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

In letzter Zeit gab es viele Nachrichten über eingebettete MRAM (eMRAM), und das aus gutem Grund. Die Technologie entwickelt sich rasch von der Forschung und Entwicklung zur Kommerzialisierung bei mehreren Foundries und wird nun auch von Chipdesignern übernommen. GLOBALFOUNDRIES hat soeben die Verfügbarkeit seines 22FDX® 22nm FD-SOI eMRAM für System-on-Chip (SoC)-Entwickler bekannt gegeben und PDKs, Standardmakros und MPWs für das Prototyping von Kunden freigegeben. Mit der für Ende 2018 erwarteten Risikoproduktion von GF und anderen Foundries entwickelt sich MRAM zu einem großen Technologie- und Marktstörfaktor, der eingebettetes Flash ersetzen und SRAM in MCUs und SoCs für Automobil-, IoT-, Verbraucher- und Industriesysteme ergänzen könnte. In naher Zukunft werden auch FinFET-Prozesse mit eMRAM auftauchen, die neue Möglichkeiten für künftige Speicher-, Netzwerk- und Rechenzentrumssysteme bieten.

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.