僅有1715 平方米的晶圓廠(chǎng)，要顛覆芯片制造?

在布魯克林海軍造船廠(chǎng)的一棟改造建筑中，曾經(jīng)是紐約市造船的中心，初創(chuàng )公司Nanotronics正在制定下一代芯片制造設施的計劃。

該公司雄心壯志的核心是所謂的“Cubefab”，這是一個(gè)模塊化芯片制造設施，與人工智能驅動(dòng)的軟件捆綁在一起，可以運送到任何地方并在現場(chǎng)組裝。這家擁有 14 年歷史的公司表示，Cubefab 可以在一年內啟動(dòng)并運行，幾乎可以在任何地點(diǎn)生產(chǎn)半導體。

Nanotronics已經(jīng)從包括Peter Thiel 的創(chuàng )始人基金和英特爾已故聯(lián)合創(chuàng )始人Gordon Moore在內的投資者那里籌集了約1.62億美元，該公司今年將向中東客戶(hù)運送其第一臺Cubefab，目標是到2025年使晶圓廠(chǎng)投入使用。 

“關(guān)閉供應鏈循環(huán)的能力非常重要，”該公司的聯(lián)合創(chuàng )始人兼首席執行官馬修·普特曼（Matthew Putman）說(shuō)?！澳憧梢园研酒偷侥阈枰牡胤??！?/p>

隨著(zhù)全球芯片制造能力達到極限，建造新生產(chǎn)設施的競賽正在進(jìn)行中。制造芯片的制造廠(chǎng)或晶圓廠(chǎng)是大型設施，需要數年、數十億美元和數百英畝或更多英畝的土地才能建造。

Nanotronics的Cubefabs可以坐落在兩英畝（約合1715平方米）的土地上，可能代表了一種快速啟動(dòng)芯片制造的方式 - 特別是在美國，美國正在花費數十億美元 來(lái)支持國內制造業(yè)并保障其芯片供應。該公司以及已經(jīng)獲得在美國建設芯片工廠(chǎng)資金的芯片制造商，可能成為近530億美元《芯片法案》資金的受益者。

建成后，Cubefabs可能成為美國第一家生產(chǎn)用于商業(yè)用途的半導體的預制晶圓廠(chǎng)?！澳憧梢杂孟鄬^少的成本和時(shí)間建造一個(gè)小型晶圓廠(chǎng)，”Forrester分析師 Glenn O'Donnell說(shuō)。

普特曼說(shuō)，較小的芯片晶圓廠(chǎng)也使研究機構、大學(xué)和公司能夠將芯片制造放在手邊。 

雖然Nanotronics尚未獲得美國客戶(hù)，但所有設計和科學(xué)工作都在其位于布魯克林海軍造船廠(chǎng)的總部進(jìn)行，這是一座擁有近70英尺天花板的建筑群，建于內戰末期，用于造船。

Nanotronics于2010年由Putman和他的父親John在俄亥俄州創(chuàng )立，開(kāi)始制造人工智能驅動(dòng)的顯微鏡和機器人技術(shù)，可以?huà)呙韬桶l(fā)現航空航天、汽車(chē)和半導體設備中的缺陷。該公司表示，該檢測系統占其業(yè)務(wù)的大部分，并有超過(guò)200個(gè)客戶(hù)安裝。 

普特曼說(shuō)，2020 年，Nanotronics 從 New Lab海軍造船廠(chǎng)的共享跨學(xué)科空間新實(shí)驗室搬到了自己的 45,000 平方英尺建筑 20 號樓，由總部位于紐約的建筑公司 Rogers Partners 用預制部件進(jìn)行改造。

該公司表示，該建筑仍然包含其造船時(shí)代的橫梁，曾經(jīng)用于用鐵包層裝甲船舶，并為船舶和潛艇移動(dòng)大型機加工零件。 

Nanotronics晶圓廠(chǎng)是為制造特定的功率芯片而設計的，而不是先進(jìn)的 圖形處理單元 （GPU）和其他微處理器，這些微處理器是由大型晶圓廠(chǎng)臺積電制造的。

Putman說(shuō)，首先，Cubefabs將主要制造用于數據中心電力路由的交換機 - 這是保持人工智能設施中電力流動(dòng)所必需的 - 以及電動(dòng)汽車(chē)的電源逆變器。

這種芯片就像半導體的“丑陋的繼子”，Forrester的O'Donnell說(shuō)。他說(shuō)，它們很受歡迎，有一系列的應用，但沒(méi)有像微處理器或GPU那樣受到關(guān)注。

