作者：Wallace Pai华莱士-派

今年早些时候，GLOBALFOUNDRIES 宣布计划与成都市合资，在中国西南部四川省省会成都建设一座 300mm 晶圆厂。

我们这样做是为了利用中国半导体行业正在发生巨变这一事实。中国的当务之急是在未来几年内大幅提高半导体的自给率，因为虽然中国是世界上增长最快的半导体市场，但目前中国原始设备制造商生产的设备所使用的芯片约有 80% 必须进口。

成都将这一自给自足的举措视为将自己打造成中国新兴半导体产业硅谷的契机。虽然游客们可能对这座古城的大熊猫、麻辣美食、文化遗产和自然风光耳熟能详，但从商业角度来看，它却是一座不折不扣的现代化国际大都市，拥有世界一流的基础设施、友好的商业态度和大量精通技术的劳动力。

许多外国跨国公司（如英特尔、德州仪器和西门子）以及亚洲大型企业（如富士康，全球约三分之二的 iPad 都是在这里生产的）都在这里落户。

因此，成都正在为潜在的产业合作伙伴提供有吸引力的财政、教育和其他激励措施，目标是发展整个芯片设计和制造生态系统，为中国市场服务。

这为 GF 提供了一个绝佳的落地机会，不仅可以生产中国电子制造商所需的芯片，还可以作为一个值得信赖的合作伙伴，凭借独具优势的世界级技术资源，在支持发展中的中国半导体行业方面发挥关键作用。

因此，尽管其他城市对我们的工厂兴趣浓厚，我们还是选择了在成都建设工厂。11 号厂房将于明年竣工，届时将成为中国最大、最先进的 300mm 晶圆厂之一，并将成为我们面向中国市场生产22FDX®的中心。

起初，我们将在那里生产 130nm-180nm 主流技术，产能为每月 20,000 个晶圆起始点 (wspm)。然后，在 2019 年下半年，我们将开始批量生产高度差异化的 22FDX（FD-SOI）技术，预计产能为 65,000 wspm。最终将有约 3500 名员工参与 11 号厂房的运营。

Fab 11 增加了我们在中国已有的资源。几年前，我们在上海设立了销售办事处，目前有 50 名员工，分别负责现场应用工程师、销售、市场营销和其他技术支持职能。

但由于收购了 IBM Microlectronics，我们现在还能提供高度差异化的射频技术组合和一个非常庞大的 ASIC 设计/开发团队，上海约有 150 人，北京约有 40-50 人。随着我们 ASIC 业务的不断发展，这些人员的数量也将不断增加。我们的 ASIC 产品非常强大，拥有业界最广泛的 ASIC 设计服务、差异化知识产权 (IP)、定制芯片和先进封装，可提供真正的端到端解决方案。

构建 22FDX 生态系统，充分利用 ASIC 功能

成都政府正确地认为，我们的 22FDX 技术是成都努力成为不断发展的中国芯片产业重心的关键优势，我们的存在就像一块磁铁，将吸引更多的技术公司，使成都成为国际卓越的半导体中心。

这是因为 22FDX 集性能、射频功能、功率、尺寸和成本于一身，非常适合中国关注的终端市场--用于移动、物联网 (IoT)、驾驶辅助/自动驾驶和 5G 应用的电池供电无线计算设备。

除了晶圆厂之外，我们还与合资伙伴一起，帮助开发整个基于 22FDX 的生态系统，其中包括 IP、EDA 和设计服务公司，他们将成为我们未来的客户和合作伙伴。这个生态系统将对 22FDX 技术在中国的最终推出起到至关重要的作用，因为这些公司已经知道如何使用 22FDX 技术，并在设计创新电子产品时熟悉 22FDX 技术的优势。

例如，中国有 700 多家无晶圆厂半导体公司，而且这一数字还在快速增长。虽然有些公司在技术上比其他公司更先进，但总体而言，这些公司非常需要专家帮助和技术援助。我们在国内的 ASIC 工程师已经与其中一些公司就 22FDX 项目进行了现场合作，这实际上意味着，尽管 11 号厂房本身仍在建设中，但我们已经在该技术领域开展了业务。

在整个大中华区，我们的现有客户既有一级公司，也有许多小型公司，但随着我们引进更多的能力和技术（如 22FDX 技术），我们正在与以前无法服务的客户一起创造机会。

这只是开始

中国的半导体产业实际上才刚刚起步。目前，包括我国在内的全国各地有 10 多座晶圆厂正在建设之中，整个工业基础设施正在形成。

从这个角度看，我们的新工厂不仅仅是一个生产设施，而是我们在中国光明未来的具体象征。

作者： Dave Eggleston戴夫-埃格莱斯顿

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.

