertraut sind, die sie bei der Entwicklung innovativer elektronischer Produkte haben.

So gibt es in China beispielsweise mehr als 700 fabriklose Halbleiterunternehmen, und diese Zahl wächst schnell. Einige sind zwar technisch fortgeschrittener als andere, aber insgesamt besteht ein großer Bedarf an fachkundiger Hilfe und technischer Unterstützung. Unsere ASIC-Ingenieure vor Ort arbeiten bereits mit einigen dieser Unternehmen an 22FDX-Projekten, was bedeutet, dass wir für diese Technologie bereits einsatzbereit sind, obwohl Fab 11 selbst noch im Bau ist.

Im gesamten Großraum China reichen unsere bestehenden Kunden von Tier-One-Unternehmen bis hin zu vielen dieser kleineren Unternehmen, aber da wir weitere Fähigkeiten und Technologien wie 22FDX einführen, eröffnen sich Möglichkeiten bei Kunden, die wir vorher nicht bedienen konnten.

Das ist erst der Anfang

Die chinesische Halbleiterindustrie steckt wirklich erst in den Kinderschuhen. Im ganzen Land werden derzeit mehr als 10 Fabriken gebaut, darunter auch unsere, und es wird eine ganze industrielle Infrastruktur aufgebaut.

So gesehen ist unsere neue Fabrik nicht einfach nur eine Produktionsstätte, sondern ein greifbares Symbol für eine glänzende Zukunft für uns in China.

von: Dave Eggleston

There’s been a lot of news recently about embedded MRAM (eMRAM), and for good reasons.  The technology is rapidly accelerating from research and development to commercialization at multiple foundries, and is now being adopted by chip designers. Most notably, GLOBALFOUNDRIES just announced the availability of its 22FDX® 22nm FD-SOI eMRAM for system-on-chip (SoC) designers, with released PDKs, off-the-shelf macros, and MPWs for customer prototyping. With risk production expected from GF and other foundries by the end of 2018, MRAM is shaping up to be a big technology and market disruptor right now, promising to replace embedded Flash, and augment SRAM in MCUs and SoCs for automotive, IoT, consumer and industrial systems. Over the horizon, FinFET processes with eMRAM will also appear, bringing new capabilities to future storage, networking and data center systems.

Aufgeladene Leistung

Die MRAM-Technologie befindet sich seit Jahrzehnten in der Entwicklung - parallel zu verschiedenen anderen nichtflüchtigen Speichern wie RRAM, Phase Change, Carbon Nanotubes und Ferroelectric - und in letzter Zeit hat eMRAM eindeutig die Führungsposition unter allen aufkommenden eingebetteten Speichertechnologien übernommen. Warum? eMRAM bietet SoC-Designern ganz erhebliche Leistungsvorteile:

• Very fast write speeds (<200ns)
• Extrem hohe Ausdauer (~10E8 Zyklen)
• Betrieb ab Logik-Vcc (keine Hochspannungspumpen erforderlich)
• Niedriger Energieverbrauch beim Schreiben (10x niedriger als eFlash)
• Kein statisches Leck in der Bitzelle (0 pA gegenüber >50pA für eine SRAM-Bitzelle)

In Verbindung mit den Leistungsvorteilen verfügt eMRAM im Vergleich zu anderen aufkommenden NVM-Optionen über einen deutlich höheren technologischen Reifegrad:

• Gut verstandene Physik des Magnetismus
• Einfacher, kontrollierbarer Schaltmechanismus (kein Umformen oder stufenweises Schreiben erforderlich)
• Geringes Auftreten von Einzelbitausfällen
• Demonstration von Multi-Mb-Arrays bei sub-28nm
• Erzielung hoher Erträge bei hervorragender Zuverlässigkeit
• Vollständige Integration in fortschrittliche Produktionsprozesse foundry

eMRAM bietet gleichzeitig Bitdichte, Geschwindigkeit und Ausdauer, gepaart mit niedrigem Stromverbrauch und Nichtflüchtigkeit. Die kombinierten Vorteile der überlegenen Leistung und der technologischen Reife von eMRAM sind Schlüsselfaktoren für die Entscheidung der Kunden von foundry , eMRAM für ihre Sub-28nm-Produkte zu verwenden.

Auf den Straßen unterwegs

eMRAM bietet gleichzeitig Bitdichte, Geschwindigkeit und Ausdauer, gepaart mit niedrigem Stromverbrauch und Nichtflüchtigkeit. Die kombinierten Vorteile der überlegenen Leistung und der technologischen Reife von eMRAM sind Schlüsselfaktoren für die Entscheidung der Kunden von foundry , eMRAM für ihre Sub-28nm-Produkte zu verwenden.

In der Vergangenheit wurde eMRAM nicht als reif für die Kommerzialisierung angesehen, da es mehrere Hindernisse bei der Herstellung und Zuverlässigkeit gab: die Komplexität des Materials, die schlechte Datenspeicherung bei hohen Temperaturen, die Anfälligkeit für externe Magnetfelder und schließlich die schwierige und teure Herstellung.

