ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Некоторые аспекты американо-китайской «технологической холодной войны»

Краткий обзор деятельности ведущих кремниевых заводов

Тайвань и американо-китайская борьба за лидерство в микроэлектронике

КНР готовится к технологическому «разводу» с США

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

Некоторые тенденции развития производственной базы микроэлектроники

Возвращение «блудных сыновей»

Китайская технология 3D-флэш-памяти NAND-типа

Состояние и планы развития ведущих кремниевых заводов

Тенденции развития современных производственных мощностей

Достижения КНР в области индустрии ИС ЗУ

Состояние и планы развития ведущих кремниевых заводов

GlobalFoundries и стимулирование производственной базы микроэлектроники в США

Intel принимает бизнес-модель IDM 2.0

Intel принимает бизнес-модель IDM 2.0

Выпуск 7(6731) от 08 апреля 2021 г.
РУБРИКА: ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА

В последние годы корпорация Intel столкнулась с проблемами при освоении технологий с проектными нормами 10 нм и менее. Из-за этого ее конкуренты Samsung и TSMC вырвались вперед, освоив 7/5-нм технологические процессы. Пытаясь исправить ситуацию, Intel решила реализовать концепцию IDM 2.0, предполагающую дальнейшее развитие технологий, расширение оказания услуг кремниевого завода и собственной производственной базы.

К настоящему моменту традиционная модель вертикально-интегрированного производителя полупроводниковых приборов (IDM), подразумевающая их разработку, проектирование и производство, испытывает серьезный кризис. Этот кризис длится уже около 20 лет и связан с увеличением, по мере масштабирования ИС, затрат на их проектирование, разработку новых технологических процессов и сооружение новых заводов по обработке пластин. Большинство IDM к настоящему времени преобразовались в fabless-фирмы (либо напрямую, либо через этап fab-lite), в чистом виде данная модель существует только в отдельных нишах рынка полупроводниковых приборов, характеризующихся высокой степенью монополизации. Крупнейшие IDM, такие как Intel и Samsung, для сохранения конкурентоспособности вынуждены прибегать к использованию модели кремниевого завода: Samsung создала специализированное foundry-подразделение, а Intel предоставляет услуги кремниевого завода на свободных мощностях избранным клиентам (реализующим свои ИС по технологиям Intel). В последние годы Intel испытывала значительные трудности с освоением производственных технологий с проектными нормами 10 нм и менее, причем если проблемы с 10‑нм техпроцессом в 2020 г. удалось решить, то 7-нм ИС на собственных мощностях корпорация сможет производить не ранее 2023 г. Соответственно, в ближайшие годы 4-нм центральные процессоры Intel будут производиться на мощностях TSMC [1]. То же самое касается и других ИС Intel, спроектированных по проектным нормам 5/3 нм. Производить такие ИС в настоящее время могут только Samsung и TSMC [2].

Такая ситуация породила в полупроводниковой промышленности слухи о переходе Intel на fabless-модель. Но эти предположения не оправдались – ​недавно корпорация заявила о намерении модифицировать свою IDM-модель и представила концепцию IDM 2.0.


Причины сохранения корпорацией Intel собственного производства

В условиях американо-китайской «Холодной технологической войны», ускорения цифровизации экономики на фоне пандемии COVID‑19 и ряда других причин в развитых странах набирает популярность мнение, что при принятии решения о месте размещения высокотехнологичных производств наряду с вопросами затрат должны рассматриваться вопросы целостности цепочки поставок, благосостояния национальной экономики и на-циональной безопасности.

Оборонные ведомства США, стран НАТО и их союзников всегда остро осознавали, что в отношении критически важных материалов и товаров полагаться на потенциального противника (в настоящее время – ​КНР) довольно проблематично. После сбоев в цепочках поставок, вызванных американо-китайскими противоречиями и пандемией COVID‑19, почти все они пришли к выводу, что производственные мощности микро- и радиоэлектроники должны быть размещены более равномерно, желательно – ​на территориях западных стран и их союзников, уже имеющих соответствующие опыт и инфраструктуру. Недавно возникший дефицит ИС еще раз подтвердил, что многие фирмы по всему миру (в том числе производящие автомобильную электронику, смартфоны, игровые консоли и т. п.) просто отчаянно нуждаются в гарантированном доступе к мощностям по производству ИС. Проще говоря, западный мир хочет получить больший объем мощностей по производству ИС на подконтрольных территориях. Корпорация Intel не могла не ухватиться за такую возможность, тем более что, по прогнозам, объем рынка услуг кремниевых заводов в 2025 г. составит не менее 100 млрд долл. Два новых завода по обработке пластин, которые предполагается построить в рамках реализации концепции IDM 2.0, будут соответствовать всем требованиям рынков США и ЕС, а также оборонным потребностям США и НАТО.

