SkyWater Technology 首席執(zhí)行官 Thomas Sonderman 正在建立一種新型的芯片代工廠模式，將數(shù)十億美元的繁重晶圓廠投資成本，轉(zhuǎn)移給客戶來承擔(dān)。

2017 年，私募股權(quán)投資者 Oxbow Industries 收購了曾經(jīng)的賽普拉斯(Cypress Semiconductor)子公司 Cypress Foundry Solutions，并任命前 AMD 高管 Sonderman 掌管新公司，這家唯一一家 100% 由美國擁有的代工廠創(chuàng)建于 2017 年。

通過創(chuàng)建“技術(shù)代工廠模式，我們瞄準(zhǔn)了定制/產(chǎn)量缺口的最佳點(diǎn)，這需要大量創(chuàng)新。”Sonderman 在一次獨(dú)家采訪中告訴 EE Times。“這也讓我們能夠把自己定位為與眾不同的專業(yè)代工廠。”

Sonderman 表示，他正在尋找被臺(tái)積電 (TSMC) 和三星代工廠等亞洲大型代工廠所忽視的初創(chuàng)客戶。SkyWater 還與谷歌等大公司合作，后者正在開發(fā)一種新的開源芯片設(shè)計(jì)方法。

“SkyWater 的大部分收入來自‘技術(shù)即服務(wù)’或來自研發(fā)預(yù)算高的客戶，”Gartner 研究副總裁 Sam Wang 告訴 EE Times。“最近，SkyWater 提供了開源 PDK 和 MPW [多產(chǎn)品晶圓] 服務(wù)，它們現(xiàn)在對(duì)許多研發(fā)預(yù)算較少的新客戶具有吸引力。”

SkyWater 在美國國防部 (DoD) 也有一個(gè)重要客戶，這使該公司成為值得信賴的供應(yīng)商，作為美國國防部在境內(nèi)創(chuàng)建安全供應(yīng)鏈努力的一部分。

繼 SkyWater 通過收購賽普拉斯獲得明尼蘇達(dá)工廠之后，該公司于 2021 年增加了一個(gè)現(xiàn)有的佛羅里達(dá)工廠，并于今年宣布在印第安納州新建一座價(jià)值 18 億美元的工廠。前兩個(gè)晶圓廠生產(chǎn) 200 毫米晶圓，印第安納工廠可能同時(shí)生產(chǎn) 200 毫米和 300 毫米晶圓。

TechInsights 副主席 Dan Hutcheson 告訴 EE Times，SkyWater 的目標(biāo)是填補(bǔ)“解決問題的想法”與“在實(shí)體產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)該想法”之間的空白。

“他們正在明尼蘇達(dá)州工廠使用一套獨(dú)特技術(shù)，規(guī)模小到足以提供更好的服務(wù)，并且比大型代工廠更具成本效益，”他說。

未來兩年，SkyWater 的目標(biāo)是成為美國少數(shù)為客戶提供從始至終晶圓制造和芯片組裝的代工廠之一。

“我們的目標(biāo)是將最先進(jìn)的異構(gòu)集成技術(shù)帶到美國，從 200 毫米平臺(tái)開始，”Sonderman 說。“我們正在研究晶圓扇出封裝。還有一種我們?cè)S可的采用混合鍵合技術(shù)的晶圓鍵合技術(shù)。”

TechInsights 的 Hutcheson 指出，隨著新冠疫情(Covid) 封鎖世界，SkyWater 在佛羅里達(dá)州開始了先進(jìn)的封裝業(yè)務(wù)。“他們實(shí)現(xiàn)了從創(chuàng)意到硅，再到可插入封裝設(shè)備上的新技術(shù)。”

Sonderman 表示，對(duì)于與臺(tái)積電或三星等公司競(jìng)爭(zhēng)的公司來說，芯片代工廠應(yīng)該承擔(dān)所有風(fēng)險(xiǎn)，投資數(shù)十億美元進(jìn)行制造的想法一直是個(gè)問題。SkyWater 不是單獨(dú)承擔(dān)投資，而是希望客戶承擔(dān)將其技術(shù)推向市場(chǎng)的開發(fā)成本。

“你得到的是協(xié)同優(yōu)化的好處，”他說。“您可以在我們開發(fā)流程的同時(shí)開發(fā)您的產(chǎn)品”，從而產(chǎn)生差異化的產(chǎn)品，更快地進(jìn)入，“因?yàn)槟氵M(jìn)行了投資，而我們將在同一家工廠內(nèi)將你的產(chǎn)品批量生產(chǎn)。”