超强性能

MRAM 技术与 RRAM、相变、碳纳米管、铁电等其他几种非易失性存储器并行发展了几十年，最近，eMRAM 显然在所有新兴嵌入式存储器技术中占据了领先地位。eMRAM 为 SoC 设计人员提供了非常显著的性能优势：

• Very fast write speeds (<200ns)
• 极高的耐用性（~10E8 周期）
• 从逻辑 Vcc 开始运行（无需高压泵）
• 低能耗写入（比 eFlash 低 10 倍）
• 零位元组静态漏电（0 pA，而 SRAM 位元组则 >50pA）

与其他新兴 NVM 选项相比，eMRAM 具有更高的技术成熟度和性能优势：

• 深谙磁学物理
• 简单、可控的开关机制（无需成型或阶梯式写入）
• 单比特故障发生率低
• 演示 28 纳米以下的多兆字节阵列
• 产量高，可靠性强
• 完全融入先进的铸造生产工艺

eMRAM 可同时提供位密度、速度、耐用性，以及低功耗和非挥发性。eMRAM 性能卓越、技术成熟，这些综合优势是代工客户决定在其 28 纳米以下产品中使用 eMRAM 的关键因素。

跑步上路

eMRAM 可同时提供位密度、速度、耐用性，以及低功耗和非挥发性。eMRAM 性能卓越、技术成熟，这些综合优势是代工客户决定在其 28 纳米以下产品中使用 eMRAM 的关键因素。

从历史上看，eMRAM 一直被认为无法实现商业化，因为它在制造和可靠性方面存在一些障碍：材料复杂、高温下数据保存能力差、易受外部磁场影响，以及制造难度大、成本高。

要克服这些艰巨的挑战，业界必须直接解决材料和制造复杂性的问题，才能将不可靠的技术转变为可靠的技术。作为这一努力的一部分，主要的晶圆厂设备制造商与代工厂一起，率先推出了 eMRAM 专用 PVD 和蚀刻设备，实现了每小时 20 个晶圆（wph）的吞吐量，从而实现了具有竞争力的制造成本。

此外，GF 还特别改进了 eMRAM 的可靠性，对磁性材料进行了改良，以提供出色的数据保持能力和磁性抗扰度，包括

• 通过 260°C 回流焊，误码率低于 10ppm
• 125°C 时数据保存 15 年
• 磁抗扰度超过 1000 Oe

换句话说，过去阻碍 eMRAM 商业化的许多障碍现在都已被克服--通过代工厂和主要工厂设备制造商的共同努力，eMRAM 的可靠性和可制造性得到了解决。

启动 "杀手组合"

鉴于在可靠性和可制造性方面取得的这些新进展，eMRAM 现在迎来了大批量生产的市场机遇。随着全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）衬底的广泛商业化，市场机会进一步扩大。

FD-SOI 上的 eMRAM 集同类最佳功能于一身，与其他块状硅产品相比，形成了不可抗拒的 "杀手组合"。eFlash 内置于硅中，而 eMRAM 的磁性元件则内置于金属层中，因此更容易在 FD-SOI 等逻辑工艺中实现，而且不会影响 FEOL 晶体管。此外，eMRAM 具有更高的耐用性和更快的写入速度，可提高 SoC 性能，而且写入能量低，可将功耗降低 80% 以上（与使用 eFlash 的 28nm 体硅相比）。

特别是，GF 业界领先的 22FDX eMRAM 平台具有出色的扩展性、卓越的射频 IP、超低漏电、功率岛控制，以及（终于！）具有 eFlash 或 SRAM 接口的 eMRAM 宏。GF 22FDX eMRAM 的多功能性首次实现了超高效存储器子系统，其电源循环不会造成时间或能量损失，因此适用于广泛的应用。

eMRAM 终于面世；GF 的 22FDX eMRAM 具有出色的可靠性和可制造性，SoC 设计人员可随时利用其卓越的性能和成熟的技术。

今天就使用 GF 的 22FDX "杀手组合 "设计您的 "杀手产品"！

测试 GF 的 22FDX 和嵌入式内存产品：

• GF 的嵌入式存储器技术简介
• GF 的超大规模集成电路研讨会技术论文：用于 GP-MCU 应用的 eMRAM
• GF 有关汽车 MCU eFlash 的 IMW 技术论文
• GF 的 22FDX 技术简介