Как известно, Intel уже оказывает услуги кремниевого завода. В этой области ее клиентам доступен довольно обширный портфель сложнофункциональных (СФ) блоков. Он включает в себя процессорные ядра х86, а также ядра фирмы ARM и процессоров RISC‑V, графических и медиапроцессоров, дисплеи, межсоединения, оптоволоконные решения и т. п. Два новых завода предполагается построить на территории уже существующего комплекса Intel (кампус Окотильо в Чэндлере, шт. Аризона). В дальнейшем новые линии могут быть созданы и за пределами США – ​в уже существующих производственных комплексах в Ирландии и Израиле.

Пока речь идет о том, что Intel собирается строить заводы в Аризоне на собственные средства. Реализация стратегии IDM 2.0 не зависит от вложений штата и федерального правительства. Правда, запрос на субсидии и налоговые льготы уже подан [3].


Суть концепции IDM 2.0 корпорации Intel

Стратегия корпорации Intel, получившая наименование IDM 2.0, состоит из трех основных элементов, которые позволят компании укрепить лидерские позиции в области технологических процессов и технологий изготовления продукции.

Во-первых, одним из конкурентных преимуществ корпорации Intel, обеспечивающим возможность оптимизации продукции, повышения экономической эффективности и устойчивости поставок, является собственная сеть предприятий в разных странах мира, осуществляющих поточно-массовое производство ИС. Корпорация по-прежнему намерена производить бóльшую часть продукции на собственных мощностях. Отмечается, что разработка фирменного 7-нм технологического процесса с использованием EUV-литографии идет успешно. Предполагается, что опытные образцы 7-нм центральных процессоров Meteor Lake появятся в июне 2021 г. [4], а их серийное производство намечено на 2023 г. Процессоры будут производиться с использованием фирменной технологии Foveros (рис. 1) (есть сведения, что они могут выпускаться и по 5-нм техпроцессу на мощностях TSMC) [3]. Наконец, корпорация Intel намерена упрочить свое лидерство в области перспективных методик корпусирования, позволяющих выпускать 2,5D и 3D ИС с различными сочетаниями СФ-блоков и чиплетов.



Источник: Intel

Рисунок 1. Схематичное отображение технологии Foveros

* HBM (high-bandwidth memory) – память с высокой пропускной способностью

** TSV (through-silicon via) – одна из технологий 2,5/3D-корпусирования, предполагающая этажерочное расположение кристаллов или ядер кристаллов с формированием межсоединений сквозь подложку ИС или кремниевую пластину с целью экономии занимаемого пространства, снижения потребляемой мощности и увеличения производительности и скорости внутрисхемной связи.

*** EMIB (embedded multi-die interconnect bridge) – встраиваемое мостовое межсоединение многокристального модуля, методика, позволяющая объединять в одном гетерогенном модульном процессоре блоки, изготовленные по процессам с разными топологическими нормами и c разной функциональностью (ядра процессоров, блоки памяти, логика и т. п.)


Во-вторых, предполагается расширять взаимодействие и использование услуг внешних кремниевых заводов. Сейчас ряд кремниевых заводов, включая TSMC и Samsung, производят некоторые типы изделий Intel – ​от ИС для средств связи и обеспечения связности до графики и чипсетов. Предполагается, что взаимодействие Intel с независимыми кремниевыми заводами будет охватывать ряд модульных конструкций на основе перспективных технологических процессов. В частности, это приборы на основе вычислительных приложений Intel как для клиентских сегментов, так и для сегментов центров обработки данных (ЦОД). Это обеспечит увеличение гибкости и возможностей масштабирования, необходимых для оптимизации маршрутных карт Intel с точки зрения затрат, производительности, сроков вывода новой продукции на рынок и т. п., и даст корпорации уникальные конкурентные преимущества.

Третий элемент стратегии IDM 2.0 – ​создание современного бизнеса по оказанию услуг кремниевого завода, Intel Foundry Services (IFS). Корпорация планирует стать одним из крупнейших центров оказания услуг кремниевого завода для США и Европы с целью удовлетворения постоянно растущего спроса на полупроводниковые приборы. IFS станет автономным подразделением Intel. Конкурентных преимуществ планируется достичь за счет сочетания в рамках IFS передовых технологических процессов формирования кристаллов ИС и перспективных методик их сборки, корпусирования и тестирования (включая 2,5D/3D-корпусирование). В распоряжение IFS передается широкий портфель СФ-блоков (включая ядра процессоров ARM, RISC‑V и x86) [4].

