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聊一聊IBM对于全球半导体产业的贡献

导读: IBM(国际商业机器公司)或万国商业机器公司,是International Business Machines Corporation的简称。总公司在纽约州阿蒙克市,1911年托马斯·沃森创立于美国,是全球最大的信息技术和业务解决方案公司,业务遍及160多个国家和地区。

IBM(国际商业机器公司)或万国商业机器公司,是International Business Machines Corporation的简称。总公司在纽约州阿蒙克市,1911年托马斯·沃森创立于美国,是全球最大的信息技术和业务解决方案公司,业务遍及160多个国家和地区。

IBM是全球著名的IT服务供应商。IBM在全球有43万多员工,年销售额近1000亿美元,每年在研发上投入约60亿美元资金。

IBM继2015年在美国获得了7355项专利,虽然略低于2014年的7534项,但仍连续23年高居榜首。

IBM发言人称,公司2016年在美国获得的专利数量仍将超过7000项。这样,IBM将继续成为在美国获得专利数量最多的科技公司,从而实现24连冠。

2016年,IBM还将创下另一个里程碑:人工智能和认知计算相关专利数量将超过1000项。相比之下,Facebook2015年获得的整体专利数量也不到1000项。

IBM研究人员遍及全球,包括美国、印度、德国、以色列和其他一些国家。在过去的20年间,IBM总计获得超过88000项专利。

然而在半导体领域,IBM实际上它是一家半导体技术领先公司,并以输出技术及提供服务平台而闻名。观察到它与Chartered,Samsung,AMD等有很长的技术合作历程。它开发了许多专利技术,大多非自用,而是作为技术输出。

然而业界对于IBM的认识,之前大多认为它是一家大型计算机公司及软件供应商,是一家技术服务型公司,擅长于提供软件支持。实际上IBM对于全球半导体业的贡献是非常巨大。

IBM在半导体方面贡献

最典型的是全球逻辑电路,除了英特尔是鹤立鸡群之外,实际上IBM是领跑者。它创建的全球IBM制造技术联盟(IBM Alliance),成员包括有Samsung,Toshiba,AMD,Freescale,Infineon,STMicron,Chartered及NEC八家,目标是攻克32/28纳米时的高k金属栅(HKMG)工艺难题。但是它采用的是gate-first工艺,而英特尔是自45纳米开始就采用gate-last工艺。

在全球半导体工业发展历程中IBM曾推出多项突破性的半导体技术,对于产业发展作出巨大贡献,包括如1966年的单晶体管的DRAM单元;1980年RISC处理器架构;80年代3D封装,倒装芯片(flip chips)技术等;1989年全球第一个200mm 生产线;嵌入式DRAM总线;1997年的铜互连技术,替代铝线,能效更高;化学机械抛光技术(CMP);硅锗(SiGe)晶体管的引变(stress)技术;氟化氩(ArF)光刻;计算机化光刻技术;化学增量光刻胶及绝缘层上硅(SOI)技术等。

如当IBM发表了铜制程与Low-K材料的0.13微米新技术,曾找上台积电和联电兜售。该时台湾半导体还没有用铜制程的经验,台积电回去考量后,决定回绝IBM、自行研发铜制程技术;而联电则选择向IBM买下技术合作开发。然而由于IBM的技术强项只限于实验室,在制造上良率过低、达不到量产水平。到了2003 年,台积电的0.13 微米自主制程技术惊艳亮相,客户订单营业额将近55亿台币,联电则约为15亿台币,导致两雄之间的先进制程差距拉大,台积电一路跃升为晶圆代工的霸主,并且一家独秀。