关于作者

戴夫-埃格莱斯顿

Dave Eggleston 于 2015 年加入 GlobalFoundries，现任嵌入式存储器副总裁。Dave 负责 GlobalFoundries 的嵌入式易失性和非易失性存储器业务，以及相关的战略方向和计划。Dave 曾担任 Unity Semiconductor 的首席执行官兼总裁，该公司是 RRAM 行业的先驱，已被 Rambus 收购。他曾在 Rambus、美光（在美光建立并领导 NAND 系统工程组织）、闪迪和 AMD 担任技术执行管理职务。他在 NAND 闪存和下一代 ReRAM 存储器、存储系统使用和大批量制造方面拥有 28 项专利。他目前是两家 NVM 初创公司的董事会成员。他拥有圣克拉拉大学的电子工程硕士学位和杜克大学的电子工程学士学位。

作者： Dave Lammers戴夫-拉默斯

在我担任科技记者的这些年里，我很少目睹像汽车领域发生的事情这样有趣的故事。还有什么能比超越今天由全人类驾驶的汽油动力汽车的竞赛更引人入胜的呢？

年轻人，即所谓的X 代驾驶者，是否会接受自动驾驶和电动汽车？对安全、污染和自然资源的担忧是否会推动电动汽车和ADAS技术的发展？

是的，各国政府都在竞相确保本国汽车工业的领先地位。

GF 在汽车领域有很多优势。当我 1998 年搬到奥斯汀并开始报道摩托罗拉的汽车半导体业务时，我发现经理们对来自特许半导体制造有限公司（现为 GF 的一部分）的支持非常积极。此外，公司在德累斯顿设有工厂，毗邻欧洲领先的汽车原始设备制造商，这也是一大优势。

为了充分利用其优势，GF 将这些优势整合到一个全新的汽车平台 AutoPro™ 中。其目标是确保客户在一个平台上获得代工厂的所有汽车技术解决方案和制造服务，使客户能够快速获得质量认证，并最大限度地缩短产品上市时间。

毫无疑问，开发 ADAS 和电动汽车技术的工作正在快速推进。GF 汽车产品线管理副总裁马克-格兰杰（Mark Granger）在 GTC 2017 上预测，到 2020 年，将有 "几十万辆完全自动驾驶汽车 "上路行驶。

"未来 10 年、20 年、30 年，自动驾驶汽车将有机会真正拯救生命，并为老司机提供出行便利。据统计，全球（车祸）造成的生命损失相当于每周损失一架 747（满载乘客）。这是一个惊人的统计数字。如果我们能解决ADAS的安全难题，我们将为世界做出贡献。

为了实现这一目标，Granger 提出了一长串技术挑战，从激光雷达到图像处理，再到用于汽车的 5G。除了 ADAS 之外，他还提到了电动汽车领域可能同时出现的进步。

格兰哲说，汽车代表着 "大量机会，包括汽车周围的传感器，这样汽车就能看到、理解周围的世界并做出反应。汽车将成为车轮上的数据中心。而大部分的处理能力都将位于汽车内，因为没有人愿意坐在一辆依靠（无线）链接来驾驶的汽车里，即使是在停车场里。

GF 首席执行官Sanjay Jha 谈到了 ADAS 系统对传感器、雷达和集成电路参与 "实时管理 "的要求。

Jha 指出，一辆汽车以每小时 70 英里（即每秒 100 英尺）的速度行驶，必须能够在 100 英尺的距离内看到障碍物、做出决定并踩下刹车，因此 ADAS 系统必须能够在 "一毫秒内完成大量计算"。

支持 ADAS 的汽车将包括声纳和多达 16 个摄像头。"汽车必须能够在接收摄像头数据的同时采取制动措施。它将推动整个行业消耗平方公里的硅片，并带来从冯-诺依曼架构到分布式计算的变革。这将成为半导体行业巨大而有力的推动力。"