Es sind schwierige Herausforderungen zu bewältigen, aber um den Sprung von einer unzuverlässigen zu einer zuverlässigen Technologie zu schaffen, hat sich die Branche direkt mit den Problemen der Materialien und der Fertigungskomplexität befasst. Im Rahmen dieser Bemühungen haben die großen Hersteller von Fertigungsanlagen zusammen mit den Gießereien Pionierarbeit bei der Entwicklung von eMRAM-spezifischen PVD- und Ätzanlagen geleistet, die einen Durchsatz von 20 Wafern pro Stunde erreichen, was wettbewerbsfähige Herstellungskosten ermöglicht.

Darüber hinaus hat GF die Zuverlässigkeit von eMRAM durch die Modifizierung der magnetischen Materialien verbessert, um eine hervorragende Datenspeicherung und magnetische Immunität zu gewährleisten:

• Weniger als 10ppm Bitfehlerrate durch 260°C Löt-Reflow
• 15 Jahre Datenerhalt bei 125°C
• Mehr als 1000 Oe magnetische Immunität

Mit anderen Worten: Viele der früheren Hindernisse für die Kommerzialisierung von eMRAM sind jetzt überwunden - durch die gemeinsamen Anstrengungen der Foundries und der großen Hersteller von Fertigungsanlagen, eMRAM zuverlässig und herstellbar zu machen.

Erhöhen Sie die "Killer-Combo"

Angesichts dieser neuen Fortschritte in Bezug auf Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit haben sich für eMRAM nun Marktchancen für große Stückzahlen eröffnet. Die Marktchancen werden mit der breiten Vermarktung von vollständig verarmtem Silizium-auf-Isolator (FD-SOI) als Substrat noch größer.

eMRAM auf FD-SOI vereint die besten Fähigkeiten seiner Klasse und stellt eine unwiderstehliche "Killer-Kombination" im Vergleich zu anderen Bulk-Silizium-Angeboten dar. Im Gegensatz zu eFlash, das in das Silizium eingebaut ist, wird das magnetische Element von eMRAM in den Metallschichten aufgebaut, so dass es einfacher in einen Logikprozess wie FD-SOI implementiert werden kann, ohne Auswirkungen auf FEOL-Transistoren. Darüber hinaus steigert eMRAM durch seine höhere Ausdauer und schnellere Schreibgeschwindigkeit die SoC-Leistung, und die niedrige Schreibenergie reduziert den Stromverbrauch um mehr als 80 Prozent (im Vergleich zu 28nm Bulk-Silizium mit eFlash).

Insbesondere die branchenführende 22FDX eMRAM-Plattform von GF bietet eine hervorragende Skalierung, herausragende RF-IP, extrem niedrige Leckraten, Power Island Control - und (endlich!) eMRAM-Makros mit eFlash- oder SRAM-Schnittstellen. Die Vielseitigkeit des 22FDX eMRAM von GF ermöglicht zum ersten Mal hocheffiziente Speichersubsysteme, die ohne Zeit- oder Energieverluste betrieben werden können und sich daher für ein breites Spektrum von Anwendungen eignen.

eMRAM ist endlich da: SoC-Entwickler können von der überragenden Leistung und technologischen Reife des 22FDX eMRAM von GF profitieren, der sich durch hervorragende Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit auszeichnet.

Entwerfen Sie noch heute Ihr Killer-Produkt mit der 22FDX "Killer Combo" von GF!

Um die 22FDX- und Embedded-Speicherangebote von GF zu testen:

• Kurzdarstellung der Embedded-Memory-Technologie von GF
• GF's VLSI Symposium Technisches Papier über eMRAM für GP-MCU-Anwendungen
• IMW-Fachbeitrag von GF über eFlash für Automotive-MCUs
• GF's 22FDX Technologie-Kurzbeschreibung

Über den Autor

Dave Eggleston

Dave Eggleston ist Vice President of Embedded Memory bei GlobalFoundries, wo er seit 2015 tätig ist. Dave Eggleston ist bei GlobalFoundries für das Geschäft mit eingebetteten flüchtigen und nichtflüchtigen Speichern sowie für die damit verbundene strategische Ausrichtung und Initiativen verantwortlich. Dave ist der ehemalige CEO und Präsident von Unity Semiconductor, einem Pionier der RRAM-Branche, der von Rambus übernommen wurde. Er hatte technische Führungspositionen bei Rambus, Micron (wo er die NAND-Systementwicklungsorganisation aufbaute und leitete), SanDisk und AMD inne. Er hält 28 Patente in den Bereichen NAND-Flash und ReRAM-Speicher der nächsten Generation, Verwendung von Speichersystemen und Großserienfertigung. Derzeit ist er im Vorstand von zwei NVM-Startup-Unternehmen. Er erhielt seinen MSEE von der Santa Clara University und seinen BSEE von der Duke University.

von: Dave Lammers

In all den Jahren, in denen ich als Technikjournalist tätig bin, habe ich selten eine so interessante Geschichte erlebt wie die, die sich im Automobilsektor abspielt. Was könnte faszinierender sein als der Wettlauf um die Abkehr von den heutigen benzinbetriebenen Autos mit allzu menschlichen Fahrern am Steuer?

