美国半导体先进制程自救的三板斧——打压，扶持与拉拢
前阵写了一篇文章叫《就职后的拜登是否会松开掐住中国半导体脖子的双手》，之后有些朋友私信里表示对里边提到的美国对于半导体的回归做了哪些努力挺感兴趣，这篇文章就来聊一聊。
从2019年的全球晶圆代工行业排名可以看出，目前能量产14nm的只有5家公司，其中7nm及以下的只有台积电及三星两家。
排名第三第四的格罗方德及UMC已经宣布放弃了7nm的研发，UMC是真放弃了，他们家现在的营收主力制程还是40nm及28nm，对于先进制程的投入并不大，基本都是十亿美元级规模，有些往如存储，传感器等特种工艺上发力的趋势。
而排第五的中芯国际是有7nm研发计划的，他们目前正奋战于14nm/10nm，这一被称为7nm资格考试的节点之上。
尽管格罗方德宣布不做7nm研发，但他们作为美国独苗，肯定是美国半导体振兴之战的主力嫡系部队。
所以美国搞先进制程涉及到的几方选手主要包括：格罗方德，台积电，三星，中芯国际。
想自救想超车，常见的招数无外乎三种：扶持，拉拢和打压。 打压这种事情，大家也知道是见不得光的，属于下三滥招数，咱们这里重点说说扶持与拉拢。
扶持
独苗格罗方德
一般来说有资格参与军品招投标的企业都需要具有一定的资质，这个资质算是一块金招牌，属于高价值无形资产。美国的国防采购也不例外，对于他们所信任的企业，都会颁发“Trusted"认证，并列入信任名单。能列入这个名单的一般都是根正苗红的美国企业，并且其产线要在美国本土。
格罗方德的技术资产主要由IBM晶圆厂，AMD晶圆厂以及新加坡特许半导体构成。目前新加坡厂负责40nm~180nm制程，德国德累斯顿则是22nm~40nm,纽约厂则主要承担14nm/12nm的任务。
在并入格罗方德手中之前，IBM位于纽约的晶圆厂（FAB9和FAB10)便已经是美国国防部的信赖工厂（DoD Trusted Foudry）,（其中FAB9有条著名的锗硅工艺线，因为当年IBM曾打算将他们实验室里成功的7nm锗硅工艺拿到这来做量产试验，锗硅工艺在很长时间里也是军用雷达射频芯片的最爱）。 而后来格罗方德在纽约州批给AMD的地皮上兴建起来的12nm/14nm制程的Fab8也获得了美国国防部的“Trusted"认证，相当的根正苗红。
格罗方德纽约厂
格罗方德的准备
首先是工艺方向的选择：
为了破解传统平面晶体管沟道长度难以低于20nm这个难题，加州大学伯克利分校的胡正明教授提出了两种工程解决方案：
1.一个方向是对晶圆衬底进行处理，在原有的SOI基础上，将SOI层进一步打薄，并让沟道处于全耗尽状态，也就是FDSOI，（MOS管结构不变，依然是2D平面晶体管）, SOI结构让电子漏不出沟道，使得静态功耗很低，且隔离性好；
同时因SOI隔离层极薄，衬底可以与栅极一起对沟道进行双向控制，可以获得更低的栅极开启电压，使得动态功耗也能做到较低，双向控制也能提高开关的控制精度，进一步减小漏电风险，但其缺点是晶圆要特殊处理，成本较高，且产能较低，这是FDSOI发展的最大瓶颈。
2.另一个方向则是对晶体管结构进行做功：将2D晶体管升级为3D晶体管，用栅极将沟道进行包裹的Finfet工艺，其缺点是工艺移植性不太好，需要全部重新设计，整体成本较高。但由于不需要对晶圆进行特殊处理，所以量产化速度较快，产能也很高。
FDSOI的特点非常适合用于设计低功耗射频芯片及抗干扰/抗辐照产品，具备天然的物联网，汽车电子以及军事应用属性，同时相对于消费电子而言，工业产品及军品对产能要求并不高，对价格也不是那么敏感，倒是挺合适。
