迎接新的挑战 AMD原晶圆工厂发展解析

     今天我和大家一起谈到的，是于年初时成立的Globalfoundries公司。在将生产厂切割出去，成立新的合资公司Globalfoundries之后，AMD变成了无生产工厂的芯片设计公司。

     AMD将现有的两座工厂切割了出去，而来自少沙特的ATIC (Advanced Technology Investment Company)则出资60亿美元加入。其中ATIC拥有新公司Globalfoundries 65.8%的股权，其余股权则归属AMD，但是两者拥有相同份量的投票权，而且Globalfoundries由AMD直接负责管理操控。

     对于AMD来说，一直以来最困绕该公司的问题就是资金短缺。Intel手上目前总共拥有四座45nm工厂，并且将会在2010年年底开始32nm工艺，而AMD当前只有在德国Dresden（德累斯顿）拥有一座45nm工厂。因此在生产设施方面，AMD根本就没有办法和Intel玩，因此AMD选择与ATIC展开合作，接受60亿美元的入股资金，将制造工厂分离出去。

Intel将在2010年推出32nm工厂

     直到近期，Globalfoundries手上还只拥有一名客户——AMD，但是随着STMicro正式宣布将会与Globalfoundries展开合作，Globalfoundries终于拥有了第一个非AMD客户。当前Globalfoundries拥有位于Dresden的2座工厂，其中只有一家在生产45nm SOI晶元。当然，工厂的升级也正在计划中。

Globalfoundries全新Fab 2工厂动工

     AMD无法在工厂数量上与Intel竞争是有原因的。下面向我们展示了建设一家工厂所需要的成本：

      光一个32nm工厂的建设就需要花费40亿美元，而在2年之后就需要升级为22nm。AMD为了维持这个花销以及保持相对于Intel的竞争力，就必须在x86处理器市场上占据份额优势。可就算当AMD在技术上处于领先地位时，这种情况也没有发生。

     另一种方法就是通过其他客户，共同支撑工厂。这种方法会相当有趣，AMD也许自己无法解决这些花费，但是如果是AMD + Sony + Toshiba + NVIDIA + ...............情况就会不同了。

Globalfoundries的潜在客户

     当前无工厂芯片设计商，如NVIDIA的芯片生产，都交由芯片代工厂负责，比如TSMC。作为回报，NVIDIA可以获得最新的生产工艺，而且不需要承担昂贵的建厂费用。不过这种方法也存在一定的问题。比如刚开始时，TSMC向40nm转换时遇到了一些问题，相信这个大家都听说过。但是最为关键的就是，你无法获得更先进的生产工艺。这主要是因为TSMC在生产工艺上的竞争力并不是很强，毕竟当TSMC向40nm转换时，Intel就已经准备向32nm进军了。

远处的机器就是193nm印刷机，价值7500万美元

     目前包括索尼，Freescale，三星，Toshiba 以及 TI 都有自己的处理器产品。但是，这些处理器与Nehalem或者Radeon HD 4890相比要简单得，因此都是使用的130nm，90nm或者65nm工艺。iPhone 3GS手机使用的SoC (System on Chip)处理器是由三星自己的工厂生产，使用的是65nm工艺。因此在由45nm向32nm转移后，Intel也为苹果、三星甚至是ARM留下了足够的市场空间。

     这些厂商对工艺提升的需求的压力，是来源于Intel进军智能手机市场的意向。一旦Atom处理器成功进军智能手机市场，那么Intel相对于ARM的合作伙伴将会拥有工艺上的优势，在工艺的优势也可以让其更快的推出功耗低，同时性能更强的产品。换一句话说，就是现在生产智能手机SoCs的公司需要一家工厂可以选择，可以让其与Intel展开竞争。

    因此，Globalfoundries所面临的消费需求也就可想而知了。下面是 Globalfoundries 当前工厂的发展计划：

      2010年下半年，Globalfoundries将会把位于Dresden的一座工厂升级为32nm SOI，用于生产AMD CPU，这个时间点将会让我们相当感兴趣。我们将会看到在2010年年底的时候，在Dresden的工厂推出低功耗处理器。不过该处理器将会属于Globalfoundries的第一个非AMD客户：STMicro。

     真正的转换将会发生在2011年，当Globalfoundries将在Dresden较老的工厂升级至28nm之后。Globalfoundries将28nm业务视为其潜在客户的关键转折点。相信随着28nm代工业务的推出，将会为Globalfoundries带来更多的客户。如果说在40nm工艺上，一些公司会选择TSMC的话，那么28nm工艺上，Globalfoundries将会开始吃独食的日子，至少暂时会如此。

Fab 1工厂以前称为 Fab 30 和 36

     不过需要注意的是，这个28nm工艺还只是“半节点”业务（32nm-22nm）。如无意外，当前由TSMC负责代工的40nm芯片，在下一代产品推出时将会部分转向Globalfoundries。而AMD推出的第一款CPU/GPU混合处理器，同样也很可能会于2012年使用Globalfoundries的22nm生产线。

