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美国国防部“可信代工”现危机,台积电英特尔三星可望成赢家
xinsixiang | 2019-04-24 09:43:41    阅读:6722   发布文章

有消息说,美国国防部正在为“可信计划”制定新的应对方案。据悉,在新方案中,军事/航空客户在晶圆代工厂的选择方面有了更多的回旋余地,台积电、英特尔、三星电子可望成赢家。而事情的起因竟是格芯半导体(GlobalFoundries)宣布将无限期搁置7nm FinFET项目。

 

20188月格芯半导体宣布将无限期搁置7nm FinFET项目,只维持14nm FinFET12nm SOI工艺的相关研发。不料此举引起美国军事/航空工业的担忧,更有可能会引发美国国防部(DoD,Department of Defense)“可信代工”危机。

 

“可信代工”的起源和发展

 

美国国防部于2003年开始实施“可信代工计划(TFPTrusted Foundry Program)”。美国国防部为什么要实施“可信代工计划”呢?这说来话长呀。

 

从晶体管发明以来,到1980年代,虽然芯片制造技术一直掌握在美国人手中,但当时的美国国防部就非常注意芯片的安全供应问题,认为先进的微电子技术对当前和下一代防御能力至关重要


在1960年代和1970年代,美国国防部门是半导体、大型计算机和电信的重要推动者之一。美国国防部早就认识到芯片技术对于美国的军事优势至关重要。但此后市场发生了巨大变化。从1980年代开始,个人电脑(PC)起飞,推动了商用集成电路(IC)市场的发展,接下来是手机。随着商用集成电路市场的扩大,军用/航空芯片业务在整体半导体市场中的份额变得越来越小,已经不足全球半导体市场份额的1%。美国当时很少有公司去追逐这项业务,甚至有的公司认为生产国防军用芯片一种烦恼的事情。


1990年代开始,当美国芯片制造技术开始向海外转移时,美国国防部更是担心芯片的安全供应问题,担心无法确保所用设备的安全性。

 

于是,美国国防部于1990年在位于马里兰州米德堡(Fort Meade)的国家安全局(NSANational Security Agency)建立了自己的晶圆制造厂、封装厂,以确保芯片的安全供应。

 

但是由于生产线的升级成本变得越来越昂贵,而晶圆厂生产的军用芯片量又极少,最终被逼无奈,只好关门大吉了。

 

为了确保芯片的安全供应,美国国防部和国家安全局在21世纪初共同制定的一项新计划,被称为“可信代工计划”。

 

该计划决定将芯片生产外包给美国本土工厂,在2003--2004年间,“蓝色巨人”IBM旗下的微电子集团赢得了第一份合同,成为美国国防部领先的可信代工服务的唯一供应商,包括两个IBM旗下的工厂,一个位于佛蒙特州埃塞克斯强克逊(Essex Junction),一个位于纽约州东菲什基尔(East Fishkill)。

 

根据美国国防部的“可信代工计划”规定,在此计划中,高级管理人员和晶圆厂工人必须接受背景调查和安全审查。然后,晶圆生产线会为商业客户和国防客户制造晶圆,但对于国防部业务而言,必须和商业客户分开。

 

据美国国防部官方信息披露,“可信代工计划”最初是作为与IBM的长期合同安排实施的,以确保获得前沿的代工技术。但是在计划实施后不久,美国国防部就意识到仅仅依靠IBM的能力在供应链中留下了一些空白,很快就推动新的“可信赖的供应商”计划,将其扩大至微电子供应链,以确保供应链可信赖

 

2007年“可信代工计划”扩大到覆盖整个供应链,包括IC设计公司、光掩模供应商、特色晶圆制造厂和封装测试公司。这些供应商被称为“值得信赖的供应商(Trusted Suppliers)”,“值得信赖的供应商”必须通过认证流程,包括背景调查和保护其设施,证明供应商可以满足一整套安全和运营标准,扩大可信服务的供应商的范围。 


然而,与IBM的情况不同,“值得信赖的供应商”没有保证业务的年度合同,但是可以利用其可信赖的资格去竞标政府业务。

 

这个“值得信赖的供应商”的资格是可以传承的,如果晶圆制造厂出售了,其购买方自动承接该资格。如赛普拉斯半导体在明尼苏达州的200毫米晶圆厂于2008年获得了国防部“值得信赖的供应商”计划的认证,2017年,SkyWater收购了赛普拉斯明尼苏达州的200毫米工厂,现在SkyWater将自己定位为晶圆代工厂商,制程工艺达90nmSkyWater在购买晶圆制造时也自动获得了“值得信赖的供应商”资格。


更牛的是格芯半导体收购IBM微电子业务,不仅传承了“值得信赖的供应商”的资格,还延续了美国国防部交给IBM的“可信代工”业务合同。

 

“可信代工”的危机

 

获得“值得信赖的供应商”资格认证并非适用于所有公司或所有晶圆制造厂。毕竟军事/航空工业的体量有限,回报非常有限。

 

同时,在“值得信赖的供应商”计划中,有各种CMOS代工厂和专业代工厂,这些供应商中最先进的工艺是90nm。

 

在先进工艺方面,IBM2015年之前为“可信代工计划”提供了足够的代工产能,但当IBM不将半导体视为核心业务时,旗下半导体业务部门被出售给了格芯半导体。

 