Werden sich junge Menschen, die sogenannte Generation X, für autonomes Fahren und Elektroautosbegeistern? Wird die Sorge um Sicherheit, Umweltverschmutzung und natürliche Ressourcen dazu beitragen, dass EVs und ADAS-Technologien gefördert werden?

Und ja, die nationalen Regierungen konkurrieren alle darum, dass ihre heimische Automobilindustrie eine Spitzenposition einnimmt.

GF hat in der Automobilbranche eine Menge zu bieten. Als ich 1998 nach Austin zog und anfing, über die automobilen Halbleiter von Motorola zu berichten, traf ich auf Manager, die sich sehr positiv über die Unterstützung durch Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. äußerten, die jetzt zu GF gehört. Ein weiteres Plus ist die Produktionsstätte in Dresden, die sich in der Nähe der führenden europäischen Automobilhersteller befindet.

Um diese Vorteile zu nutzen, bündelt GF sie in einer neuen, auf die Automobilindustrie ausgerichteten Plattform, AutoPro™. Ziel ist es, den Kunden alle automobilen Technologielösungen und Fertigungsdienstleistungen von foundryunter einem Dach zur Verfügung zu stellen, damit sie schnell Qualitätszertifizierungen erhalten und die Zeit bis zur Markteinführung verkürzen können.

Es besteht kaum ein Zweifel daran, dass die Bemühungen zur Entwicklung von ADAS- und EV-Technologien schnell voranschreiten. Mark Granger, Vice President of Automotive Product Line Management bei GF, prognostizierte auf der GTC 2017, dass bis 2020 "ein paar hunderttausend vollautonome Autos" auf den Straßen unterwegs sein werden.

"In den nächsten 10, 20, 30 Jahren haben autonome Autos die Chance, wirklich Leben zu retten und älteren Fahrern Mobilität zu bieten. Statistisch gesehen ist der Verlust von Menschenleben auf der ganzen Welt (durch Autounfälle) gleichbedeutend mit dem Verlust einer 747 (mit Passagieren) pro Woche. Das ist eine erschütternde Statistik. Wenn wir die ADAS-Sicherheitsherausforderungen lösen können, werden wir etwas für die Welt tun."

Um dieses Ziel zu erreichen, stellte Granger eine lange Liste von technologischen Herausforderungen vor, die von Lidar über Bildverarbeitung bis hin zu 5G für den Einsatz im Automobil reichen. Zusätzlich zu ADAS wies er auf die Fortschritte bei Elektrofahrzeugen hin, die wahrscheinlich parallel dazu kommen werden.

Die Automobilindustrie, so Granger, biete "eine Reihe von Möglichkeiten, einschließlich Sensoren rund um das Auto, so dass das Auto die Welt um sich herum sehen, verstehen und darauf reagieren kann. Ein Auto wird zu einem Datenzentrum auf Rädern. Ein großer Teil der Datenverarbeitung wird im Auto stattfinden, denn niemand möchte in einem Auto sitzen, das auf eine (drahtlose) Verbindung angewiesen ist, um zu fahren, selbst in einem Parkhaus nicht.

Sanjay Jha, der CEO von GF, sprach über die Anforderungen, die ADAS-Systeme an Sensoren, Radar und ICs stellen, um ein "Echtzeit-Management" zu ermöglichen.

Ein Auto, das mit 70 Meilen pro Stunde oder 100 Fuß pro Sekunde fährt, muss in der Lage sein, Hindernisse zu sehen, eine Entscheidung zu treffen und die Bremsen zu betätigen, und das alles innerhalb eines Abstands von 100 Fuß, sagte Jha, dass die ADAS-Systeme in der Lage sein müssen, eine enorme Menge an Berechnungen innerhalb einer Millisekunde durchzuführen.

Ein ADAS-fähiges Auto wird mit Sonar und bis zu 16 Kameras pro Fahrzeug ausgestattet sein. "Das Auto muss in der Lage sein, zu bremsen, während es Daten von den Kameras aufnimmt. Das wird den Verbrauch von Quadratkilometern an Silizium in der Industrie in die Höhe treiben und den Wechsel von Von-Neumann-Architekturen zu verteiltem Rechnen mit sich bringen. Dies wird ein enormer und starker Antrieb für die Halbleiterindustrie sein.

