聊一聊IBM對于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)

責(zé)任編輯:editor006

作者:莫大康

2017-01-18 17:36:16

摘自:半導(dǎo)體行業(yè)觀察

IBM在業(yè)界首次結(jié)合銅芯片、絕緣硅和應(yīng)變硅三種制造技術(shù),采用90納米工藝在2004年開發(fā)出低功耗、高性能的新型微處理器—64位的PowerPC 970FX。

IBM(國際商業(yè)機(jī)器公司)或萬國商業(yè)機(jī)器公司,是International Business Machines Corporation的簡稱??偣驹诩~約州阿蒙克市,1911年托馬斯·沃森創(chuàng)立于美國,是全球最大的信息技術(shù)和業(yè)務(wù)解決方案公司,業(yè)務(wù)遍及160多個國家和地區(qū)。

IBM是全球著名的IT服務(wù)供應(yīng)商。IBM在全球有43萬多員工,年銷售額近1000億美元,每年在研發(fā)上投入約60億美元資金。

IBM繼2015年在美國獲得了7355項(xiàng)專利,雖然略低于2014年的7534項(xiàng),但仍連續(xù)23年高居榜首。

IBM發(fā)言人稱,公司2016年在美國獲得的專利數(shù)量仍將超過7000項(xiàng)。這樣,IBM將繼續(xù)成為在美國獲得專利數(shù)量最多的科技公司,從而實(shí)現(xiàn)24連冠。

2016年,IBM還將創(chuàng)下另一個里程碑:人工智能和認(rèn)知計(jì)算相關(guān)專利數(shù)量將超過1000項(xiàng)。相比之下,F(xiàn)acebook2015年獲得的整體專利數(shù)量也不到1000項(xiàng)。

IBM研究人員遍及全球,包括美國、印度、德國、以色列和其他一些國家。在過去的20年間,IBM總計(jì)獲得超過88000項(xiàng)專利。

然而在半導(dǎo)體領(lǐng)域,IBM實(shí)際上它是一家半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先公司,并以輸出技術(shù)及提供服務(wù)平臺而聞名。觀察到它與Chartered,Samsung,AMD等有很長的技術(shù)合作歷程。它開發(fā)了許多專利技術(shù),大多非自用,而是作為技術(shù)輸出。

然而業(yè)界對于IBM的認(rèn)識,之前大多認(rèn)為它是一家大型計(jì)算機(jī)公司及軟件供應(yīng)商,是一家技術(shù)服務(wù)型公司,擅長于提供軟件支持。實(shí)際上IBM對于全球半導(dǎo)體業(yè)的貢獻(xiàn)是非常巨大。

IBM在半導(dǎo)體方面貢獻(xiàn)

最典型的是全球邏輯電路,除了英特爾是鶴立雞群之外,實(shí)際上IBM是領(lǐng)跑者。它創(chuàng)建的全球IBM制造技術(shù)聯(lián)盟(IBM Alliance),成員包括有Samsung,Toshiba,AMD,F(xiàn)reescale,Infineon,STMicron,Chartered及NEC八家,目標(biāo)是攻克32/28納米時的高k金屬柵(HKMG)工藝難題。但是它采用的是gate-first工藝,而英特爾是自45納米開始就采用gate-last工藝。

在全球半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展歷程中IBM曾推出多項(xiàng)突破性的半導(dǎo)體技術(shù),對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn),包括如1966年的單晶體管的DRAM單元;1980年RISC處理器架構(gòu);80年代3D封裝,倒裝芯片(flip chips)技術(shù)等;1989年全球第一個200mm 生產(chǎn)線;嵌入式DRAM總線;1997年的銅互連技術(shù),替代鋁線,能效更高;化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP);硅鍺(SiGe)晶體管的引變(stress)技術(shù);氟化氬(ArF)光刻;計(jì)算機(jī)化光刻技術(shù);化學(xué)增量光刻膠及絕緣層上硅(SOI)技術(shù)等。