SkyWater 通過將成熟工藝節(jié)點(diǎn)中的低利潤晶圓業(yè)務(wù)與高利潤的先進(jìn)技術(shù)服務(wù) (ATS) 相結(jié)合來進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

“我們?nèi)种氖杖雭碜栽摌I(yè)務(wù)的 ATS 部分，它只消耗了晶圓廠總工作的 5%，”Sonderman 說。

遠(yuǎn)離前沿工藝

雖然頂級(jí)代工廠臺(tái)積電和三星開始生產(chǎn)具有世界上最高晶體管密度的 3 納米芯片，但 SkyWater 的大部分生產(chǎn)都是在 90 納米。

“具有諷刺意味的是，美國政府仍然主要關(guān)注 90 nm，”Sonderman 說，并補(bǔ)充說 SkyWater 在該節(jié)點(diǎn)上制造了世界上最先進(jìn)的抗輻射 ASIC。該公司使用該技術(shù)制造可讀出 IC，用于處理夜視鏡或 F-35 戰(zhàn)斗機(jī)上視覺系統(tǒng)中的熱信息。

SkyWater 將與以色列的 Tower Semiconductor 競(jìng)爭(zhēng) 美國國防部(DoD) 業(yè)務(wù)，不久前后者宣布被英特爾代工服務(wù) (IFS)收購。Sonderman 預(yù)計(jì) IFS 將為美國國防部提供 45nm 生產(chǎn)服務(wù)，而另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 GlobalFoundries 將在 28nm 節(jié)點(diǎn)上競(jìng)爭(zhēng)。

“在很多方面，你制造的晶體管越小，漏電流就越嚴(yán)重，”他說。“如果您考慮在太空中飛行的事物，會(huì)希望盡可能地節(jié)省電力。如果您可以在性能上做出權(quán)衡，就不一定需要那么先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)。”

SkyWater 正在與麻省理工學(xué)院(MIT)和國防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 合作開發(fā) 3D SoC 項(xiàng)目。SkyWater 正在其 90 納米 CMOS 工藝中添加碳納米管層，以使 FET 與電阻式 RAM 耦合。

“通過創(chuàng)建額外的功能和額外的互連，您可以使 90 納米器件以低于 10 納米的功耗水平運(yùn)行，”Sonderman 說。“您最終無需付出成本即可獲得性能優(yōu)勢(shì)。它實(shí)際上是一種異構(gòu)集成解決方案，因?yàn)槟诨A(chǔ) CMOS 設(shè)備之上建造一座摩天大樓。”谷歌開源項(xiàng)目

9 月，SkyWater 成為美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 和谷歌的一個(gè)項(xiàng)目的代工廠。NIST 和谷歌正在為研究人員開發(fā)芯片提供資金。

谷歌將支付建立生產(chǎn)的初始成本，并將補(bǔ)貼第一次流片。NIST 將為芯片設(shè)計(jì)電路。電路設(shè)計(jì)將是開源的。

Sonderman 說，自今年年初以來，該項(xiàng)目一直在擴(kuò)大規(guī)模。

SkyWater 首席執(zhí)行官 Thomas Sonderman 與美國商務(wù)部長 Gina Raimondo 在 9 月的普渡大學(xué)活動(dòng)中(來源：SkyWater Technology)

幾個(gè)月前，谷歌和 SkyWater 合作開發(fā)了從麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移的 90 納米工藝。

“可以把它想象成沒有抗輻射組件的 90 納米技術(shù)，”他說。

安全的供應(yīng)鏈

SkyWater 預(yù)計(jì)將在幾年內(nèi)，將其佛羅里達(dá)工廠作為值得信賴的供應(yīng)商，提供前端芯片制造以及后端組裝和測(cè)試。

“佛羅里達(dá)州工廠的戰(zhàn)略之一就是這樣做，” Sonderman說。“國防部顯然是支持者。芯片設(shè)計(jì)公司對(duì)在美國擁有這一切(完整的芯片產(chǎn)線)的興趣是我所見過最高的。他們的論點(diǎn)是，‘如果我必須把晶圓送到亞洲進(jìn)行切割，我為什么要在美國制造它?’”