格罗方德选择了FDSOI作为他们的重点，并不是拍脑子的选择，在大环境下来看其实是蛮合理的商业选择。因为选择finfet，迟早要被台积电三星们“逼着”去做7nm,5nm，对于这种资金投入大，研发难度大，设备折旧快，从研发阶段到成熟阶段都得大量烧钱的制程，要想赚钱只能做第一，做以价换市场的第三就等于失败。
而FDSOI基本没竞争对手，做到22nm还是12nm都是他一家说了算，并且其目标客户非常清晰。 随着这些年专用晶圆的产能和成本的问题得到逐步解决，加上物联网应用的爆发，格罗方德的日子过得还算滋润，增长很强势，据我所知，他家这两年的shuttle非常抢手，已经传出扩产的新闻。而一旦在本就很有商业潜质的FDSOI上获得深厚积累，假以时日，也是极好的可以用于交叉授权的专利砝码。
除了FDSOI之外，格罗方德也同时在做Finfet晶体管工艺——14nm/12nm，但这一制程完全来自三星的授权（应该也是交叉授权的产物，三星也有FDSOI线），研发投入肯定比不上那些自学成才的，且其产能也并不高，但是用于AI及数据中心的芯片需求也足够了。三星也是同时选择了FDSOI及Finfet，但他们的重心与格罗方德正好相反，他们的FDSOI只做到了28nm，主要的资源都在Finfet之上。
然后是军用标准的引入：
对于芯片产品的质量标准来讲：军用标准＞车载电子/工业标准＞民用标准。
伴随着这几年美国半导体振兴计划高频率曝光，格罗方德的曝光率也是突然猛增。
首先， 格罗方德投了130亿美元对其位于纽约马耳他的晶圆厂进行扩产，标准完全按照美国国防部的军用标准以及美国国际武器贸易条例ITAR与出口管制条例的规范，目的是让这个厂达到12nm finfet 军用级芯片代工标准。
格罗方德与美国特种工艺厂skywater结盟，获得了其90nm“抗辐照”关键技术，对“抗辐照”的高要求也是军用/宇航芯片区别于工业芯片，商用芯片的地方之一，与结构上本就具备一定抗辐照特性的FDSOI的融合将使得他们这一方向上占据技术的制高点。
格罗方德此举明显是冲着美国政府之前宣布的未来五年将投入470亿美元以振兴美国晶圆计划来的，功夫不负有心人啊，去年11月份，他们获得了美国国防部的子公司DMEA的总额超过了11亿美元的订单，然而这只是一个开始。
硅光子平台
硅光子平台是格罗方德的一个重要未来战略，硅光子技术也就是高速光通信技术，用激光束代替电子传输数据，是数据中心的核心部件。这个方向的技术积累依然源自IBM，将由纽约州的FAB8及FAB9完成平台芯片的制造任务。
可以预见的是，纽约州将成为美国未来先进制程下的军用芯片制造重镇之一。
再回到7nm，尽管格罗方德非常的努力，撸起袖子要大干一场，但他们闭口不谈7nm乃至5nm的研发计划，也许是在等政府出大头，这个先进制程对于美国的国防系统的算力建设也是非常重要，但芯片的规模量产是一个涉及到各种高精尖技术融合的工程问题，是时间和经验的积累的产物，硬扶一个自己人起来在短期内肯定是不行的，也没人愿意带头烧这个钱。那怎么办呢？他们瞄准了三星和台积电。
对台积电和三星的引进
拉拢这事其实从10多20年前就已经开始了，只是并没拿出实质的甜头，加上核心技术是他们政权的立足之本，所以从官方到地方一直都是敷衍了事，主动把核心技术放美国本土，他们又不是傻子，但这次不一样了，美国的确玩的是真的。
60年代，美国国防部DARPA用补贴引领了美国半导体产业投资，让美国建立起了从器件级到集成电路的设计制造封测及设备端这一完整产业链的领先位置。