如當(dāng)IBM發(fā)表了銅制程與Low-K材料的0.13微米新技術(shù),曾找上臺積電和聯(lián)電兜售。該時臺灣半導(dǎo)體還沒有用銅制程的經(jīng)驗(yàn),臺積電回去考量后,決定回絕IBM、自行研發(fā)銅制程技術(shù);而聯(lián)電則選擇向IBM買下技術(shù)合作開發(fā)。然而由于IBM的技術(shù)強(qiáng)項(xiàng)只限于實(shí)驗(yàn)室,在制造上良率過低、達(dá)不到量產(chǎn)水平。到了2003 年,臺積電的0.13 微米自主制程技術(shù)驚艷亮相,客戶訂單營業(yè)額將近55億臺幣,聯(lián)電則約為15億臺幣,導(dǎo)致兩雄之間的先進(jìn)制程差距拉大,臺積電一路躍升為晶圓代工的霸主,并且一家獨(dú)秀。

IBM在業(yè)界首次結(jié)合銅芯片、絕緣硅和應(yīng)變硅三種制造技術(shù),采用90納米工藝在2004年開發(fā)出低功耗、高性能的新型微處理器—64位的PowerPC 970FX。

現(xiàn)階段半導(dǎo)體工藝制程技術(shù)在20nm以下有兩條路徑,一條是依intel的FinFET 3D技術(shù),另一條是以IBM為首,STMicronelectronics.GlobalFoundries等加入的耗盡層絕緣體上硅(FD SOI)技術(shù)。目前兩種技術(shù)各有優(yōu)劣,它與使用的要求相關(guān),很難說誰將一定勝出。由于FinFET技術(shù)需要從IC設(shè)計(jì)開始興建新的生態(tài)鏈,工藝復(fù)雜,會影響成品率而提高成本。而對于FD SOI工藝,由于SOI硅片成本高,要500美元一片,相比通常的12英寸晶園每片80美元。但是它適用于目前的2D工藝,其它方面的變動不大,尤其適用于高頻,或者低功耗器件的制造。兩條技術(shù)路線的前途決定于intel,Qualcomm,TSMC,Samsung等頂級大廠的支持與使用。

IBM正在不斷深化同AMD、蘋果、Nvidia、高通、三星、索尼以及其他一些公司的合作關(guān)系,幫助他們更好地利用IBM領(lǐng)先的半導(dǎo)體制程技術(shù)。

2004年,AMD與IBM簽訂協(xié)議,共同開發(fā)新的65納米和45納米邏輯制程技術(shù)。根據(jù)協(xié)議,在研發(fā)期間AMD將支付給IBM大約2.5億~2.8億美金。作為回報(bào),AMD有權(quán)采用IBM部分先進(jìn)的制造技術(shù),包括C-4芯片封裝技術(shù)。

2004年3月,三星公司宣布與IBM、新加坡特許半導(dǎo)體制造公司(Chartered Semiconductor Manufacturing)和英飛凌達(dá)成戰(zhàn)略性半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)合作關(guān)系。結(jié)成合作伙伴關(guān)系的4家公司重點(diǎn)關(guān)注65納米及45納米芯片技術(shù)。

2014年IBM倒貼15億美元,脫手它的老舊芯片生產(chǎn)線給格羅方德,雙方進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)方面的合作。

代工服務(wù)

IBM在Vermont于1988年創(chuàng)建200mm生產(chǎn)線,產(chǎn)能60,000片,工藝能力Analog,Logic,Memory及Mixed Signal。并在East Fishkill于2001年創(chuàng)建300mm的R&D線及2002年投資了超過25億美元,興建世界上最先進(jìn)的300毫米晶園制造生產(chǎn)線,并開展代工服務(wù)。

IBM的代工,與臺積電等相比并不突出,2013年它在全球代工中,(屬于IDM代工),排名第11位,銷售額近5億美元。

IBM已經(jīng)和特許半導(dǎo)體制造公司簽署多項(xiàng)戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)展和制造協(xié)議, 兩家公司合作開發(fā)90納米和65納米的buk-CMOS工藝技術(shù),用于在300毫米晶園上進(jìn)行芯片代工生產(chǎn)。雙方還達(dá)成一項(xiàng)互惠制造協(xié)定,為客戶提供更靈活的雙重來源選擇。