Die22FDX®-Technologie zielt genau auf diese ADAS-fähigen Autos ab. Fab 1 in Dresden, Deutschland, und später Fab 11 in Chengdu, China, sind so positioniert, dass sie ICs für den Einsatz in Fahrzeugen liefern können.

Granger wies darauf hin, dass GF im Bereich Automotive Lidar mit Kunden sowohl an Silizium-Germanium- als auch an CMOS-basierten Lidar-Lösungen arbeitet. "Wir arbeiten in Fab 1 an 22FDX und SiGe für Langstreckenradar, 40nm CMOS oder 22 FDX für Kurzstreckenradar und 28nm oder 22nm für Kamerasensoren. Die Steuerungen für elektrische Fensterheber und andere sind auf unseren ausgereiften Knoten, und natürlich unterstützen wir mit den fortgeschrittenen Knoten die sehr umfangreichen Verarbeitungselemente, die in Autos für die zentrale Steuerung eingesetzt werden."

Insgesamt wird der gesamte verfügbare Markt (TAM) für Automobil-ICs von derzeit 35 Mrd. USD auf 54 Mrd. USD im Jahr 2023 wachsen. Der ADAS-Anteil wird mit einer 20-prozentigen CAGR wachsen, angetrieben durch Sensoren und Verarbeitungsleistung, während Analog- und Leistungselektronik immer noch einen Großteil des Marktes ausmachen.

"GF verfügt über ein breites Spektrum an Fähigkeiten und kann jeden dieser Märkte bedienen", so Granger.

Es wird interessant sein zu beobachten, welche Rolle China spielt, ein Land mit einem großen Problem der Luftverschmutzung. Die chinesische Regierung lenkt die städtischen Verbraucher in Richtung E-Fahrzeuge, indem sie die Steuern senkt und den schwierigen bürokratischen Weg zum Erwerb eines Führerscheins erleichtert.

Es wird sich zeigen, welche Unternehmen und welche Länder die Führung auf dem Markt für vernetzte Autos von morgen übernehmen werden. Mit seiner Erfahrung an seinen großen Produktionsstandorten, seiner Technologievielfalt und der neuen AutoPro-Plattform scheint GF die richtigen Werkzeuge zu haben, um seine Kunden in diesem spannenden Wettbewerb zu unterstützen.

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.

von: Dave Lammers

Als ich nach Westen flog, um an der GLOBALFOUNDRIES-Technologiekonferenz 2017 teilzunehmen, musste ich unweigerlich an eine Reise zehn Jahre zuvor denken, an die SEMICON West 2007. Im Presseraum zeigte die Technikjournalistin Katherine Derbyshire ihr brandneues iPhone, und einige von uns saßen um sie herum und sahen ihr zu, wie sie doppelt tippte, auf dem Bildschirm tippte und Kunststücke vollbrachte, die diejenigen von uns, die nur Blackberrys hatten, nicht beherrschten.

Seit einigen Jahren machen wir uns alle Gedanken über die Zukunft der Technologie. Werden die Menschen wirklich ihre Räder an ADAS-Autos übergeben? Werden neuronale Netze komplexe Aufgaben erlernen? Wird Augmented Reality so versiert werden, dass Ärzte bessere Diagnosen stellen können? Und werden diese Fähigkeiten über 5G-Mobilfunknetze laufen, die den heutigen Verbindungen überlegen sind?

Auf der GTC-Veranstaltung 2017 in Santa Clara gab es einige Antworten.

So wie die Einführung des 4G-Mobilfunks den Nutzern den schnellen Zugang zum Internet ermöglichte, der so viele neue mobile Anwendungen vorantrieb - man denke nur an Uber und andere -, werden die sich noch in der Entwicklung befindlichen 5G-Netze benötigt, um die Leistung zu erbringen, die für autonomes Fahren, Cloud-basierte Anwendungen, intelligente Städte und eine Vielzahl anderer Anwendungen erforderlich ist.

Sanjay Jha, CEO von GF, sagte: "5G wird alle Branchen verändern, und unsere Kunden bereiten sich bereits auf die Zukunft vor."

Der Begriff "5G" wird sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln. Er beginnt mit Gigabit-fähigen Versionen des 4G-LTE-Standards und bietet dann Festnetz- und Mobilfunkfunktionen, die über die langfristige LTE-Roadmap hinausgehen. Jha erwähnte die Fähigkeit, von der heutigen Megabit-pro-Sekunde-Bandbreite zu Gigabit-pro-Sekunde-Raten mit Latenzen von weniger als 5 Nanosekunden überzugehen.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird GF verbesserte Versionen seiner RF SOI-, SiGe- und FDX-Technologien anbieten. Hinter diesen Netzwerken stehen neue Stromversorgungslösungen, die auf den Angeboten von BCD und BCD Lite basieren.