22FDX®技术的目标正是这些支持 ADAS 的汽车，其位于德国德累斯顿的 1 号工厂以及随后位于中国成都的 11 号工厂将提供汽车用集成电路。

Granger 指出，在汽车激光雷达方面，GF 正在与客户合作开发基于硅锗和 CMOS 的激光雷达解决方案。"我们正在 1 号厂房开发用于长距离雷达的 22FDX 和硅锗、用于短距离雷达的 40nm CMOS 或 22 FDX 以及用于摄像头传感器的 28nm 或 22nm。用于电动车窗和其他设备的控制器采用的是我们的成熟节点，当然，通过先进的节点，我们还支持将用于汽车集中控制的非常庞大的处理元件。"

总体而言，汽车集成电路总可用市场（TAM）将从现在的 350 亿美元增长到 2023 年的 540 亿美元。在传感器和处理能力的推动下，ADAS 内容的年均复合增长率将达到 20%，而模拟和电源仍将占据大部分市场份额。

"Granger说："GF拥有广泛的能力，可以为所有这些市场提供服务。

中国是一个空气污染严重的国家，观察中国在其中扮演的角色将非常有趣。中国政府正在通过减税和放宽获得汽车牌照的官僚程序，引导城市消费者购买电动汽车。

哪些公司、哪些国家将在未来的联网汽车市场中占据领先地位，这场竞赛正在进行。凭借 GF 在其主要工厂的经验、多样化的技术和全新的 AutoPro 平台，它似乎拥有了正确的工具来帮助客户在这场最激动人心的竞争中获胜。

关于作者

戴夫-拉默斯

Dave Lammers 是 Solid State Technology 的特约撰稿人，也是 GF's Foundry Files 的特约博主。Dave 于 20 世纪 80 年代初在美联社东京分社工作时开始撰写有关半导体行业的文章，当时正值该行业快速发展时期。1985 年，他加入了《电子时报》，在东京工作的 14 年中，他报道了日本、韩国和台湾的情况。1998 年，戴夫和妻子美惠子以及四个孩子搬到奥斯汀，成立了《电子时报》德克萨斯分社。戴夫毕业于圣母大学，并在密苏里大学新闻学院获得新闻学硕士学位。

作者： Dave Lammers戴夫-拉默斯

当我飞往西部参加 2017 年 GLOBALFOUNDRIES 技术大会时，我不禁想起了 10 年前的一次旅行，即 2007 年的 SEMICON West。在那里的新闻发布厅，科技记者凯瑟琳-德比希尔（Katherine Derbyshire）展示了她崭新的iPhone，我们几个人围在一起，看她在屏幕上点两下、打两下字，做出我们这些只有黑莓手机的人所做不到的神奇动作。

几年来，我们一直在思考技术的未来。人们真的会把车轮交给 ADAS 汽车吗？神经网络能否学会复杂的任务？增强现实技术是否会变得如此熟练，以至于医生可以提供更好的诊断？这些功能是否会在5G无线网络上运行，而5G网络又能绕过现在的链路？

在圣克拉拉举行的 2017 年 GTC 活动上有了一些答案。

正如4G 无线技术的推出为用户提供了快速访问网络的能力，从而推动了许多新的移动应用的发展--想想Uber 和其他应用--仍在发展中的 5G 网络将需要提供所需的性能，以推动自动驾驶、基于云的应用、智能城市和大量其他应用的发展。

GF 首席执行官Sanjay Jha说："5G 将改变所有行业，我们的客户已经在为未来做好准备。

5G "这一名称将随着时间的推移而不断演变，一开始是4G LTE标准的千兆级版本，然后提供超出长期扩展（LTE）路线图的定点和移动功能。Jha 提到，5G 的持续无线带宽将从目前的每秒百万比特提升到每秒千兆比特，延迟时间小于 5 纳秒。

为此，GF 将提供射频 SOI、SiGe 和 FDX 技术的增强版本。在这些网络的背后，将是基于 BCD 和 BCD Lite 产品的新型电源解决方案。

射频业务部高级副总裁巴米-巴斯塔尼（Bami Bastani）说，5G 网络将需要支持两个部分，一个是 6 GHz 以下的领域，另一个是工作频率为 28 GHz 及以上的毫米波部分。5G 网络将包括城市地区用于点对点传输的微微蜂窝，以及最终强大到足以支持未来汽车的移动网络。随着 5G 网络与毫米波的结合，Bastani 说："集成度提高了，对线性度和稳健性的要求也提高了"。