Intersi宣布進(jìn)一步擴(kuò)展同IBM的芯片代工合作,將內(nèi)部所有的0.6微米BiCMOS晶片制程全部移往IBM位于佛蒙特州Burington的芯片制造廠。到2005年,該工廠將生產(chǎn)出5億顆BiCMOS晶片,這些晶片經(jīng)過測試封裝后,將為各類臺式機(jī)、筆記本電腦、掌上計(jì)算設(shè)備和寬帶電源應(yīng)用提供電源管理功能。

到2014年時IBM己連續(xù)第5年被Gartner評選為業(yè)界領(lǐng)先的定制芯片(ASIC)供應(yīng)商。

IBM與思科公司合作,共同設(shè)計(jì)并生產(chǎn)思科硅封包處理器(SPP)—全球最完善的40 Gbps特定應(yīng)用集成電路(ASIC),它總共擁有3800萬個門電路、約1.85億的晶體管以及188個可編程32位RISC處理器,每秒能處理470億條指令(BIPS)。該處理器將應(yīng)用于思科面向運(yùn)營商的路由器系統(tǒng)(Carrier Routing System,Cisco CRS-1)中,后者是一款最新的路由系統(tǒng),用以在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)及影音文件。

IBM推出了業(yè)界首個定制芯片設(shè)計(jì)方法,主要用于在下一代定制芯片中實(shí)現(xiàn)性能最大化和功耗最小化。這方法被稱為“變量識別時序(variation-aware timing)”,預(yù)計(jì)將縮短多達(dá)4倍的定制芯片設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)時間,幫助客戶加快新產(chǎn)品的上市速度。該方法針對130納米、90納米和65納米的ASIC設(shè)計(jì)。

業(yè)界可能知之甚少,華為的海思曾是IBM半導(dǎo)體制造的最大客戶,并且IBM半導(dǎo)體也是華為海思在芯片制造上的重要合作伙伴。

同樣中芯國際曾于2012年3月28日與IBM簽訂協(xié)議,合作開發(fā)行業(yè)兼容28納米技術(shù)。根據(jù)合作協(xié)議,中芯國際及IBM將先交換若干技術(shù)資料,然后展開行業(yè)兼容28納米技術(shù)的合作與開發(fā)。

IBM倒貼15億美元甩掉半導(dǎo)體

據(jù)2014年10月消息,IBM將低級的服務(wù)器業(yè)務(wù)以23億美元價格賣給中國聯(lián)想后,IBM公司發(fā)表聲明,同意支付給格羅方德(Globalfoundries)公司15億美元,把旗下虧損連連的半導(dǎo)體制造業(yè)務(wù)脫手給格羅方德,格羅方德也從IBM取得半導(dǎo)體設(shè)計(jì)能力。

在15億美元的交易總額中,IBM將支付13億美元現(xiàn)金,分3年給付完畢,營運(yùn)資金抵銷2億美元。未來10年格羅方德將獨(dú)家供應(yīng)IBM專用的Power處理器,格羅方德將能使用IBM這方面的知識產(chǎn)權(quán)。

據(jù)悉,雙方合作內(nèi)容不僅包括收購晶片廠、接收所有技術(shù)團(tuán)隊(duì)及員工、為IBM代工處理器等,雙方還宣布,IBM未來5年將投入30億美元研發(fā)基礎(chǔ)半導(dǎo)體技術(shù),研發(fā)成果及硅技術(shù)等,并同步轉(zhuǎn)移給格羅方德,格羅方德將成為全球擁有最先進(jìn)半導(dǎo)體硅技術(shù)的晶片代工廠。

盡管半導(dǎo)體制造業(yè)務(wù)占IBM整體營收不到2%,但該部門每年虧損最多時曾達(dá)到15億美元,2014年上半年虧損4億美元,2013年全年虧損7億美元,因此IBM決心壯士斷腕。

