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來源：半導體芯聞 近日，MITRE Engenuity首席技術專家、半導體聯盟執行董事Raj Jammy與《半導體工程》(Semiconductor Engineering)座談了半導體供應鏈的變化，如何利用不同的能力重建半導體供應鏈，以及為什么先進的封裝和制造對經濟安全如此重要。 SE：全球半導體供應鏈似乎正在分裂，這有什么影響呢? Jammy：由于無晶圓廠代工行業模式和供應商社區的作用日益突出，無論是物理工具還是軟件工具，市場正在被重塑。沒有這些，就沒有我們今天所知道的行業模式。這些都是生態系統中關鍵的技術提供商。我們看到，外國企業在制造我們在美國率先推出的一些創新產品方面表現出色，并在市場上變得更加強大。雖然盟國之間的關系很好，但我們正在努力恢復實力，加強我們的國家經濟和安全。我們需要國內制造能力，這樣我們就不會在關鍵部件上依賴其他國家。只要有一個公平的競爭環境，經濟競爭力是好的。本地芯片制造技術是至關重要的，你還需要封裝與之配套，以建立一個穩健的供應鏈。終端系統制造商需要有保證的組件供應。我們正在與盟國合作，以確保我們擁有關鍵的技術能力，無論是在國內還是與盟國合作，我們可以依賴他們，他們也可以依賴我們。 SE:現在有什么不同? 杰米:至少在目前的地緣政治形勢下，像我們這樣與全球各地的盟友建立相互依賴的關系是不現實的。我們的一些盟友為這個生態系統帶來了某些獨特的優勢和能力，我們在許多問題上有著共同的思路。一起工作總是對雙方都有價值的。我們還必須記住，許多總部設在美國的公司，以及美國品牌的公司，在與我們結盟的國家設有設施。我們應該看看如何加強這一切。 SE: MITRE在其中扮演了什么角色? 杰米:MITRE是一家專注于公共利益和安全的系統公司。我們有近10,000名員工和270個物理實驗室，致力于各種具有國家和全球重要性的主題，涉及技術領域、政策、醫療保健等。半導體是一切事物的中心，它們對國家安全和經濟福祉越來越重要。我們非常擅長的一個領域是公私合作。我們還擅長項目管理，如果你看看我們現在在半導體領域面臨的問題，這是一個全國性的問題。因此，我們與國內的一些生態系統實體組成了半導體聯盟，所有這些公司、大學、區域實體和行業機構定期聚集在一起，討論和解決行業面臨的主要挑戰。在許多其他領域，我們已經這樣做了一次又一次，半導體是我們堅信能夠有所作為的一個領域。在半導體聯盟中，每個人都共同努力，找出為國家半導體技術中心(NSTC)和國家封裝制造計劃(NAPMP)發展愿景的最佳方式。我們應該通過NSTC解決哪些技術問題?這些解決方案應該是戰術上的還是戰略上的，還是兩者的混合?解決方案集理想地分布在全國各地，因為每個地區都有自己的優勢。我們的愿景是，NSTC是一個分布式網絡，是一個解決全國性問題的全國性努力。 SE:有三家代工廠正在爭奪工藝領先地位，還有更多的公司在先進封裝領域與他們合作和競爭。我們還擁有大量的新技術，比如后端電源傳輸、混合鍵合，以及潛在的芯片商業市場。在這種情況下，領導力到底意味著什么? 杰米：我們以封裝為例吧。在很長一段時間里，封裝是勞動密集型的。它需要大量的手工過程，以及一系列需要到位的材料。它自然地遷移到這些條件很容易滿足的地方，那就是亞洲。但越來越多的封裝要求自動化，因為我們現在正在做的或正在考慮做的封裝所要求的精度水平和公差，越來越難以手工完成。因此，人工的部分正在消失，更多的自動化是必要的。此外，有了封裝，我們面前有很多選擇。如果我們能夠將某些類型的封裝選擇標準化，整個行業就可以專注于這些標準，并圍繞這些標準快速加速發展。這與半導體行業的情況類似。我們有國際半導體技術路線圖(ITRS)，并不是ITRS所擁有的一切都是正確的解決方案，但因為我們都專注于一個特定的路徑，這幫助我們完成了更多的工作。封裝也是如此。如果我們作為一個行業可以定義這種封裝將是什么，或者如何最好地執行，那么我們就有機會再次領導這個行業。 SE:所以這不再只是10埃米或更低的比賽了?這是不是又多了一個需要考慮的因素? 杰米：向更精細技術發展是不可避免的。