IBM出售半导体业务在美国国防部门引起了极大的轰动。实事求事说,格芯半导体不是一家美国公司,它是由位于阿联酋阿布扎比的穆巴达拉所有。

 

然而,考虑各种情况,美国国防微电子部门(DEMAthe Defense Microelectronics Activity)还是承认佛蒙特州和纽约州的工厂是“可信代工计划”的一部分,包括1A类和ITAR指定,并将IBM的可信代工合同转让给格芯半导体。

 

格芯半导体透过佛蒙特州和纽约州的工厂提供硅锗(SiGe)和射频(RF)工艺,最先进的CMOS工艺只有32nm SOI技术。

 

2017,美国国防微电子部门与格芯半导体计划扩展到包括14nm finFET技术,透过位于纽约马尔塔(Malta)的300mm晶圆厂(FAB8)生产。实事求事说,FAB8没有取得“可信代工”资格认证。事实上,该工厂只具有2类标识,这意味着工厂采用了完整性措施。

 

但不管如何,先进工艺还得继续,国防客户可以使用格芯半导体FAB814nm工艺以及光掩模和IC封装服务,并与IBM位于加拿大布罗蒙(Bromont)的封测厂合作,一起开展ITAR和可信代工服务,提供一个端到端解决方案,以满足国防部的芯片安全问题。

 

当格芯半导体在20188月宣布无限期搁置7nm FinFET项目时,美国“可信代工计划”被逼再次调整。尽管格芯半导体将继续提供14nm及以上的服务,但国防客户需要在10nm/7nm及先进的工艺范围内寻找另外一种解决方案。

 

美国国防部至少在短期内不需要10nm/7nm工艺。至于军方的需求,目前的工艺平台足够了。虽然还不到危机时刻,但是,美国国防部确实需要考虑未来并开发出需要计算的新AI硬件。

 

美国本土拥有14nm工艺制程产能的制造厂不少,除了前文提到的格芯半导体位于纽约马尔塔的FAB8,还有英特尔(Intel)的众多300mm晶圆制造厂,以及三星电子(Samsung)位于德州奥斯汀(Austin)的300mm晶圆制造厂。但具有讽刺意味的是,这些晶圆制造厂都不在美国国防部目前的可信赖范围内。

 

在格芯半导体宣布无限期搁置7nm FinFET项目后,更先进的10nm/7nm工艺制程的选择范围仅限于英特尔、三星电子和台积电(TSMC)三者之间。不管如何,美国国防部必须找到一个方案,与三者的一个或多个进行合作才行。

 

尽管台积电、英特尔、三星电子都不在“值得信赖的供应商”列表中,但根据美国国防部官方信息披露,美国国防部已经与台积电、英特尔、三星电子有不同程度的合作,和台积电有研究应用的芯片生产,三星电子为美国情报高级研究计划局(IARPA)完成一些人工智能(AI)工作,和英特尔进行研究开发合作。

 

美国国防部的应对策略

 

事实上,现在美国国防部采购的FPGA产品,不管是赛灵思(Xilinx)还是Flex Logix的产品,都是由台积电位于台湾的晶圆制造厂生产的,可台积电没有“可信代工”或“值得信赖的供应商”资格。

 

就算把格芯的FAB8算上,也只能提供14nm及以上的工艺制程,可如果要采用10nm工艺,可还是需要与台积电或其他没有可信资格谁的客户合作。

 

美国国防部下属的国防科学委员会(DSBDefense Science Board)认为芯片在海外制造是一种安全隐患。在目前高度全球化的集成电路产业供应链中,产品定义和代码属于可信范围,IPEDA工具属于半可信,晶圆制造、封装属于不可信。

 

为此,美国国防高级研究计划局(DARPA,Defense Advanced Research Projects Agency)于2006年启动了“芯片可信任(Trust in IC)计划”,意图找到一种对芯片的评估和测试方法,以确认芯片的安全性和可信性,涉及包括IC的设计、制造和封装等。

 

所以,美国国防部正在为“可信计划”制定新的应对方案。据悉,在新方案中,军事/航空客户在晶圆代工厂的选择方面有了更多的回旋余地。具体来说有以下三点:

114nm及以上工艺制造和格芯半导体合作。

2、在国防部“值得信赖的供应商”列表中选择代工厂。(目前有74家“值得信赖的供应商”,其中有21个晶圆代工制造厂供选择)

3、选用不在“值得信赖的供应商”列表中的代工厂,可能是美国或非美国供应商。

 

关于第3点,我们通过赛灵思航空航天与国防部资深总监大卫·冈巴(David Gamba)的讲话可以了解的更清楚。大卫·冈巴表示,可以使用像台积电这类的海外代工晶圆厂,FPGA由我们的客户编程,因此在制造过程中,代工商不会知道客户的设计信息是什么。在海外生产的理由是美国需要拥有最新、最先进的技术。国防军用客户希望为他们的作战人员提供最先进的技术,他们是从台积电获得的。

 

关键是如何确定不在“值得信赖的供应商”列表中的代工厂的可信赖度。据消息称,美国国防部正在制定新的方案。当然,这是一个复杂的过程。

 

具体来说包括以下三点:

1、新的供应链管理方法。

2、新的设计、制造和封装技术,包括可相互进行模块化组装的“小芯片chiplet”。

3、使用分段式生产,器件中的晶体管部分在一个晶圆厂中生产,后面的金属化在一个可信赖的制造设施中完成。为此,美国国防部又准备为成熟工艺节点建立自有工厂。

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