     在2001年时，AMD就开始将CPU的生产向SOI (Silicon on Insulator)转移。SOI的优势是在功耗更低以及更快的转换速度，不过其生产成本较高。AMD将会继续在高性能CPU的生产上使用SOI技术，但是对于价格较为敏感的市场，Globalfoundries则需要在2010年时推出 bulk silicon 技术。

      SOI与bulk silicon生产存有一定的不同，因此需要花费一定的工作才能完成转换。Dresden出品的第一批bulk技术处理器将会使用40nm低功耗工艺，将会由Fab 1 Module 出货。2011年时，Globalfoundries将会推出28nm LP bulk工艺，以及28nm通用目的bulk工艺。后者将会被用于GPU以及其它非超低电压芯片的生产。

     这里看到几乎所有的计划，都是有关于AMD在Dresden的老工厂（前者是 Fab 36 和 Fab 30，现在是 Fab 1 Modules 1 和Modules 2）。但是当2012年来临后，这里将会出现一个新角色，那就是——Fab 2！

     Fab 2的位置在纽约的Saratoga郡。该工厂的建设将会耗资42亿美元，但是借助ATIC雄厚的财力以及纽约地方的支持，将不会有任何资金上的问题。当该工厂正式投产之后，将会为纽约带来超过1400个高技术岗位，工厂的建设为数千名建设工厂带来了就业机会。另外，工厂建成之后还将会提供超过5000个左右的相关工作岗位。另外Globalfoundries还为当地的两个镇捐献了500万美元。总之，Fab 2就是用钱堆起来的。

      工厂的地点设置也相当有讲究。离纽约州立大学的阿尔巴尼分校CNSE只有几公里。CNSE可不是一个普通的大学分校，在该校内还拥有一条能够生产300mm 45nm 晶元的生产线，其技术含量不差于Globalfoundries当前最好的工厂。当然该生产线纯粹是用于理论研究，因为其产量只有25张晶元/天。另外，世界仅有的两台 alpha EUV印刷机，其中有一台就在CNSE。

Fab 2将会在此建立

     当Fab 2于2012年建成时，将会是一家28nm/22nm工厂，其中大部分产能将会用于22nm芯片的生产。

半节点 vs 全节点

      很多人也许都会有这样的疑问，这就是为什么GPU都会使用半节点而CPU则使用的是全节点。比如Intel CPU的发展路线是90nm－65nm－45nm。而NVIDIA的GPU的发展路线为90nm－80nm－65nm－55nm－40nm。其中中间的节点（80nm，55nm以及28nm）称为半节点。CPU由于设计周期长同时更复杂，因此没有使用半节点。不过相对于使用半节点，在技术上也没有什么缺陷，CPU设计师仅仅只需要一点额外的工作。

     GPU的设计周期要短很多，因此充分使用半节点技术也是相当合理。从1990年来以来，GPU的设计周期一般为半年。

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维持摩尔法则

     每两年我们需要将芯片做得更小，同时将更多的晶体管放入其中。这可以让处理器的速度更快，更复杂同时也更便宜。这个发展定律几乎伴随了半导体产业的发展全过程。为了能够实现每两年将晶体管的面积缩小一半，你需要将物理电路设计得足够小，这需要昂贵而精准的设备实现。

     在这个方面，45m工艺上AMD/Globalfoundries通过 Immersion Lithography (沉浸式光刻)技术解决了这个问题。但是当提升到32nm以后时，则将会遇到当前工具的瓶颈。这样生产更小晶体更多的处理器的可能性将会失去。

     解决方法就是 极端远紫外光刻技术（ Extreme ultraviolet lithography technology ）。该技术使用了13.5nm波长光线，要比当前的光刻工具更精细。

     当AMD宣布把工厂分离出去之时，也是该公司唯一能够做出的决定。虽然这项决定可以视作是大出血拍卖，但是其潜在的成功还是值得重视的。现在的AMD已经可以将精力完全投注于芯片的设计，这样在与Intel的竞争中也可以实现轻装上阵。也许AMD永远没有机会在工厂数量上胜过Intel，但是在技术上超出还是相当有可能的。

     作为一家独立的实体，Globalfoundries本身的工作也可以做得非常出色。微处理器在当前的世界中正变得越来越重要，同时对于低价、高性能、低功耗SoCs处理器的需求也是日益见涨。这个趋势将会一直持续下去，这样SoC芯片厂商就会面临一个问题，这就是需要一个生产处理器的合作伙伴。

     此次Fab 2的建厂，对于美国以及纽约而言的经济利益无疑是非常巨大的。在接下来的三年里，40亿美元的建设资金将会为当地带来大量的工作岗位。Fab 2工厂一旦建成，将会带来1400个高科技工作岗位，而且都是高薪。初步估算其工资总额将不会低于8800万美元/年。1400名员工每年可以获得8800万美元，这些工人的家庭将会因此而享受到更高品质的生活。之后带来的消费也会为当地的经济起到刺激作用。

AMD前董事长 鲁智毅 继续执掌Globalfoundries

    总的来说，对于Globalfoundries资金将不再是问题，金融危机对其也不会有太大影响。现在问题就是，谁将会是下一个客户。