К корпорациям, одобрившим радикальное расширение деятельности Intel в области оказания услуг кремниевого завода, относятся Amazon, Cisco, Ericsson, Google, IBM, IMEC, Microsoft и Qualcomm. Поддержал стратегию Intel и Межуниверситетский центр микроэлектроники (IMEC, Левен, Бельгия).

При подготовке своей новой стратегии Intel столкнулась с вопросом о взаимодействии с конкурентами. Действительно, кто будет полагаться на конкурента (Intel) при производстве своих новейших ИС? Поэтому Intel предприняла ряд шагов во избежание этой проблемы, получив одобрение своей идеи у всех потенциальных клиентов и сформировав IFS как отдельную, автономную вертикально-организованную структуру с собственной отчетностью по прибылям и убыткам [3].


Расширение производственных мощностей

Как уже говорилось, для ускорения реализации стратегии IDM 2.0 предусмотрено сооружение двух новых заводов по обработке пластин в кампусе Окотильо. В этом комплексе с 2020 г. уже действует завод по обработке пластин с использованием 10-нм процесса – ​Fab42. Строительство двух новых заводов начнется в 2021 г. Общий бюджет их сооружения составляет 20 млрд долл., на строительстве будет задействовано более 3 тыс. рабочих, численность высококвалифицированного и высокооплачиваемого персонала предприятий после ввода в строй составит также 3 тыс. человек. Кроме того, эти два завода позволят создать еще 15 тыс. долгосрочных рабочих мест на смежных производствах, в сфере обслуживания и т. п. Вероятно, будет и следующий этап расширения производственной базы корпорации и создания новых предприятий в США, Европе и других странах мира – ​объявление об этом будет сделано до конца 2021 г.


Технологические проблемы и сотрудничество

Заявление о реализации стратегии IDM 2.0 было сделано на последнем Форуме разработчиков Intel (Intel Developers Forum, IDF). Представители корпорации также признали, что ошиблись в своем слишком осторожном отношении к технологии EUV-литографии при разработке 10-нм технологических процессов. Нежелание доверять этой технологии привело к существенному усложнению конструкций и процесса проектирования 10-нм ИС, проблемам с их освоением в производстве. То же самое повторилось и с 7-нм техпроцессами. Сейчас же, когда Intel освоила EUV-литографию, многие проблемы удалось решить. Благодаря этому первые 7-нм серверные процессоры Granite Rapids появятся в 2023 г. (правда, при их производстве возможно использование мощностей TSMC).

Тем не менее Samsung и TSMC уже производят 5-нм ИС и разрабатывают 3-нм технологические процессы [3]. Догнать их в одиночку Intel будет трудно, поэтому ей потребуется технологическая помощь со стороны других фирм. Одной из них стала корпорация IBM, сотрудничающая с Intel уже около 50 лет [4]. Конкретные планы сотрудничества в области разработки 5/3-нм технологии пока не разглашаются. Наибольшее внимание уделяется разработке и совершенствованию 7-нм технологического процесса. В связи с этим часто подчеркивается значение таких технологий корпусирования Intel, как EMIB (рис. 2) и Foveros. Отраслевые специалисты рассматривают технологию EMIB как реализацию чиплет-подхода – ​и представители Intel подтверждают, что переходят от принципа «система-на-кристалле» (SoC) к принципу «система-в-модуле» (SiP) на основе чиплетов [3].



Источник: Intel

Рисунок 2. Схематичное отображение технологии EMIB

* FCBGA – корпус с матричным расположением шариковых выводов и перевернутым кристаллом.


1. For the Release of 4-nm Intel Products, TSMC Will Have to Allocate an Entire Enterprise. World Today News, January 9, 2021: https://phonemantra.com/for-the-release-of‑4nm-intel-products-tsmc-will-have-to-allocate-an-entire-enterprise/

2. Manners David. Foundry Revenue to Grow 23.8% This Year. Electronics Weekly, November 19, 2020: https://www.electronicsweekly.com/news/business/foundry-revenue-grow‑23-8-year‑2020-11/

3. Santo Brian. Intel Surprises with $20B Expansion of Foundry Business. EE Times, March 24, 2021: https://www.eetimes.com/intel-surprises-with‑20b-expansion-of-foundry-business/

4. Intel Launches ‘IDM 2.0’ Strategy, Including Two New U. S. Fabs and Foundry Services. Semiconductor Digest, March 24, 2021: https://www.semiconductor-digest.com/2021/03/24/intel-launches-idm‑2–0-strategy-including-two-new‑20b-fabs-and-foundry-services/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 7(6731) от 08 апреля 2021 г. г.
Выпуск 6(6730) от 25 марта 2021 г. г.