高通公司（Qualcomm）执行副总裁克里斯蒂安诺-阿蒙（Cristiano Amon）指出，在过去十年中，基于4G网络所支持的广泛互联网连接，全新的产业是如何发展起来的。阿蒙说："随着智能手机的出现，数字经济时代到来了。"5G网络将带来未来的经济收益，高通公司等公司正在 "投入巨资 "解决5G带来的设计挑战。

阿蒙预测，5G 功能将 "进入 PC 领域，PC 和移动领域将不分彼此"。他认为中国在高通的努力中扮演着非常重要的角色："在中国，人们对移动手机和推动行业发展到 5G 感到非常兴奋。与中国的合作是高通公司成功的一个非常重要的部分，"他说。

十年后，当技术专家们飞往 2027 年的 GTC 大会时，有人会认真怀疑他们是否会乘坐支持 ADAS 的汽车前往会场，使用支持 5G 的手机上网，并了解增强现实系统的最新技术吗？

所有这些都需要时间。顺便说一句，耐心是 GTC 2017 另一个值得注意的主题。代工厂需要时间来发展，无论是在技术方面，还是在提供 EDA 工具和 IP 的能力方面，都需要时间来满足客户的最后期限并确保质量。

GTC 2017 实际上是在宣告，GF 已经成熟为一个可靠的制造合作伙伴。正如 AMD 首席技术官兼高级副总裁马克-帕帕马斯特（Mark Papermaster）在 GTC 大会上所说，2017 年，AMD 与 GF 位于纽约州马耳他的工厂合作，成功推出了 14 纳米 FinFET 技术，新设计的处理器和图形解决方案阵容取得了巨大成功。

而 Skyworks 和 Qorvo 的高管也在 GTC 2017 上台表示，他们与 GF 在无线领域的合作也取得了成功。

这些成功的故事充分说明，未来的成功就在 GF 和我们大家的身边。

关于作者

戴夫-拉默斯

Dave Lammers 是 Solid State Technology 的特约撰稿人，也是 GF's Foundry Files 的特约博主。Dave 于 20 世纪 80 年代初在美联社东京分社工作时开始撰写有关半导体行业的文章，当时正值该行业快速发展时期。1985 年，他加入了《电子时报》，在东京工作的 14 年中，他报道了日本、韩国和台湾的情况。1998 年，戴夫和妻子美惠子以及四个孩子搬到奥斯汀，成立了《电子时报》德克萨斯分社。戴夫毕业于圣母大学，并在密苏里大学新闻学院获得新闻学硕士学位。

作者： Shankaran Janardhanan作者： ShankaranJanardhanan

全球首个在 300 毫米晶圆上制造的主流射频 SOI 代工平台，集同类最佳性能、成本效益和灵活性于一身，无与伦比

GF最近宣布了一些令射频前端模块设计人员振奋的消息。在我们的旗舰年度技术大会 GTC 上，我们发布了一款用于 4G LTE 和 6 GHz 以下移动/无线应用的 300mm 射频 SOI 平台，我们称之为 8SW。

它的技术指标令人印象深刻，为我们的客户带来了无与伦比的经济优势和上市时间优势。

但事实上，这并不是它唯一值得一提的特点。同样值得注意的是，它是一种无形但却非常重要的有形成果--我们与客户之间的独特关系、相互尊重和深厚信任。简而言之，没有客户的支持和密切的合作关系，我们不可能开发出这款产品。

通过收购 IBM 的微电子业务，GF 不仅获得了射频领域的深厚技术知识，还培养并巩固了与客户的亲密关系。因此，GF 开发出了一种全新的芯片制造技术，该技术具有一整套先进功能，可以满足客户的各种需求。

我们的新型8SW RF-SOI平台提供了无与伦比的最佳性能、成本效益和灵活性组合，可满足快速发展的移动/无线通信应用所需的复杂前端模块 (FEM) 的芯片制造要求。

它不仅是市场上开关、LNA（低噪声放大器）和逻辑功能的最佳组合，而且作为一种 300mm 射频 SOI 工艺，它使用更大的晶圆和更先进的工具，带来了引人注目的经济、设计和上市时间优势。此外，它还采用全铜互连，具有更高的载流能力和效率。

新型 8SW 平台的开关速度低于 85fs，比我们现有的 200mm RF-SOI 工艺快约 25%。对于 LNA，其峰值 fMAX 超过 250GHz。逻辑电路密度极高，可在 1.2V 或 1.8V 电压下工作，功耗比以前的平台降低了 70% 以上。