Bami Bastani, Senior Vice President der RF Business Unit, sagte, dass die 5G-Netze zwei Segmente unterstützen müssen, eines im Bereich unter 6 GHz und ein Millimeterwellen-Segment, das bei 28 GHz und höher arbeitet. Die 5G-Netze werden Pikozellen in städtischen Gebieten für Punkt-zu-Punkt-Übertragungen und schließlich Mobilfunknetze umfassen, die robust genug sind, um die Automobile von morgen zu unterstützen. Wenn sich 5G-Netze mit Millimeterwellen befassen, so Bastani, "steigt der Integrationsgrad, und die Anforderungen an Linearität und Robustheit nehmen zu."

Cristiano Amon, Executive Vice President von Qualcomm, wies darauf hin, wie sich auf der Grundlage der weit verbreiteten Internetkonnektivität, die die 4G-Netze im letzten Jahrzehnt unterstützt haben, ganz neue Branchen entwickelt haben. "Die digitale Wirtschaft ist mit dem Smartphone erwachsen geworden", sagte Amon, und angesichts der künftigen wirtschaftlichen Vorteile von 5G-Netzen investieren Unternehmen wie Qualcomm "massiv" in die Lösung der Design-Herausforderungen, die 5G mit sich bringt.

Amon sagte voraus, dass 5G-Funktionen "in den PC-Bereich eindringen werden, ohne dass es eine Trennung zwischen dem PC- und dem mobilen Bereich gibt." Und er sieht, dass China eine sehr wichtige Rolle bei den Bemühungen von Qualcomm spielt: "In China gibt es so viel Begeisterung für mobile Endgeräte und für die Weiterentwicklung der Branche zu 5G. Die Partnerschaft mit China war ein sehr wichtiger Teil des Erfolgs von Qualcomm", sagte er.

Gibt es irgendjemanden, der ernsthaft bezweifelt, dass Technologen in zehn Jahren, wenn sie zur GTC-Veranstaltung 2027 fliegen, in ADAS-fähigen Autos zum Veranstaltungsort fahren, mit 5G-fähigen Handys im Internet surfen und sich über die neuesten Technologien für Augmented-Reality-Systeme informieren werden?

All diese Dinge werden Zeit brauchen. Und Geduld war übrigens ein weiteres bemerkenswertes Thema der GTC 2017. Foundries brauchen Zeit, um sich zu entwickeln, sowohl in Bezug auf die Technologie als auch auf ihre Fähigkeit, EDA-Tools und IP anzubieten, um Kundenfristen einzuhalten und Qualität zu gewährleisten.

Die GTC 2017 hat gezeigt, dass GF zu einem zuverlässigen Fertigungspartner gereift ist. Wie Mark Papermaster, Chief Technology Officer und Senior Vice President von AMD, auf der GTC-Veranstaltung sagte, konnte AMD 2017 große Erfolge mit einer neu entwickelten Reihe von Prozessoren und Grafiklösungen verbuchen, die in Zusammenarbeit mit der 14-nm-FinFET-Technologie in der GF-Fabrik in Malta, N.Y., erfolgreich hergestellt wurden.

Auch Führungskräfte von Skyworks und Qorvo betonten auf der GTC 2017, dass sie durch Partnerschaften mit GF im Wireless-Bereich erfolgreich sind.

Diese Erfolgsgeschichten sind ein guter Indikator für zukünftige Erfolge, für GF und für uns alle.

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.

von: Shankaran Janardhanan

Die weltweit erste Mainstream-RF-SOI-Plattform foundry , die auf 300-mm-Wafern gefertigt wird, bietet eine unübertroffene Kombination aus erstklassiger Leistung, Kosteneffizienz und Flexibilität

GF hat kürzlich einige interessante Neuigkeiten für Entwickler von RF-Frontend-Modulen bekannt gegeben. Auf unserer wichtigsten jährlichen Technologiekonferenz, der GTC, haben wir eine 300-mm-RF-SOI-Plattform für 4G-LTE- und Sub-6-GHz-Mobilfunkanwendungen vorgestellt, die wir 8SW nennen.

Es bietet beeindruckende technische Spezifikationen und verschafft unseren Kunden unschlagbare wirtschaftliche und zeitliche Vorteile bei der Markteinführung.

Aber das sind nicht die einzigen bemerkenswerten Eigenschaften. Bemerkenswert ist auch die Tatsache, dass es ein greifbares Ergebnis von etwas ist, das von Natur aus nicht greifbar, aber dennoch von entscheidender Bedeutung ist: die einzigartigen Beziehungen, der gegenseitige Respekt und das tiefe Vertrauen, das wir und unsere Kunden teilen. Kurz gesagt: Ohne die Unterstützung und die engen Arbeitsbeziehungen zu unseren Kunden hätten wir es nicht entwickeln können.

Mit der Übernahme des Mikroelektronik-Geschäfts von IBM hat GF nicht nur tiefgreifendes technisches Wissen im Bereich der Hochfrequenztechnik erworben, sondern auch die Nähe zum Kunden gepflegt und ausgebaut. Das Ergebnis ist eine neue Technologie für die Chipherstellung mit einer umfassenden Reihe fortschrittlicher Funktionen, die den Kunden genau das bietet, was sie am meisten brauchen.