格羅方德最感興趣的是能夠取得IBM的工程師及知識產(chǎn)權(quán),而非制造設(shè)施。但I(xiàn)BM將保留與系統(tǒng)相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán),不過技術(shù)授權(quán)費(fèi)用將遞減。

聯(lián)電第一次和IBM進(jìn)行此類合作。2012年的時候,雙方曾就14nm FinFET工藝的開發(fā)達(dá)成合作。

在10nm合作方面,IBM聯(lián)盟會針對聯(lián)電客戶的需求開發(fā)基準(zhǔn)10nm工藝,聯(lián)電則會派出一隊(duì)工程師,前往紐約州奧爾巴尼,參與10nm的開發(fā)工作。

2015年7月IBM宣布全球首塊7納米芯片試制成功,盡管僅是塊測試芯片,尚不具備量產(chǎn)能力,但是反映IBM的芯片生產(chǎn)線出售之后,并沒有改變它的先進(jìn)制程技術(shù)輸出的能力。

IBM與中國

IBM與華為

1998年,經(jīng)任正非發(fā)起,推動了在華為研發(fā)內(nèi)部進(jìn)行的“向美國人學(xué)習(xí)”、“向IBM學(xué)習(xí)”的活動,并組織了“創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)新”的大討論。華為重新反思了什么是產(chǎn)品研發(fā),提出一個尖銳的觀點(diǎn),產(chǎn)品研發(fā)的過程必須是面對當(dāng)前客戶需求的快速響應(yīng)。

1999年2月,華為正式聘請IBM公司做顧問,化5000萬元,開展IPD(集成產(chǎn)品研發(fā)流程)咨詢項(xiàng)目。以前華為的產(chǎn)品開發(fā)都在中研部,產(chǎn)品經(jīng)理定位在研發(fā),實(shí)行IPD改革后將改由PDT(產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì))來承擔(dān),產(chǎn)品經(jīng)理不再落在研發(fā),而是直接由產(chǎn)品線管理團(tuán)隊(duì)管理。

每個產(chǎn)品都有各自的PDT,每一個PDT團(tuán)隊(duì)由研發(fā)、市場、財(cái)務(wù)、采購、用戶服務(wù)、生產(chǎn)等各部門抽調(diào)的代表組建,就像一個創(chuàng)業(yè)型“小企業(yè)”。

因此華為/海思曾是IBM半導(dǎo)體制造這塊最大的客戶,并且IBM半導(dǎo)體也是華為/海思在芯片制造上的重要合作伙伴:華為/海思很多的芯片,尤其是ASIC芯片,是在IBM完成的;而IBM制造的多數(shù)產(chǎn)能也是華為/海思提供的;雙方有著長遠(yuǎn)、深厚的合作基礎(chǔ);在對方眼中的地位都是非常重要。

IBM與聯(lián)想

2005年5月1日聯(lián)想集團(tuán)有限公司與IBM共同宣布,聯(lián)想完成了對IBM全球個人電腦(ThinkPad)業(yè)務(wù)的收購,這標(biāo)志著全球第三大個人電腦企業(yè)從此誕生。 聯(lián)想集團(tuán)董事會主席楊元慶說:“這筆交易的完成對聯(lián)想是一個歷史性的事件,標(biāo)志著全球個人電腦產(chǎn)業(yè)新紀(jì)元的開始。

聯(lián)想在全球增長速度最快的市場中占據(jù)著領(lǐng)先地位。 并購 IBM PC 業(yè)務(wù)以后,聯(lián)想將成為全球第三大 PC 供應(yīng)商。其中最值得一提的交易就是聯(lián)想于2005年收購IBM的PC業(yè)務(wù),恰恰就是這項(xiàng)交易開啟了一家中國成功企業(yè)向全球巨頭的轉(zhuǎn)變之旅。IBM的霍騰休斯曾代表IBM進(jìn)行了2005年收購交易的談判,并于此后加入了聯(lián)想。

