SkyWater Technology 首席執行官 Thomas Sonderman 正在建立一種新型的芯片代工廠模式，將數十億美元的繁重晶圓廠投資成本，轉移給客戶來承擔。

2017 年，私募股權投資者 Oxbow Industries 收購了曾經的賽普拉斯(Cypress Semiconductor)子公司 Cypress Foundry Solutions，并任命前 AMD 高管 Sonderman 掌管新公司，這家唯一一家 100% 由美國擁有的代工廠創建于 2017 年。

通過創建“技術代工廠模式，我們瞄準了定制/產量缺口的最佳點，這需要大量創新。”Sonderman 在一次獨家采訪中告訴 EE Times。“這也讓我們能夠把自己定位為與眾不同的專業代工廠。”

Sonderman 表示，他正在尋找被臺積電 (TSMC) 和三星代工廠等亞洲大型代工廠所忽視的初創客戶。SkyWater 還與谷歌等大公司合作，后者正在開發一種新的開源芯片設計方法。

“SkyWater 的大部分收入來自‘技術即服務’或來自研發預算高的客戶，”Gartner 研究副總裁 Sam Wang 告訴 EE Times。“最近，SkyWater 提供了開源 PDK 和 MPW [多產品晶圓] 服務，它們現在對許多研發預算較少的新客戶具有吸引力。”

SkyWater 在美國國防部 (DoD) 也有一個重要客戶，這使該公司成為值得信賴的供應商，作為美國國防部在境內創建安全供應鏈努力的一部分。

繼 SkyWater 通過收購賽普拉斯獲得明尼蘇達工廠之后，該公司于 2021 年增加了一個現有的佛羅里達工廠，并于今年宣布在印第安納州新建一座價值 18 億美元的工廠。前兩個晶圓廠生產 200 毫米晶圓，印第安納工廠可能同時生產 200 毫米和 300 毫米晶圓。

TechInsights 副主席 Dan Hutcheson 告訴 EE Times，SkyWater 的目標是填補“解決問題的想法”與“在實體產品中實現該想法”之間的空白。

“他們正在明尼蘇達州工廠使用一套獨特技術，規模小到足以提供更好的服務，并且比大型代工廠更具成本效益，”他說。

未來兩年，SkyWater 的目標是成為美國少數為客戶提供從始至終晶圓制造和芯片組裝的代工廠之一。

“我們的目標是將最先進的異構集成技術帶到美國，從 200 毫米平臺開始，”Sonderman 說。“我們正在研究晶圓扇出封裝。還有一種我們許可的采用混合鍵合技術的晶圓鍵合技術。”

TechInsights 的 Hutcheson 指出，隨著新冠疫情(Covid) 封鎖世界，SkyWater 在佛羅里達州開始了先進的封裝業務。“他們實現了從創意到硅，再到可插入封裝設備上的新技術。”

Sonderman 表示，對于與臺積電或三星等公司競爭的公司來說，芯片代工廠應該承擔所有風險，投資數十億美元進行制造的想法一直是個問題。SkyWater 不是單獨承擔投資，而是希望客戶承擔將其技術推向市場的開發成本。

“你得到的是協同優化的好處，”他說。“您可以在我們開發流程的同時開發您的產品”，從而產生差異化的產品，更快地進入，“因為你進行了投資，而我們將在同一家工廠內將你的產品批量生產。”

SkyWater 通過將成熟工藝節點中的低利潤晶圓業務與高利潤的先進技術服務 (ATS) 相結合來進行競爭。

“我們三分之二的收入來自該業務的 ATS 部分，它只消耗了晶圓廠總工作的 5%，”Sonderman 說。

遠離前沿工藝

雖然頂級代工廠臺積電和三星開始生產具有世界上最高晶體管密度的 3 納米芯片，但 SkyWater 的大部分生產都是在 90 納米。

“具有諷刺意味的是，美國政府仍然主要關注 90 nm，”Sonderman 說，并補充說 SkyWater 在該節點上制造了世界上最先進的抗輻射 ASIC。該公司使用該技術制造可讀出 IC，用于處理夜視鏡或 F-35 戰斗機上視覺系統中的熱信息。

SkyWater 將與以色列的 Tower Semiconductor 競爭 美國國防部(DoD) 業務，不久前后者宣布被英特爾代工服務 (IFS)收購。Sonderman 預計 IFS 將為美國國防部提供 45nm 生產服務，而另一個競爭對手 GlobalFoundries 將在 28nm 節點上競爭。

“在很多方面，你制造的晶體管越小，漏電流就越嚴重，”他說。“如果您考慮在太空中飛行的事物，會希望盡可能地節省電力。如果您可以在性能上做出權衡，就不一定需要那么先進的工藝節點。”

SkyWater 正在與麻省理工學院(MIT)和國防高級研究計劃局 (DARPA) 合作開發 3D SoC 項目。SkyWater 正在其 90 納米 CMOS 工藝中添加碳納米管層，以使 FET 與電阻式 RAM 耦合。