Unsere neue 8SW RF-SOI-Plattform bietet eine unvergleichliche Kombination aus klassenbester Leistung, Kosteneffizienz und der notwendigen Flexibilität, um Chips für die komplexen Front-End-Module (FEMs) zu bauen, die für die sich schnell entwickelnden mobilen/drahtlosen Kommunikationsanwendungen erforderlich sind.

Er ist nicht nur die beste Kombination aus Schalt-, LNA- (Low-Noise-Amplifier) und Logikfunktionen auf dem Markt, sondern verwendet als 300-mm-RF-SOI-Prozess auch größere Wafer und anspruchsvollere Werkzeuge, was überzeugende wirtschaftliche Vorteile sowie Vorteile bei Design und Markteinführung mit sich bringt. Außerdem verfügt er über eine vollständige Kupferverbindung für mehr Strombelastbarkeit und Effizienz.

Die neue 8SW-Plattform zeichnet sich durch Schaltgeschwindigkeiten von unter 85fs aus, was etwa 25 Prozent schneller ist als unser bestehender 200mm RF-SOI-Prozess. Für LNAs bietet sie einen Spitzenwert von fMAX von mehr als 250 GHz. Die Logikschaltungen sind extrem dicht und können entweder mit 1,2 V oder 1,8 V betrieben werden, was eine Leistungsreduzierung von mehr als 70 Prozent gegenüber der vorherigen Plattform bedeutet.

Quelle: Adaptiert von The5th Generation Mobile Wireless Networks

Darüber hinaus kann die Gesamtgröße der Chips um bis zu 20 Prozent kleiner sein. In Verbindung mit der Tatsache, dass 300-mm-Wafer größer sind und mehr Chips ergeben, führt dies dazu, dass der neue 8SW-Prozess wesentlich kosteneffizientere und schnellere Design-/Entwicklungszyklen ermöglicht, da mehr Waferfläche für Teststandorte, Designvarianten und mehrere gleichzeitige Projekte zur Verfügung steht. Die Zeit bis zur Markteinführung wird ebenfalls verkürzt, da die 300-mm-Produktionswerkzeuge die Variabilität im Vergleich zum 200-mm-Prozess um mehr als 30 Prozent verringern.

Enge Zusammenarbeit mit Kunden

Bei der Entwicklung der 8SW RF SOI-Plattform haben wir sowohl einen produkt- als auch einen kundenzentrierten Ansatz verfolgt. Wir haben eng mit unseren Kunden zusammengearbeitet, weil wir bei der Entwicklung der 8SW-Plattform ihre detaillierten Kenntnisse der Anwendungsanforderungen kennen mussten.

Ein Beispiel für diesen Ansatz war unsere Erkenntnis, dass wir unsere Entwicklungsanstrengungen auf die kontinuierliche Verbesserung der LNA-Leistung konzentrieren müssen, wenn die Signale aus dem Transceiver in die Front-End-Module gelangen. Diese Fokussierung war ein direktes Ergebnis unserer engen Zusammenarbeit mit den Design-Teams unserer Kunden, um sicherzustellen, dass die 8SW-Plattform die sich schnell entwickelnden fortschrittlichen 4G-LTE-Anforderungen erfüllt.

Die neue 8SW-Plattform wird in der 300-mm-Fertigungslinie von GF in East Fishkill, NY, hergestellt und bietet den Kunden ausreichend Kapazität, da sie eine teilweise erschöpfte SOI-Technologiebasis nutzt, die seit 2008 in der Großserienproduktion eingesetzt wird.

von: Dave Lammers

Angesichts von Bandbreitenproblemen setzen Netzwerkunternehmen auf Interposer, HBM2-DRAM und modernste ASIC-Technologie.

Als die großen Netzwerkunternehmen mit der Entwicklung einer neuen Klasse von Terabit-Routern begannen, erreichten sie das, was Bob Wheeler, Netzwerkanalyst bei The Linley Group, als "die Bruchstelle" bezeichnet.

Diese Unternehmen - Cisco, Juniper, Nokia und andere - hatten beobachtet, wie die Anzahl der Pins auf ihren Router-ASICs "explodierte", während sie daran arbeiteten, genügend Bandbreite aus handelsüblichen DDR-DRAMs zu erhalten, die auf laminierten Leiterplatten montiert waren.

Netzwerkkunden können jetzt eine neue 14-nm-ASIC-Lösung(FX-14™) von GLOBALFOUNDRIES® nutzen, die Verbindungen zu High-Bandwidth Memory(HBM2) auf einem Silizium-Interposer bietet. Rambus Inc. (Sunnyvale) und die Ingenieure von GF haben gemeinsam einen Rambus-PHY für die FX-14-ASIC-Plattform entwickelt, der eine beeindruckende Bandbreite von 2 Terabit pro Sekunde (Tb/s) bietet.

