能让90nm芯片功耗堪比10nm的晶圆制造

SkyWater Technology 首席执行官 Thomas Sonderman 正在建立一种新型的芯片代工厂模式，将数十亿美元的繁重晶圆厂投资成本，转移给客户来承担。

2017 年，私募股权投资者 Oxbow Industries 收购了曾经的赛普拉斯(Cypress Semiconductor)子公司 Cypress Foundry Solutions，并任命前 AMD 高管 Sonderman 掌管新公司，这家唯一一家 100% 由美国拥有的代工厂创建于 2017 年。

通过创建“技术代工厂模式，我们瞄准了定制/产量缺口的最佳点，这需要大量创新。”Sonderman 在一次独家采访中告诉 EE Times。“这也让我们能够把自己定位为与众不同的*工厂。”

Sonderman 表示，他正在寻找被台积电 (TSMC) 和三星代工厂等亚洲大型代工厂所忽视的初创客户。SkyWater 还与谷歌等大公司合作，后者正在开发一种新的开源芯片设计方法。

“SkyWater 的大部分收入来自‘技术即服务’或来自研发预算高的客户，”Gartner 研究副总裁 Sam Wang 告诉 EE Times。“最近，SkyWater 提供了开源 PDK 和 MPW [多产品晶圆] 服务，它们现在对许多研发预算较少的新客户具有吸引力。”

SkyWater 在美国国防部 (DoD) 也有一个重要客户，这使该公司成为值得信赖的供应商，作为美国国防部在境内创建安全供应链努力的一部分。

继 SkyWater 通过收购赛普拉斯获得明尼苏达工厂之后，该公司于 2021 年增加了一个现有的佛罗里达工厂，并于今年宣布在印第安纳州新建一座价值 18 亿美元的工厂。前两个晶圆厂生产 200 毫米晶圆，印第安纳工厂可能同时生产 200 毫米和 300 毫米晶圆。

TechInsights 副主席 Dan Hutcheson 告诉 EE Times，SkyWater 的目标是填补“解决问题的想法”与“在实体产品中实现该想法”之间的空白。

“他们正在明尼苏达州工厂使用一套独特技术，规模小到足以提供更好的服务，并且比大型代工厂更具成本效益，”他说。

未来两年，SkyWater 的目标是成为美国少数为客户提供从始至终晶圆制造和芯片组装的代工厂之一。

“我们的目标是将最先进的异构集成技术带到美国，从 200 毫米平台开始，”Sonderman 说。“我们正在研究晶圆扇出封装。还有一种我们许可的采用混合键合技术的晶圆键合技术。”

TechInsights 的 Hutcheson 指出，随着新冠疫情(Covid) 封锁世界，SkyWater 在佛罗里达州开始了先进的封装业务。“他们实现了从创意到硅，再到可插入封装设备上的新技术。”

Sonderman 表示，对于与台积电或三星等公司竞争的公司来说，芯片代工厂应该承担所有风险，投资数十亿美元进行制造的想法一直是个问题。SkyWater 不是单独承担投资，而是希望客户承担将其技术推向市场的开发成本。

“你得到的是协同优化的好处，”他说。“您可以在我们开发流程的同时开发您的产品”，从而产生差异化的产品，更快地进入，“因为你进行了投资，而我们将在同一家工厂内将你的产品批量生产。”

SkyWater 通过将成熟工艺节点中的低利润晶圆业务与高利润的先进技术服务 (ATS) 相结合来进行竞争。

“我们三分之二的收入来自该业务的 ATS 部分，它只消耗了晶圆厂总工作的 5%，”Sonderman 说。

远离前沿工艺

虽然顶级代工厂台积电和三星开始生产具有世界上最高晶体管密度的 3 纳米芯片，但 SkyWater 的大部分生产都是在 90 纳米。

“具有讽刺意味的是，美国政府仍然主要关注 90 nm，”Sonderman 说，并补充说 SkyWater 在该节点上制造了世界上最先进的抗辐射 ASIC。该公司使用该技术制造可读出 IC，用于处理夜视镜或 F-35 战斗机上视觉系统中的热信息。

SkyWater 将与以色列的 Tower Semiconductor 竞争 美国国防部(DoD) 业务，不久前后者宣布被英特尔代工服务 (IFS)收购。Sonderman 预计 IFS 将为美国国防部提供 45nm 生产服务，而另一个竞争对手 GlobalFoundries 将在 28nm 节点上竞争。

“在很多方面，你制造的晶体管越小，漏电流就越严重，”他说。“如果您考虑在太空中飞行的事物，会希望尽可能地节省电力。如果您可以在性能上做出权衡，就不一定需要那么先进的工艺节点。”

SkyWater 正在与麻省理工学院(MIT)和国防高级研究计划局 (DARPA) 合作开发 3D SoC 项目。SkyWater 正在其 90 纳米 CMOS 工艺中添加碳纳米管层，以使 FET 与电阻式 RAM 耦合。