Putman說(shuō)，Nanotronics晶圓廠(chǎng)面積約為1,715平方米，四個(gè)獨立的晶圓廠(chǎng)組成了一個(gè)Cubefab，當它被安排在一個(gè)四葉草中時(shí)，有一個(gè)服務(wù)立方體 - 該立方體設有行政辦公室，員工區域和公用事業(yè)入口點(diǎn)。一個(gè)完整的四晶圓廠(chǎng) Cubefab 面積為 7,510 平方米，需要多達 10 英畝的土地。

每個(gè)Nanotronics晶圓廠(chǎng)都有兩個(gè)所謂的潔凈室 ，即制造過(guò)程中的無(wú)塵空間，耗資約2000萬(wàn)美元。Nanotronics說(shuō)，一個(gè)潔凈室大約是172平方米，由涂層鋁等靜電放電保護材料制成。模塊化晶圓廠(chǎng)大部分是結構鋼管和波紋鋼包層，可以安裝在平板卡車(chē)或 40 英尺集裝箱上。

中央服務(wù)多維數據集包含少量可以運行基于 AI 的軟件的 Nvidia GPU?！皬陌雽w芯片本身的生長(cháng)到封裝，這一切都在這些晶圓廠(chǎng)中完成，”普特曼說(shuō)。 

普特曼說(shuō)，人工智能是Cubefab運營(yíng)的關(guān)鍵部分，它使許多復雜的工藝工程自動(dòng)化，而這些工程需要一百名左右的高技能工人?！拔覀兛梢詫ubefab放在沒(méi)有半導體基礎設施的地區，并啟動(dòng)并運行。

由于人工智能，一個(gè)晶圓廠(chǎng)可以被丟棄在新的位置，并由三十多名只有工廠(chǎng)經(jīng)驗的工人運營(yíng)。該公司表示，一個(gè)四晶圓廠(chǎng)的工廠(chǎng)將需要多達174名工人。

人工智能能夠動(dòng)態(tài)地審查制造過(guò)程，并在此過(guò)程中對溫度和其他因素進(jìn)行校正?！爱斁A被生產(chǎn)出來(lái)時(shí)，”他說(shuō)，“上面沒(méi)有缺陷。

芯片本身是由碳化硅和氧化鎵等材料組合而成的，氧化鎵是一種半導體材料，可以在微芯片中進(jìn)行圖案化，但尚未在商業(yè)規模上這樣做。普特曼說(shuō)，現在的關(guān)鍵區別在于，人工智能已經(jīng)成熟，可以“閉環(huán)”生產(chǎn)基于氧化鎵的芯片。

麥肯錫高級合伙人比爾·懷斯曼（Bill Wiseman）表示，雖然預制方法在臺灣和韓國的晶圓廠(chǎng)建設中很常見(jiàn)，但在美國并不常見(jiàn)，因為在美國，晶圓廠(chǎng)往往是定制的，節省的勞動(dòng)力通常被物流成本所抵消。波士頓咨詢(xún)集團董事總經(jīng)理兼合伙人Gaurav Tembey表示，對于目前建造的大多數晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，建筑成本僅占總成本的20%左右。 

盡管如此，選址仍然具有挑戰性。Forrester 的 O'Donnell 表示，存在將化學(xué)品引入現場(chǎng)環(huán)境的問(wèn)題，要求客戶(hù)遵守當地法規。

Nanotronics首席運營(yíng)官詹姆斯·威廉姆斯（James Williams）表示，該公司已指導客戶(hù)為Cubefab選擇最佳位置，那里的電力和水供應穩定。Cubefab 平均每天需要 800 加侖的水。單個(gè)晶圓廠(chǎng)使用2.7兆瓦的電力，四個(gè)晶圓廠(chǎng)需要8.7兆瓦的電力。

在運送這些部件并為當地操作員提供初步培訓后，普特曼表示，客戶(hù)向Nanotronics支付費用，以使用其硬件和基于人工智能的軟件。該公司表示，其人工智能套件的成本為40萬(wàn)至300萬(wàn)美元，具體取決于傳感器流的數量和數據量。該公司還與客戶(hù)采用收入分享模式，并專(zhuān)注于將Cubefabs投放到非洲和全球南方。

“我喜歡對 Cubefab 中可以制造的所有東西抱有遠大的夢(mèng)想，”普特曼說(shuō)，“作為未來(lái)生產(chǎn)方式的典范。

來(lái)源：半導體行業(yè)觀(guān)察