本月，SkyWater 和公私合作伙伴 BRIDG 完成了美國國防部資助項(xiàng)目的第一階段，以開發(fā)硅橋中介層的基線制造流程，該中介層越來越多地用于異構(gòu)集成應(yīng)用。

CHIPS法案與美國安全

Sonderman 說，最近通過的 CHIPS 和科學(xué)法案有助于解決美國國家安全方面的漏洞。

“突然之間，國防部陷入了所有芯片都來自不受美國控制地區(qū)的境地。[現(xiàn)在]他們?cè)跊Q策桌上擁有一席之地，可以決定項(xiàng)目的資金來源。牢記這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檫@是很多投資的最終目標(biāo)——確保我們?cè)诿绹鴵碛邪踩墓?yīng)鏈，用于對(duì)經(jīng)濟(jì)和國家安全至關(guān)重要的事情。”

Sonderman 預(yù)計(jì)，到 2024 年，SkyWater 將擁有多個(gè)“完整供應(yīng)鏈直至封裝芯片級(jí)別”的例子。

當(dāng)美國政府明年開始發(fā)放這筆資金時(shí)，SkyWater 預(yù)計(jì)公司將贏得 520 億美元的 CHIPS 法案補(bǔ)貼中的一部分。

Sonderman在 11 月 7 日與投資者和記者的電話會(huì)議上表示，國防部將撥款約 20 億美元，作為其最近宣布的微電子共享計(jì)劃的一部分。“我們正在積極參與其中。這是圍繞從實(shí)驗(yàn)室到工廠的概念創(chuàng)建創(chuàng)新中心。

“有 110 億美元用于研發(fā)和創(chuàng)新。這就是國家半導(dǎo)體技術(shù)中心的概念，其中 50 億美元與先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成相關(guān)。我相信我們已經(jīng)為這些做好了準(zhǔn)備。”

產(chǎn)品技術(shù)組合

SkyWater 擁有 50 多家客戶，為他們提供 8 個(gè)專業(yè)技術(shù)平臺(tái)，包括標(biāo)準(zhǔn) CMOS 芯片上的輻射硬化和微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) ，以及混合信號(hào)產(chǎn)品。

該公司的主要混合信號(hào)客戶是英飛凌。

英飛凌正在使用嵌入電源管理功能的可編程 SoC 技術(shù)來創(chuàng)建微控制器和其他設(shè)備，這些設(shè)備將用于 Fitbit 智能手表等新產(chǎn)品。中國臺(tái)灣的 Parade Technologies 公司也在顯示設(shè)備中使用 SkyWater 的混合信號(hào)技術(shù)。

SkyWater 的主要 MEMS 客戶是 Rockley Photonics，該公司為多應(yīng)用、與健康相關(guān)的傳感和監(jiān)測(cè)應(yīng)用生產(chǎn)光子 IC。

Sonderman 說，DARPA 是 SkyWater 碳納米管技術(shù)的主要客戶。

“他們希望能夠在邊緣設(shè)備上進(jìn)行高水平的計(jì)算，這樣當(dāng)你處于沖突中時(shí)你就不需要依賴云計(jì)算了。您不必將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。”

限制來自設(shè)備和人才

今年第三季度，SkyWater 的收入增至 5200 萬美元，同比增長 49%。在凈虧損較去年同期縮小至 700 萬美元后，該公司更接近盈利。

在芯片行業(yè)經(jīng)歷了多年的蓬勃發(fā)展后，2022 年即將結(jié)束，SkyWater 發(fā)現(xiàn)自己受到生產(chǎn)設(shè)備和工程師短缺的限制。

“獲取設(shè)備是個(gè)大問題，”他說。“我們已經(jīng)訂購一些設(shè)備，但被告知可能需要兩年時(shí)間才能拿到。我們現(xiàn)在購買的很多東西都是面向開發(fā)的。我不認(rèn)為我們的工具訂單會(huì)被取消，但我確實(shí)希望更快地獲得它們。

“工程師仍然很難找到。在每個(gè)人都對(duì) CHIPS 法案感到興奮之前，我們有一個(gè)獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，因?yàn)槲覀兪俏ㄒ灰患以诿绹?a target="_blank">招聘晶圓廠工程師的公司。現(xiàn)在，臺(tái)積電在建晶圓廠，英特爾想在俄亥俄州建晶圓廠 ，人才市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈了。”

編輯：黃飛

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