资料来源摘自《第五代移动无线网络

此外，整体芯片尺寸可缩小 20%。再加上 300mm 晶圆更大，可生产更多芯片，因此新的 8SW 工艺可实现更高的成本效益和更快的设计/开发周期，因为有更多的晶圆面积可用于测试场地、设计变化和多个同时进行的项目。此外，由于 300mm 生产工具比 200mm 工艺减少了 30% 以上的可变性，因此上市时间也得到了延长。

与客户密切合作

在开发 8SW 射频 SOI 平台的过程中，我们采取了以产品和客户为中心的双重方法。我们与客户密切合作，因为在开发 8SW 平台时，我们需要了解他们对应用需求的详细了解。

这种方法的一个例子是，我们认识到在信号从收发器进入前端模块时，需要将开发重点放在不断提高 LNA 性能上。我们与客户设计团队密切合作，确保 8SW 平台能够满足快速发展的先进 4G LTE 要求，这就是我们集中精力的直接结果。

新的 8SW 平台由位于纽约州东菲什基尔的 GF 300mm 生产线制造，为客户提供了充足的产能，因为它利用了自 2008 年以来一直在大批量生产的部分耗尽的 SOI 技术基础。

作者： Dave Lammers戴夫-拉默斯

面对带宽问题，网络公司正在转向内插器、HBM2 DRAM 和领先的 ASIC 技术。

当大型网络公司开始开发新的太比特路由器时，他们达到了林利集团网络分析师鲍勃-惠勒（Bob Wheeler）所说的 "爆发点"。

思科（Cisco）、瞻博网络（Juniper）、诺基亚（Nokia）等公司一直在关注路由器专用集成电路（ASIC）引脚数的 "爆炸性增长"，因为它们要从安装在层压印刷电路板上的商品 DDR DRAM 中获得足够的带宽。

网络客户现在可以使用 GLOBALFOUNDRIES® 的新型 14nm ASIC(FX-14™) 解决方案，该解决方案提供与安装在硅内插件上的高带宽内存(HBM2) 的连接。Rambus Inc.(Sunnyvale) 和 GF 工程师合作，为 FX-14 ASIC 平台提供了 Rambus PHY，可提供每秒 2 太比特 (Tb/s) 的惊人带宽。

"Wheeler 说："这是针对我们已经看到的一个问题的解决方案，即外部存储器无法满足这些 ASIC 缓冲区的带宽要求。"人们试图尽可能地使用商品 DRAM，但由于引脚数激增，这已经到了极限。

惠勒说，通信专用集成电路的市场规模约为十亿美元，他指出，路由器是一种昂贵的系统，可以支持基于内插件（2.5D）解决方案的成本，以获得高速数据包缓冲所需的带宽。

对于在层压印刷电路板上运行的现有 DDR 型 DRAM，Wheeler 说："从 ASIC 的角度来看，最大的问题是引脚数。最终可能会出现 2000 多个引脚的设备。HBM 的优点在于它有一个宽接口，并保持在封装内，因此你不必使用串行接口。

网络之外的市场？ 

GLOBALFOUNDRIES 公司封装研发和业务技术运营副总裁Dave McCann 表示，2.5D（基于内插件）解决方案还可应用于数据处理、高端图形、自动驾驶汽车、人工智能和其他对带宽要求较高的解决方案，但这取决于成本的改善程度。

采用中间件可以极大地提高布线密度。对于基于层压印刷电路板的解决方案，线路和空间为 12 微米，但往往无法达到这种布线密度，因为必须避开或绕开层间 50 微米的垂直通孔，从而浪费了大量空间。GF 公司技术开发高级经理 Walter Kocon 说，硅内插层的线路和空间与逻辑芯片的后端基本相同，目前约为 0.8 微米。

在互插板上的物理层和 HBM2 存储器之间使用类似逻辑的布线，需要使用包括光刻在内的工厂级工具。由于中间件比传统芯片大得多，因此必须将多个区域拼接在一起。但 Kocon 说，如今的步进机在网罩之间的切换能力非常强，而且在制造更大的内插器方面也取得了进展。

这些晶圆厂加工工具比传统的层压加工工具更昂贵，但其回报是 PHY 和 HBM2 存储器之间大量的片上 I/O（约 1,700 个）。正如 McCann 所说，与迄今为止使用的基于层压板的串行接口相比，通过保持非常短的迹线，功耗得到了控制。

无禁区

“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.