你仍然有性能上的提高，你仍然有功率和面積上的改進。它更邊緣，但設計師總是希望有更多的設備和電路。所以人們會繼續這樣做，并利用它——除非你為他們提供另一個向量，讓他們在沒有規模的情況下做同樣的事情。但我們還沒有達到這樣的地步，我們可以說，‘我可以給你同樣的性能，而不需要使用不同的模具或使用其他方法來降低功率損失。“也許異構集成是我們實際上可以實現部分目標的方法之一，但我們必須換一種思路。它不再是二維的象棋游戲。這是一個我們需要擅長的三維象棋游戲，我們還沒有改變范式。在過去，你有一個芯片，你會說，‘這是最新一代的節點。圍繞它建造一些東西。系統制造商會在此基礎上設計筆記本電腦或手機。偶爾會有這樣的應用，人們會為ASIC設計師做廣告，因為他們想為特定的應用定制芯片。但這樣的機會很少。真正的強者是試圖定義下一代節點的芯片制造商。這個行業已經偏離了這一點。今天是系統公司說他們想要什么。如果他們不能得到它，他們就會自己設計并制造它。這并不是說核心流程能力和收縮不重要。但它使用的是基礎平臺技術，您可以在其上進行分層設計。這就是實現系統級思維的方式。 SE:這是當今行業的一個根本性轉變，對吧? 杰米：是的，它決定了我們需要如何運作。我們需要換個角度思考。那么，我們怎樣才能使這種模式變得更加成功呢?這是我們在半導體領域還未觸及的領域之一。半導體有很多機會滲透到新的領域，讓我們的生活變得不同。五年前，我們認為我們今天所擁有的一切是可能的嗎?可能不會。變化的速度正在加快。 SE:如果未來是異構的，不再只是單一的芯片，你如何確定行業的領導地位? 杰米：這是通過驅動全棧方法。當我們現在設計一個芯片時，幾乎就像設計一個智能手機那樣的多組件系統。如果你想把一部手機組裝在一起，你就想把硬件和軟件緊密地集成起來，以獲得所需的功能，使它對用戶更有用。類似地，當你在一個包中有多個具有不同功能的芯片時，它就像一個具有許多功能的單一單元。如果我要改變一種材料——例如，為了其獨特的功能，一種非Si半導體——我必須開始考慮如果它在同一塊芯片上，它對我的熱預算和Si的污染有什么影響。我還需要擔心其他關于過程的問題嗎，或者遷移，或者任何可能出現的摻雜問題?設備架構發生了什么變化?這整件事是怎么設計出來的?有集成問題和打包問題。你不能假設它只是在縮放，其他的一切都會水到渠成。現在已經不是這樣了。相反，您可以設計非硅芯片，并在不同的晶圓廠以合適的尺寸制造它，并使硅芯片保持在最佳的尺寸節點和制造工藝，以獲得性能和成本效益。隨后，兩個異構的小芯片可以集成到一個公共包中。當我們這樣做的時候，我們確保從材料選擇到設計到設備架構、集成和包裝的一切都是為了最終的應用而考慮并優化的。這就是我們所說的全棧方法。這意味著生態系統中的多個參與者必須合作。 SE:您如何確保供應鏈能夠提供所有必要的部件? 杰米：問題總是你能控制多少個?你不應該處于這樣的情況:你采購了某個部件，但在緊急情況下卻不能保證它的供應。或者你有一個部件可能會在你不希望它失敗的時候災難性地失敗。這些都是國家安全問題。然后是覆蓋在硬件組件之上的軟件。你希望能夠管理這兩者，達到一定的可衡量和合理的保證水平。將國家安全和經濟安全區分開來變得越來越困難。國家安全有一個物理組成部分，這也可能取決于這些組成部分的來源和出處。然后是經濟安全方面，這可能會讓你陷入惡性循環。 SE:不僅僅是最新的節點或最先進的封裝，對吧?200mm的供需缺口很大。 杰米：是的，200mm的生產已經顯示出了驚人的彈性。讓我們假設有一個200毫米的組件是制造我們使用的手機或汽車所必需的。我們可以在國內生產這些部件，但可能需要一年的時間來提高產量。那么我們能完全停止生產那些手機或汽車嗎?我們需要確保國內或盟國有能力應對所有組成部分，以提高應變能力。 SE:在材料方面，全球似乎存在著不平衡——無論是天然的還是人造的。 杰米：材料當然是一部分。另一部分是如何確保這些材料的可用性，使我們成為包裝領域和芯片制造領域的公司的磁鐵，以吸引他們來美國。但是我們如何以及在哪里制造這些是非常重要的。供應鏈是一個非常非常復雜的問題，它不是一夜之間就能重新調整的。如今，制造半導體所需的材料、復雜的元件和子元件太多了，以至于認為我們可以在國內完成所有事情是錯誤的。