“通过创建额外的功能和额外的互连，您可以使 90 纳米器件以低于 10 纳米的功耗水平运行，”Sonderman 说。“您最终无需付出成本即可获得性能优势。它实际上是一种异构集成解决方案，因为您正在基础 CMOS 设备之上建造一座摩天大楼。”谷歌开源项目

9 月，SkyWater 成为美国商务部国家标准与技术研究院 (NIST) 和谷歌的一个项目的代工厂。NIST 和谷歌正在为研究人员开发芯片提供资金。

谷歌将支付建立生产的初始成本，并将补贴第一次流片。NIST 将为芯片设计电路。电路设计将是开源的。

Sonderman 说，自今年年初以来，该项目一直在扩大规模。

SkyWater 首席执行官 Thomas Sonderman 与美国商务部长 Gina Raimondo 在 9 月的普渡大学活动中(来源：SkyWater Technology)

几个月前，谷歌和 SkyWater 合作开发了从麻省理工学院林肯实验室转移的 90 纳米工艺。

“可以把它想象成没有抗辐射组件的 90 纳米技术，”他说。

安全的供应链

SkyWater 预计将在几年内，将其佛罗里达工厂作为值得信赖的供应商，提供前端芯片制造以及后端组装和测试。

“佛罗里达州工厂的战略之一就是这样做，” Sonderman说。“国防部显然是支持者。芯片设计公司对在美国拥有这一切(完整的芯片产线)的兴趣是我所见过最高的。他们的论点是，‘如果我必须把晶圆送到亚洲进行切割，我为什么要在美国制造它?’”

本月，SkyWater 和公私合作伙伴 BRIDG 完成了美国国防部资助项目的第一阶段，以开发硅桥中介层的基线制造流程，该中介层越来越多地用于异构集成应用。

CHIPS法案与美国安全

Sonderman 说，最近通过的 CHIPS 和科学法案有助于解决美国国家安全方面的漏洞。

“突然之间，国防部陷入了所有芯片都来自不受美国控制地区的境地。[现在]他们在决策桌上拥有一席之地，可以决定项目的资金来源。牢记这一点很重要，因为这是很多投资的最终目标——确保我们在美国拥有安全的供应链，用于对经济和国家安全至关重要的事情。”

Sonderman 预计，到 2024 年，SkyWater 将拥有多个“完整供应链直至封装芯片级别”的例子。

当美国政府明年开始发放这笔资金时，SkyWater 预计公司将赢得 520 亿美元的 CHIPS 法案补贴中的一部分。

Sonderman在 11 月 7 日与投资者和记者的电话会议上表示，国防部将拨款约 20 亿美元，作为其最近宣布的微电子共享计划的一部分。“我们正在积极参与其中。这是围绕从实验室到工厂的概念创建创新中心。

“有 110 亿美元用于研发和创新。这就是国家半导体技术中心的概念，其中 50 亿美元与先进封装和异构集成相关。我相信我们已经为这些做好了准备。”

产品技术组合

SkyWater 拥有 50 多家客户，为他们提供 8 个专业技术平台，包括标准 CMOS 芯片上的辐射硬化和微机电系统 (MEMS) ，以及混合信号产品。

该公司的主要混合信号客户是英飞凌。

英飞凌正在使用嵌入电源管理功能的可编程 SoC 技术来创建微控制器和其他设备，这些设备将用于 Fitbit 智能手表等新产品。中国台湾的 Parade Technologies 公司也在显示设备中使用 SkyWater 的混合信号技术。

SkyWater 的主要 MEMS 客户是 Rockley Photonics，该公司为多应用、与健康相关的传感和监测应用生产光子 IC。

Sonderman 说，DARPA 是 SkyWater 碳纳米管技术的主要客户。

“他们希望能够在边缘设备上进行高水平的计算，这样当你处于冲突中时你就不需要依赖云计算了。您不必将数据发送到云端。”

限制来自设备和人才

今年第三季度，SkyWater 的收入增至 5200 万美元，同比增长 49%。在净亏损较去年同期缩小至 700 万美元后，该公司更接近盈利。

在芯片行业经历了多年的蓬勃发展后，2022 年即将结束，SkyWater 发现自己受到生产设备和工程师短缺的限制。

“获取设备是个大问题，”他说。“我们已经订购一些设备，但被告知可能需要两年时间才能拿到。我们现在购买的很多东西都是面向开发的。我不认为我们的工具订单会被取消，但我确实希望更快地获得它们。

“工程师仍然很难找到。在每个人都对 CHIPS 法案感到兴奋之前，我们有一个独特的竞争环境，因为我们是唯一一家在美国招聘晶圆厂工程师的公司。现在，台积电在建晶圆厂，英特尔想在俄亥俄州建晶圆厂 ，人才市场的竞争更加激烈了。”

编辑：黄飞