"Dies ist eine Lösung für ein Problem, das wir kommen sahen, nämlich die Unfähigkeit des externen Speichers, mit den Bandbreitenanforderungen an die Puffer dieser ASICs Schritt zu halten", sagte Wheeler. "Die Leute haben versucht, so lange wie möglich handelsüblichen DRAM zu verwenden, aber aufgrund der explosionsartigen Zunahme der Pin-Anzahl hat das eine Grenze erreicht".

Der Markt für Kommunikations-ASICs beläuft sich auf etwa eine Milliarde Dollar, so Wheeler, der darauf hinwies, dass Router teure Systeme sind, die die Kosten für eine Interposer-basierte (2,5D) Lösung tragen können, um die für die Hochgeschwindigkeitspaketpufferung erforderliche Bandbreite zu erhalten.

Für den etablierten DRAM-Typ, der auf einer laminierten Leiterplatte läuft, sagte Wheeler: "Das große Problem aus ASIC-Perspektive war die Anzahl der Pins. Man könnte mit Bauteilen mit mehr als 2.000 Pins enden. Das Schöne an HBM ist, dass es eine breite Schnittstelle hat und im Gehäuse bleibt, so dass man nicht auf eine serielle Schnittstelle zurückgreifen muss".

Märkte jenseits von Networking? 

Je nachdem, wie gut die Kosten verbessert werden können, könnten die 2,5D-Lösungen (auf Interposer-Basis) weitere Anwendungen in der Datenverarbeitung, in der High-End-Grafik, in selbstfahrenden Autos, in der künstlichen Intelligenz und in anderen Lösungen mit hohem Bandbreitenbedarf finden, sagte Dave McCann, Vice President of Packaging R&D and Business Technical Operations bei GLOBALFOUNDRIES.

Der Wechsel zu einem Interposer bringt eine enorme Verbesserung der Verdrahtungsdichte. Bei Lösungen auf der Basis von Laminat-Leiterplatten lagen die Linien und Abstände bei 12 Mikrometern, aber diese Verdrahtungsdichte wurde oft nicht erreicht, weil die vertikalen 50-Mikrometer-Durchkontaktierungen zwischen den Lagen vermieden oder umgangen werden mussten, was eine enorme Platzverschwendung bedeutete. Bei einem Silizium-Interposer entsprechen die Linien und Abstände im Wesentlichen denen des Back-Ends eines Logikchips, derzeit etwa 0,8 Mikrometer, so Walter Kocon, Senior Manager für Technologieentwicklung bei GF.

Die Verwendung einer logikähnlichen Verdrahtung für das Routing zwischen dem PHY und dem HBM2-Speicher auf einem Interposer erfordert den Einsatz von Werkzeugen auf Fertigungsebene, einschließlich Lithografie. Da die Interposer viel größer sind als herkömmliche Chips, müssen mehrere Felder zusammengefügt werden. Kocon sagte jedoch, dass die heutigen Stepper sehr gut in der Lage sind, zwischen den Fadenkreuzen zu wechseln, und dass Fortschritte bei der Entwicklung immer größerer Interposer gemacht werden.

Diese Fab-Processing-Tools sind teurer als herkömmliche Laminat-Processing-Tools, aber der Lohn dafür ist eine enorme Anzahl von On-Chip-I/Os (etwa 1.700) zwischen dem PHY und dem HBM2-Speicher. Und wie McCann anmerkte, wird durch die sehr kurzen Leiterbahnen der Stromverbrauch im Vergleich zu den bisher verwendeten seriellen Schnittstellen auf Laminatbasis unter Kontrolle gehalten.

Kein Sperrgebiet

“With vias enabled by wafer fab technology (<1 micron) in silicon interposers, multiple layers of 0.8-micron lines and spaces can be utilized, because there is essentially no keep out area for the vias. That compares with the conventional PCBs, where routing had to come down from the ASIC and over to the DIMM card, consuming both power and time,” McCann said. With interposer-based interconnect being orders of magnitude smaller, and devices only hundreds of microns apart, the massively parallel routing density supports multi-terabit levels of bandwidth.

Aber es gibt Herausforderungen bei der Herstellung von Interposern. "Es handelt sich um große Interposer und große ASICs. Zunächst müssen wir eine Schnittstelle zwischen dem ASIC und dem Interposer schaffen. Abgestimmte Ausdehnungseigenschaften von ASIC und Silizium-Interposer sind ein Schlüssel zu einer spannungsfreien Schnittstelle. Design- und Montageprozesse, die den Verzug kontrollieren, sind entscheidend. Dann ist die Verteilung der Spannung zwischen dem Interposer und dem darunter liegenden Laminat von entscheidender Bedeutung, da an dieser Schnittstelle eine große Diskrepanz besteht", so McCann.