雖然我們實際上可以找到很多這樣的東西，但我們在系統中建立某種程度的平衡和彈性也很重要。我們應該建立一個國內供應來源，但在任何不可預見的中斷情況下，能夠從盟國伙伴那里獲得組件。我們也應該支持他們。這為整個供應鏈提供了更多的強度，而不是有一個單一的故障點。 SE:如果沒有技術路線圖，我們下一步該往哪里走? 杰米：有成千上萬的聰明人試圖分析不同的選擇。是否有理由需要擴展，或者是否可以只使用現有的一代節點并進行一些調整以提供所需的性能?也許您只需要性能，并且可以管理功率和面積，因此可以在不同的PPA范例之間進行折衷。規模化本身就會讓我們走上一條特定的道路，而規模化帶來的一個眾所周知的優勢我們已經習慣了。因此，我們的首要任務是，‘讓我擴大規模，然后看看我能把它推向何方。這到底算不算對我有利?“人們越來越意識到，我們應該開始運用第三維度，看看我們是否可以在沒有傳統面積擴張的情況下獲得優勢，而傳統面積擴張越來越難做到。”在一天結束的時候，所有的擴展純粹是為了給設計師更多的選擇，在不使用太多電源的情況下，他們可以在那里添加多少功能。在未來的許多新應用中，控制功率將是非常關鍵的。你確實需要保持區域緊湊-你有設備參數，電路參數，以及與之相關的整體經濟。 SE:你還需要增加可靠性，這是第四個維度，對吧? 杰米：是的，因為隨著這些設備變得越來越小，就會出現很多差異。對于10埃的設備，你看到的是原子尺度的間距。所以很明顯，在這個空間中控制自然、原子和電子并不是一件容易的事情。雖然我們在這方面做得很好，但我們必須記住，會有變化。如果你看看內存行業，他們在提供錯誤糾正和確保將信息存儲在某個塊中的某個點方面做了驚人的工作，然后他們轉移到另一個塊以保證數據完整性。他們已經在一個典型的NAND閃存芯片中實現了這一點，你可以從商店買到。通過這樣做，他們延長了特定包的壽命。在其他地區也發生了類似的事情。一個特定的設備將經歷多少次計算周期?在可能發生故障之前，它能承受多少個周期?要做到這一點并不難。你只需要能夠在可伸縮性和需要提供的冗余量之間找到平衡。 SE:考慮到所有這些，當涉及到安全性時，我們真的需要保護整個系統，而不僅僅是芯片，對嗎? 杰米：是的，安全需要在多個階段實現。這并不是說我們忘記了可以嵌入芯片本身的安全性。系統級別的安全性是我們正在進行的項目的一部分。但我們也需要全面考慮供應鏈的安全性和彈性。MITRE非常擅長建立公私合作伙伴關系，也非常擅長項目管理這些活動，以突出正確的討論點，如安全。我們正在與NSTC和我們的聯盟伙伴一起研究的一件事是，我們如何幫助實現比每個實體或每個部分能夠實現的更大的目標?如果一個國家有一個地區在邏輯上做了很多工作，而另一個地區在記憶上做了很多工作，我們怎么能解決他們在自己的結構中單獨工作都無法解決的問題?例如，我們如何進行計算內內存或近內存計算?這可能會降低電力需求，并在無需來回傳輸數據的情況下加速處理。您不能假設我們只有一個以內存為中心的活動或以邏輯為中心的活動來解決這些問題。無論是設計技術協同優化，模擬，還是一些未來的太赫茲設備，甚至是所有這一切所必需的包裝，您都必須利用各個參與者的優勢。但你還需要把它們都放置在一塊更大的面積上。 SE：不過，很多這些設計都是非常定制的。在某些情況下，正在開發的復雜芯片和封裝甚至從未在商業上銷售過。如果您正在進行一次性設計，您能否實現與十億單元類型設計相同的安全性，其中的弱點是眾所周知的？ 杰米: 這是一個挑戰。人們會盡可能地嘗試在當地解決問題。這個是正常的。這通常是，‘我的晶圓廠出了問題，我將嘗試以我最了解的方式解決它。但遲早我會認識到，其他人的解決方案可能更適合通用問題集，包括我的。我可能更容易采用它。因此，如果我們能夠提前促進這種對話，那么人們就會做出正確的選擇。這就是我們希望國家能夠通過 NSTC 實現的目標，并使我們所有人都更有彈性和效率。我們的重點是提供將每個人聚集在一起討論和貢獻的能力和計劃內容。有哪些具體的技術問題需要在全國不同的中心和大學進行項目管理和解決，以便我們可以將所有這些結合起來實現更大的目標？這是一條從實驗室到晶圓廠的管道，旨在將想法和概念商業化，并加速該國在這一重要領域的創新。 |