IBM在业界首次结合铜芯片、绝缘硅和应变硅三种制造技术,采用90纳米工艺在2004年开发出低功耗、高性能的新型微处理器—64位的PowerPC 970FX。

现阶段半导体工艺制程技术在20nm以下有两条路径,一条是依intel的FinFET 3D技术,另一条是以IBM为首,STMicronelectronics.GlobalFoundries等加入的耗尽层绝缘体上硅(FD SOI)技术。目前两种技术各有优劣,它与使用的要求相关,很难说谁将一定胜出。由于FinFET技术需要从IC设计开始兴建新的生态链,工艺复杂,会影响成品率而提高成本。而对于FD SOI工艺,由于SOI硅片成本高,要500美元一片,相比通常的12英寸晶园每片80美元。但是它适用于目前的2D工艺,其它方面的变动不大,尤其适用于高频,或者低功耗器件的制造。两条技术路线的前途决定于intel,Qualcomm,TSMC,Samsung等顶级大厂的支持与使用。

IBM正在不断深化同AMD、苹果、Nvidia、高通、三星、索尼以及其他一些公司的合作关系,帮助他们更好地利用IBM领先的半导体制程技术。

2004年,AMD与IBM签订协议,共同开发新的65纳米和45纳米逻辑制程技术。根据协议,在研发期间AMD将支付给IBM大约2.5亿~2.8亿美金。作为回报,AMD有权采用IBM部分先进的制造技术,包括C-4芯片封装技术。

2004年3月,三星公司宣布与IBM、新加坡特许半导体制造公司(Chartered Semiconductor Manufacturing)和英飞凌达成战略性半导体技术开发合作关系。结成合作伙伴关系的4家公司重点关注65纳米及45纳米芯片技术。

2014年IBM倒贴15亿美元,脱手它的老旧芯片生产线给格罗方德,双方进一步加强技术方面的合作。

代工服务

IBM在Vermont于1988年创建200mm生产线,产能60,000片,工艺能力Analog,Logic,Memory及Mixed Signal。并在East Fishkill于2001年创建300mm的R&D线及2002年投资了超过25亿美元,兴建世界上最先进的300毫米晶园制造生产线,并开展代工服务。

IBM的代工,与台积电等相比并不突出,2013年它在全球代工中,(属于IDM代工),排名第11位,销售额近5亿美元。

IBM已经和特许半导体制造公司签署多项战略性技术发展和制造协议, 两家公司合作开发90纳米和65纳米的buk-CMOS工艺技术,用于在300毫米晶园上进行芯片代工生产。双方还达成一项互惠制造协定,为客户提供更灵活的双重来源选择。

Intersi宣布进一步扩展同IBM的芯片代工合作,将内部所有的0.6微米BiCMOS晶片制程全部移往IBM位于佛蒙特州Burington的芯片制造厂。到2005年,该工厂将生产出5亿颗BiCMOS晶片,这些晶片经过测试封装后,将为各类台式机、笔记本电脑、掌上计算设备和宽带电源应用提供电源管理功能。

到2014年时IBM己连续第5年被Gartner评选为业界领先的定制芯片(ASIC)供应商。

IBM与思科公司合作,共同设计并生产思科硅封包处理器(SPP)—全球最完善的40 Gbps特定应用集成电路(ASIC),它总共拥有3800万个门电路、约1.85亿的晶体管以及188个可编程32位RISC处理器,每秒能处理470亿条指令(BIPS)。该处理器将应用于思科面向运营商的路由器系统(Carrier Routing System,Cisco CRS-1)中,后者是一款最新的路由系统,用以在IP网络中传输数据及影音文件。

IBM推出了业界首个定制芯片设计方法,主要用于在下一代定制芯片中实现性能最大化和功耗最小化。这方法被称为“变量识别时序(variation-aware timing)”,预计将缩短多达4倍的定制芯片设计周转时间,帮助客户加快新产品的上市速度。该方法针对130纳米、90纳米和65纳米的ASIC设计。

业界可能知之甚少,华为的海思曾是IBM半导体制造的最大客户,并且IBM半导体也是华为海思在芯片制造上的重要合作伙伴。

同样中芯国际曾于2012年3月28日与IBM签订协议,合作开发行业兼容28纳米技术。根据合作协议,中芯国际及IBM将先交换若干技术资料,然后展开行业兼容28纳米技术的合作与开发。

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