Когда ПК от IBM установили стандарт персональных вычислений, а Мадонна возглавляла чарты, Япония доминировала в полупроводниковой индустрии. Но это господство 1980-х годов угасло по мере развития модели безфабричного проектирования и контрактного производства (foundry).
Теперь время для возвращения: Япония использует спрос на суверенное производство чипов для возрождения своей полупроводниковой индустрии.
Лидером этого рывка является Rapidus. Относительно новый игрок на рынке контрактного производства, компания сообщила El Reg, что планирует начать массовое производство на своей фабрике по выпуску 2-нм пластин в Хоккайдо во второй половине 2027 года, всего через пять лет после основания компании.
Молодая фабрика уже добилась значительного прогресса в достижении этой цели. В прошлом году на фабрике IIM-1 началось опытное производство 300-мм пластин на основе технологии транзисторов gate-all-around (GAA) с техпроцессом 2 нм.
Однако Rapidus — это не просто фабрика по производству пластин. Современные полупроводники теперь собираются из нескольких кристаллов (dies), часто изготовленных на разных фабриках с использованием различных технологических процессов, что требует применения передовых технологий корпусирования (advanced packaging) для их соединения.
“Нам необходимо решить эти проблемы, связанные с мощностью, пространством и теплом”, — сказал Стивен ДиФранко, руководитель команды по партнерской экосистеме и маркетингу Rapidus, в интервью The Register. “Это не будет решено одним средством, но одним из таких средств станет гораздо более интеллектуальное, многомерное корпусирование”.
Наряду с фабрикой Rapidus также разрабатывает собственные передовые возможности корпусирования, что должно позволить ей конкурировать с гигантами Samsung, TSMC и Intel.
На выходных Rapidus объявила, что ее подразделение по чиплетным решениям начнет полномасштабную работу после успешного создания в апреле прошлого года интерпозера с редистрибуционной схемой (redistribution layer interposer) размером 600 мм на 600 мм.
Помимо завода IIM-1, Rapidus также открыла новый объект для проведения физического, экологического и химического анализа в сотрудничестве со своими партнерами.
Скорость, с которой японский стартап смог запустить свой бизнес контрактного производства, заслуживает внимания. В отличие от Intel, которая начала свой путь в контрактном производстве всего на год раньше, Rapidus стартует с нуля.
Сложно разрабатывать новые процессы для всего, хотя ДиФранко отмечает, что это также означает, что Rapidus не пришлось балансировать между устаревшими технологиями, как это делала Intel.
“У нас было преимущество в виде руководящего состава с многолетним опытом, получившего возможность начать с чистого листа”, — сказал ДиФранко.
Трехкомпонентный подход позволил Rapidus двигаться быстро. Фабрика по производству пластин является одним из самых сложных объектов в мире, с запутанными цепочками поставок, требующими тесного сотрудничества и планирования для всех участников.
Таким образом, помимо производственного подразделения, Rapidus управляет еще двумя другими отделами, отвечающими за создание основы для бизнеса контрактного производства и работу с проектными партнерами компании над технологией процессов, чтобы технология, клиенты и цепочки поставок были готовы к запуску, когда фабрика откроется в следующем году.
Короткий путь от Big Blue
Одной из немногих областей, где Rapidus не начинает с нуля, является технология процессов. Это потому, что вместо разработки собственной технологии компания заключила партнерство с IBM для коммерциализации ее 2-нм техпроцесса.
IBM не является контрактным производителем. Вы не можете постучать в дверь Арвинда Кришны и заказать пластины. Но она, тем не менее, имеет долгую историю исследований полупроводников и проектирования процессов и продолжает работать над этими технологиями.
В начале 2021 года IBM продемонстрировала экспериментальный 2-нм технологический узел, разработанный в ее исследовательской лаборатории в Олбани, штат Нью-Йорк. В то время 5-нм техпроцесс TSMC только вышел на рынок, а Intel испытывала трудности с наращиванием производства своего 10-нм техпроцесса.