Die Kontrolle des Verzugs ist der Schlüssel zu einer guten Ausbeute bei 2,5D-Verbindungen. Der Abstand zwischen dem Interposer und dem ASIC ist sehr eng und die Bump-Höhe beträgt etwa 70 Mikrometer. "Das bedeutet, dass es sehr wenig Toleranz für Verzug gibt", so McCann. Lötmittel, die zusammengeschoben oder in die entgegengesetzte Richtung gezogen werden, verursachen Verbindungsprobleme. "Wir brauchen Fertigungsprozesse, die all diese Oberflächen flach halten, und wir sind überzeugt, dass wir das zusammen mit unseren OSAT-Partnern schaffen können", so McCann.

PHY Zusammenarbeit

Der PHY war eine weitere technische Herausforderung, die Rambus gemeinsam mit GF in Angriff nahm. Frank Ferro, Senior Director of Product Marketing bei Rambus, erklärte, dass ein HBM2-PHY eine Mixed-Signal-Funktion ist, die sehr spezifisch für jeden Prozessknoten entwickelt werden muss.

"Wir haben eine umfangreiche Kanalmodellierung durchgeführt und dann den PHY entwickelt, um diese Kanalanforderungen zu erfüllen. Und es war eine Zusammenarbeit. Wir haben während des gesamten Prozesses viele Diskussionen geführt, um ein robustes Design zu gewährleisten. Es hat vom ersten Tag an funktioniert, und das ist ein starkes Zeugnis für die Rambus-Tools (Modellierung und Signalintegrität) und die Ingenieure, die sich mit der Entwicklung dieser PHYs auskennen."

DDR-DRAMs unterstützen eine Bandbreite von 72 Bit, HBM2 dagegen 1.024 Bit. Bei 1.024 Bits ist die Kontrolle der Signalintegrität eine Herausforderung. Ferro zollte den GF-Ingenieuren Respekt, von denen viele aus ihrer Zeit bei der Microelectronics Group von IBM Erfahrung mit Hochgeschwindigkeitssignalen mitbrachten.

Auf die Frage, ob er davon ausgeht, dass sich 2,5D-Lösungen in der gesamten Hochleistungsbranche durchsetzen werden, sagte Ferro, dass dies von den Fertigungserträgen und der Senkung der Kosten für HBM2-DRAM abhängt. "2,5D muss sich in der Massenproduktion bewähren. Es handelt sich um ein ziemlich großes Stück Silizium, und man muss den Verzug wirklich kontrollieren.

Tad Wilder, technischer Leiter bei GF, sagte, die Bandbreite von 2 Terabit pro Sekunde sei "eine beeindruckende Menge an Bandbreite für einen einzelnen Kern. Mit der Möglichkeit, bis zu vier HBM2-PHYs auf einem Chip zu platzieren, stehen ASIC-Entwicklern beispiellose acht Terabit pro Sekunde für den DRAM-Zugriff mit geringem Stromverbrauch und niedriger Latenz zur Verfügung". Er fügte hinzu, dass der 14-nm-HBM-PHY "der größte Kern ist, den wir für einen ASIC produziert haben, mit 15.000 internen Pins, die mit dem Memory Controller kommunizieren, und 1.700 externen Pins, die über den Interposer mit dem Basis-Die des DRAM-Stacks kommunizieren."

Jeder DRAM-Stapel enthält einen Basis-Die, der mit dem HBM2-PHY des ASIC und bis zu acht darüber gestapelten DRAM-Die über Tausende von vertikalen Through Silicon Vias (TSVs) kommuniziert. Der Gesamtspeicher pro HBM-DRAM-Stapel beträgt bis zu 32 GB. Um das Rauschen von mehr als 1.000 E/A-Schaltungen abzuschwächen, kann der ASIC-HBM2-PHY die vollständige Unabhängigkeit der acht 128-Bit-Kanäle nutzen, indem er das Timing jedes Kanals in Bezug auf einen anderen verzögert.

Der Analyst der Linley Group, Wheeler, sieht eine zunehmende Dynamik für den HBM2-Standard. Während Hynix der ursprüngliche Unterstützer war, sagte Wheeler, dass Samsung mit seinen eigenen HBM2-Bauteilen stark zugelegt hat. Da ein so großer Teil der Gesamtlösungskosten in den Kosten der HBM2-Speicher steckt, wird der Wettbewerb zwischen mehreren HBM2-Anbietern dazu beitragen, das Volumen zu erhöhen, die Kosten zu senken und die Leistung zu verbessern.

Auf die Frage, ob er glaubt, dass sich 2,5D-Lösungen verbreiten werden, sagte McCann: "Es handelt sich um eine wirklich großartige Technologie, die erwachsen geworden ist und erhebliche Einnahmen bringt. Die Frage ist: Können wir die Kosten senken, um die nächste Stufe des Volumens zu erreichen?

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.