如今，他们又带着补贴来了，和60年代相比，这次更加的开放，因为他们的补贴不仅针对美国本土企业，也将绣球抛向了愿意来美国本土投资的外国企业——行业龙头台积电自然是首当其冲，成为了美振兴计划的重点引进企业。
在补贴及政策的引领之下，台积电亚利桑那州的5nm厂确实是有了实质性动作，上个月18号，凤凰城市议会以9票对0票的无异议决议通过了与台积电的开发协议，将投入6100万美元建设3英里街道，3700万美元的水源改善，并投入1.07亿美元提升废水处理能力，为台积电的落户完成基础设施建设。
甚至有消息称这个厂将获得“trusted"认证，可能会优先用于美国的国防需求。所以其设计产能尽管只有3万片/每月，这个产能对于纳米级而言是个亏本产能，但是在补贴之下，他的运转是没太大压力的，所以说这个工厂运转的前提还是补贴的获批。
前阵这座工厂的CEO人选公布，由负责了台积电北美事务20多年的Rick Cassidy担任，这位仁兄毕业于美国西点军校，曾做过美国陆军军官，进入半导体行业后，担任过美国国家半导体公司做过军事与航空事业部的负责人。。
三星相对好说，韩国电子乃至半导体本来就是美国扶持韩国打压日本的产物，算是美日半导体战最大的受益者，三星早期技术积累也大量出自IBM技术联盟，至今仍承担着不少美国产品的制造任务，三星电视，手机在美国市场上的高占有率，都是有原因的。
如果说格罗方德是亲儿子，那么三星就是干儿子。
在我看来，三星相对于台积电而言，更能获得美国政府及硅谷的信任，成为美国本土先进制程代工的一哥，只是他们想不想的问题，三星半导体本质上来讲还是IDM厂，存储业务才是他们的主业，代工业务实际上并没他们嘴上所表现出来的那么上心。
他们位于德州奥斯汀的FAB S2过去得那么早，十多年前起步就是65nm，但月产能一直很低，也就几千片，据说还能做14nm。 后期三星的7nm/5nm产线也存在会先在这座工厂的基础上进行升级及扩产的可能。前阵传出英特尔打算选择三星作为他们的外包生产伙伴，但同时又说不希望在本土之外去做，看来离三星在美国正儿八经的芯片制造项目落地不远了。
三星奥斯汀
最后
美国在拥有最高附加值和毛利率的上游设计及EDA工具端占用绝对的垄断优势，在半导体设备及材料端也是优势明显，光刻机巨头ASML虽为荷兰公司，但浑身也充满了美国的烙印。
应该说美国是拥有发展自主先进制程制造工厂的天然优势的，唯一卡住它们发展脖子的也就是“钱”的问题。
通过引进台积电三星的先进制程，也算是曲线救国，通过这种方式规避让太多钞票打水漂的风险，他们的落地，美国本土将形成完整的先进制程产学研闭环，也将出现拥有一线工程经验的工艺/制程工程师大量涌现的局面，那么如果未来某一天出现格罗方德重回先进制程最前线或者凭空出现个什么全新的美国foundry之类的新闻，也不用太过惊讶。
至于在解决了国防安全需求的问题之后，产能还会不会进一步扩大，甚至替美国夺回芯片制造龙头地位，这可能就得看硅谷科技公司们的决心的，光想着让政府出大头，可是不行的。因为这半导体振兴计划细看之下其实是个抛砖引玉，因为其涵盖的方向是非常多的，除了晶圆代工部分外，将3D晶圆级封装，chiplet等在内的先进封装技术从东南亚移回本土，提升至军用级，使其满足军用芯片的抗辐照，抗冲击，气密性等要求也是一个重要的课题，毕竟这是一条针对产业链的计划。
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