Технология IBM ознаменовала первый шаг от транзисторов FinFet, которые Intel популяризировала десятилетием ранее. Вместо них Big Blue предложила новый тип транзистора, называемый gate-all-around, который использовал затвор, полностью окружающий истоки. Результатом стало значительно уменьшенное протекание тока и улучшенная плотность транзисторов, что привело к созданию гораздо более эффективного чипа.
Если что-то из этого кажется знакомым, то это потому, что Intel, TSMC и Samsung внедрили этот подход в свои последние разработки.
Именно 2-нм техпроцесс IBM теперь лежит в основе усилий Rapidus в области контрактного производства. После начала опытного производства в прошлом году фабрика выпустила предварительный PDK, или комплект проектных данных (process design kit), для ранних пользователей.
В субботу Rapidus объявила, что выпустит полный PDK позже в этом году, чтобы предоставить клиентам достаточно времени для адаптации своих проектов до открытия фабрики.
N-1 без минимального заказа
Поскольку массовое производство запланировано на конец 2027 года, Rapidus прибудет на вечеринку 2-нм технологий немного опоздавшей.
Насколько нам известно, все крупные фабрики, включая Samsung, начали серийное производство 2-нм кремния в прошлом году, хотя только Intel и Samsung фактически поставили чипы, созданные с использованием 2-нм техпроцесса.
Кажущееся опоздание Rapidus может быть не таким уж большим делом, как может показаться. Это потому, что лишь немногие хотят использовать передовой кремний.
Крупные разработчики чипов, такие как Nvidia или AMD, нередко переходят на узлы «n-1». То есть они ждут выхода нового узла (n), прежде чем начинать производство по старому (n-1).
Причина этого кроется в выходах годных (yields) и размерах партий. Покупатели, резервирующие мощности у крупных фабрик, должны брать на себя обязательства по определенному объему мощностей. Новые узлы часто имеют проблемы роста, приводящие к низким показателям выхода. Это делает более экономичными небольшие чипы, более терпимые к потерям, такие как те, что используются в высококлассных смартфонах, по сравнению с чипами для центров обработки данных размером с фотошаблон (reticle-sized).
Rapidus надеется извлечь выгоду из этого, сделав свои 2-нм производственные мощности доступными в гораздо меньших объемах и значительно сократив время изготовления.
“Мы видим, что все больше компаний нуждаются в более скромных объемах на проект”, — сказал ДиФранко.
Идея состоит в том, чтобы дать клиентам возможность быстрее и с меньшим риском итерировать свои проекты, чем если бы им пришлось брать на себя обязательства по более крупным заказам.
“На одной фабрике по производству пластин вы на самом деле получаете гораздо больше данных, потому что каждая пластина дает вам уникальный фрагмент данных”, — объяснил он. “Мы считаем, что уникальность Rapidus заключается в том, что мы сможем предоставить больше данных как поставщикам инструментов и IP-блоков — Synopsys, Cadence и Siemens, — так и самим проектным группам”.
Фокус на внутренние мощности
Ничто из этого не обходится дешево. Запуск фабрик может легко стоить десятки миллиардов долларов. Однако у Rapidus есть поддержка правительства Японии.
На выходных Министерство промышленности Японии одобрило дополнительное финансирование в размере 631,5 млрд иен (3,96 млрд долларов США) для содействия развитию фабрики Rapidus.
“Возможно, это было из-за пандемии, но я думаю, что даже до этого становилось очевидным, что полупроводники становятся мозгом всего, и те, кто имеет большее их производство, вероятно, находятся в лучшем геополитическом положении”, — сказал ДиФранко.
Мы видели аналогичные усилия по укреплению внутреннего производства полупроводников в США, Европе и Китае после дефицита чипов эпохи пандемии.
Не в одиночестве
Rapidus — не единственная компания, строящая фабрики в Японии. В феврале TSMC объявила о планах массового производства чипов на основе своего 3-нм техпроцесса на фабрике в Кумамото.
TSMC открыла свою первую японскую фабрику в 2024 году, где производит чипы на различных старых или зрелых узлах. Это решение подчеркивает усилия по переносу производства передовых чипов за границу.
За последний год гигант контрактного производства также объявил о нескольких новых чиповых фабриках в США, вторая из которых должна начать производство чипов на основе 3-нм техпроцесса в следующем году. ®
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Tobias Mann