但是，内插板在制造方面也存在挑战。"这些是大型内插器和大型专用集成电路。首先，我们必须在专用集成电路（ASIC）和中间件之间建立一个接口。 ASIC和硅集成电路的膨胀特性相匹配是实现无应力接口的关键之一。 控制翘曲的设计和装配工艺至关重要。McCann说："然后，分散中间膜和下面层压板之间的应力也很关键，因为该界面存在很大的不匹配。

控制翘曲是 2.5D 获得良好互连良率的关键。互联器与 ASIC 之间的间距非常近，凸块高度约为 70 微米。"这意味着对翘曲的容忍度非常低，"McCann 说。焊锡被推到一起或拉向相反的方向，都会产生连接问题。"McCann说："我们需要制造工艺来保持所有这些表面的平整，我们相信，与我们的OSAT合作伙伴一起，我们能够做到这一点。

PHY 合作

PHY 是另一项技术挑战，也是 Rambus 与 GF 共同应对的挑战。Rambus 产品营销高级总监Frank Ferro 解释说，HBM2 PHY是一种混合信号功能，必须根据每个工艺节点进行专门设计。

"我们进行了大量的信道建模，然后设计了物理层来满足这些信道要求。这是一次合作。我们在整个过程中进行了多次讨论，以确保设计的稳健性。从第一天起，它就成功了，这是对 Rambus（建模和信号完整性）工具和具有设计这些 PHY 历史的工程师的有力证明。"

DDR DRAM 支持 72 位带宽，而 HBM2 支持 1,024 位。对于 1,024 位的带宽，信号完整性的控制是一项挑战，Ferro 向 GF 的工程师们表示感谢，他们中的许多人都曾在 IBM 的微电子集团工作过，积累了高速信号方面的经验。

当被问及他是否认为 2.5D 解决方案会在整个高性能行业中推广时，Ferro 说这取决于制造产量，以及 HBM2 DRAM 成本的降低。"2.5D 需要通过大批量制造来验证。这是一块相当大的硅片，你必须真正控制翘曲"。

GF 首席技术人员Tad Wilder 说，每秒 2 太比特的带宽 "对于单个内核来说是相当惊人的带宽"。由于在一个芯片上最多可以放置四个 HBM2 PHY，这就为 ASIC 设计人员提供了前所未有的每秒 8 太比特的低功耗、低延迟 DRAM 访问能力"。他补充说，14 纳米 HBM PHY "是我们为 ASIC 生产的最大内核，有 15,000 个内部引脚与内存控制器对话，1,700 个外部引脚与跨间接器的 DRAM 堆栈的基础芯片对话"。

每个 DRAM 堆栈包含一个基础芯片，该芯片通过数千个垂直硅通孔 (TSV) 与 ASIC 的 HBM2 PHY 和上面多达八个堆栈 DRAM 芯片通信。 每个 HBM DRAM 堆栈的总内存高达 32GB。为了降低 1,000 多个 I/O 可能切换时产生的噪音，ASIC HBM2 PHY 可以通过倾斜每个通道的时序来利用八个 128 位通道的完全独立性。

Linley Group 分析师 Wheeler 认为 HBM2 标准的发展势头良好。Wheeler 说，虽然海力士是最初的支持者，但三星已经强势推出了自己的 HBM2 部件。由于 HBM2 存储器的成本占整个解决方案成本的很大一部分，因此多家 HBM2 供应商之间的竞争将有助于提高产量、降低成本和改善性能。

当被问及他是否认为 2.5D 解决方案将得到推广时，McCann 说："这是一项真正伟大的技术，已经进入成熟期，收入可观。问题是：我们能否降低成本，使其达到更高的产量水平？

关于作者

戴夫-拉默斯

Dave Lammers 是 Solid State Technology 的特约撰稿人，也是 GF's Foundry Files 的特约博主。Dave 于 20 世纪 80 年代初在美联社东京分社工作时开始撰写有关半导体行业的文章，当时正值该行业快速发展时期。1985 年，他加入了《电子时报》，在东京工作的 14 年中，他报道了日本、韩国和台湾的情况。1998 年，戴夫和妻子美惠子以及四个孩子搬到奥斯汀，成立了《电子时报》德克萨斯分社。戴夫毕业于圣母大学，并在密苏里大学新闻学院获得新闻学硕士学位。