2014年1月,兩家公司宣布它們最終又達(dá)成了交易。聯(lián)想將支付23億美元,收購IBM的x86低端服務(wù)器項(xiàng)目,這塊年收入約46億美元的業(yè)務(wù),約7,500名IBM員工將加入聯(lián)想。

首先,它能顯著增強(qiáng)聯(lián)想在低端服務(wù)器領(lǐng)域的地位,并能在開發(fā)和制造領(lǐng)域能與PC業(yè)務(wù)產(chǎn)生極大的協(xié)同效應(yīng)。收購IBM這塊業(yè)務(wù)后,聯(lián)想在企業(yè)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器行業(yè)的排名將從第六升至第三。“聯(lián)想的業(yè)務(wù)將據(jù)此增長近10倍”。

另外,雖然低端服務(wù)器是IBM的低利潤率業(yè)務(wù),但對于聯(lián)想仍屬于高利潤率,聯(lián)想總是將市場占有率置于比利潤更重要的地位,以低價與戴爾(Dell)和惠普展開競爭。

中晟宏芯獲IBM的Power 8架構(gòu)和指令集永久授權(quán)

2016年6月22日,蘇州中晟宏芯信息科技有限公司(下稱“中晟宏芯”)對外公布,該公司已拿到IBM服務(wù)器處理器芯片Power 8芯片架構(gòu)和指令系統(tǒng)的永久授權(quán),并可以基于該芯片進(jìn)行自主創(chuàng)新。所謂“指令系統(tǒng)”,是指用來計(jì)算和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一套指令的集合。

中國政府日漸寬松的安全政策,令I(lǐng)BM可以通過將專利授權(quán)給中國廠商的方式,間接進(jìn)入對外資IT企業(yè)來說門檻頗高的政府部門和工業(yè)核心領(lǐng)域的服務(wù)器市場。

中晟宏芯成立于2013年,其員工主要來自中科院計(jì)算所和IBM,2014年加入IBM發(fā)起的OpenPOWER基金會,并在2015年6月發(fā)布了第一款I(lǐng)BM授權(quán)POWER架構(gòu)的服務(wù)器芯片產(chǎn)品CP1。中晟宏芯表示,正在與中國多家潛在客戶進(jìn)行談判,包括電信運(yùn)營商和電力公司。

IBM已同意中晟宏芯可以刪除Power 8的安全模塊,代之以國產(chǎn)的安全模塊系統(tǒng),以符合中國政府在安全方面的監(jiān)管要求。

IBM利用OpenPOWER基金會將產(chǎn)品專利授權(quán)給中國廠商使用,從而間接進(jìn)入對外資IT企業(yè)來說門檻頗高的政府部門和工業(yè)核心領(lǐng)域。IBM提供服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上幫助中國合作廠商進(jìn)行二次開發(fā),以此達(dá)到“自主研發(fā)”的要求。

中晟宏芯認(rèn)為引進(jìn)Power 8之后,需要結(jié)合政府部門要求和廠商遷移需求重新設(shè)計(jì)中國自主標(biāo)準(zhǔn)的安全模塊。初期在掌握源代碼的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)IBM技術(shù),做出可控芯片,后期則在IBM幫助下自主定義芯片結(jié)構(gòu)。

這是IBM迄今就安全問題作出的最大讓步。

今年以來,IBM在中國市場的處境正在改善。隨著中國政府對“自主安全可控”認(rèn)識的轉(zhuǎn)變,主管部門已經(jīng)認(rèn)可與外企的合作模式,但前提是要在中國的法律框架下保障安全。

2015年10月,IBM軟件和硬件業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人、全球執(zhí)行副總裁Steve Mills表示,會對工信部授權(quán)的第三方安全檢測機(jī)構(gòu)開放軟件代碼。這被視為IBM渴望獲得中國政府承認(rèn)的信號。

作為回應(yīng),中國政府默許IBM通過授權(quán)給中國廠商專利技術(shù),由后者生產(chǎn)銷售用于核心部門服務(wù)器芯片產(chǎn)品的模式。

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