“通過創建額外的功能和額外的互連，您可以使 90 納米器件以低于 10 納米的功耗水平運行，”Sonderman 說。“您最終無需付出成本即可獲得性能優勢。它實際上是一種異構集成解決方案，因為您正在基礎 CMOS 設備之上建造一座摩天大樓。”谷歌開源項目

9 月，SkyWater 成為美國商務部國家標準與技術研究院 (NIST) 和谷歌的一個項目的代工廠。NIST 和谷歌正在為研究人員開發芯片提供資金。

谷歌將支付建立生產的初始成本，并將補貼第一次流片。NIST 將為芯片設計電路。電路設計將是開源的。

Sonderman 說，自今年年初以來，該項目一直在擴大規模。

SkyWater 首席執行官 Thomas Sonderman 與美國商務部長 Gina Raimondo 在 9 月的普渡大學活動中(來源：SkyWater Technology)

幾個月前，谷歌和 SkyWater 合作開發了從麻省理工學院林肯實驗室轉移的 90 納米工藝。

“可以把它想象成沒有抗輻射組件的 90 納米技術，”他說。

安全的供應鏈

SkyWater 預計將在幾年內，將其佛羅里達工廠作為值得信賴的供應商，提供前端芯片制造以及后端組裝和測試。

“佛羅里達州工廠的戰略之一就是這樣做，” Sonderman說。“國防部顯然是支持者。芯片設計公司對在美國擁有這一切(完整的芯片產線)的興趣是我所見過最高的。他們的論點是，‘如果我必須把晶圓送到亞洲進行切割，我為什么要在美國制造它?’”

本月，SkyWater 和公私合作伙伴 BRIDG 完成了美國國防部資助項目的第一階段，以開發硅橋中介層的基線制造流程，該中介層越來越多地用于異構集成應用。

CHIPS法案與美國安全

Sonderman 說，最近通過的 CHIPS 和科學法案有助于解決美國國家安全方面的漏洞。

“突然之間，國防部陷入了所有芯片都來自不受美國控制地區的境地。[現在]他們在決策桌上擁有一席之地，可以決定項目的資金來源。牢記這一點很重要，因為這是很多投資的最終目標——確保我們在美國擁有安全的供應鏈，用于對經濟和國家安全至關重要的事情。”

Sonderman 預計，到 2024 年，SkyWater 將擁有多個“完整供應鏈直至封裝芯片級別”的例子。

當美國政府明年開始發放這筆資金時，SkyWater 預計公司將贏得 520 億美元的 CHIPS 法案補貼中的一部分。

Sonderman在 11 月 7 日與投資者和記者的電話會議上表示，國防部將撥款約 20 億美元，作為其最近宣布的微電子共享計劃的一部分。“我們正在積極參與其中。這是圍繞從實驗室到工廠的概念創建創新中心。

“有 110 億美元用于研發和創新。這就是國家半導體技術中心的概念，其中 50 億美元與先進封裝和異構集成相關。我相信我們已經為這些做好了準備。”

產品技術組合

SkyWater 擁有 50 多家客戶，為他們提供 8 個專業技術平臺，包括標準 CMOS 芯片上的輻射硬化和微機電系統 (MEMS) ，以及混合信號產品。

該公司的主要混合信號客戶是英飛凌。

英飛凌正在使用嵌入電源管理功能的可編程 SoC 技術來創建微控制器和其他設備，這些設備將用于 Fitbit 智能手表等新產品。中國臺灣的 Parade Technologies 公司也在顯示設備中使用 SkyWater 的混合信號技術。

SkyWater 的主要 MEMS 客戶是 Rockley Photonics，該公司為多應用、與健康相關的傳感和監測應用生產光子 IC。

Sonderman 說，DARPA 是 SkyWater 碳納米管技術的主要客戶。

“他們希望能夠在邊緣設備上進行高水平的計算，這樣當你處于沖突中時你就不需要依賴云計算了。您不必將數據發送到云端。”

限制來自設備和人才

今年第三季度，SkyWater 的收入增至 5200 萬美元，同比增長 49%。在凈虧損較去年同期縮小至 700 萬美元后，該公司更接近盈利。

在芯片行業經歷了多年的蓬勃發展后，2022 年即將結束，SkyWater 發現自己受到生產設備和工程師短缺的限制。

“獲取設備是個大問題，”他說。“我們已經訂購一些設備，但被告知可能需要兩年時間才能拿到。我們現在購買的很多東西都是面向開發的。我不認為我們的工具訂單會被取消，但我確實希望更快地獲得它們。

“工程師仍然很難找到。在每個人都對 CHIPS 法案感到興奮之前，我們有一個獨特的競爭環境，因為我們是唯一一家在美國招聘晶圓廠工程師的公司。現在，臺積電在建晶圓廠，英特爾想在俄亥俄州建晶圓廠 ，人才市場的競爭更加激烈了。”

編輯：黃飛

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