僅有1715 平方米的晶圓廠，要顛覆芯片制造?

在布魯克林海軍造船廠的一棟改造建筑中，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”，這是一個模塊化芯片制造設施，與人工智能驅動的軟件捆綁在一起，可以運送到任何地方并在現(xiàn)場組裝。這家擁有 14 年歷史的公司表示，Cubefab 可以在一年內啟動并運行，幾乎可以在任何地點生產(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運送其第一臺Cubefab，目標是到2025年使晶圓廠投入使用。 

“關閉供應鏈循環(huán)的能力非常重要，”該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官馬修·普特曼（Matthew Putman）說。“你可以把芯片送到你需要的地方?！?/p>

隨著全球芯片制造能力達到極限，建造新生產(chǎn)設施的競賽正在進行中。制造芯片的制造廠或晶圓廠是大型設施，需要數(shù)年、數(shù)十億美元和數(shù)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芯片制造的方式 - 特別是在美國，美國正在花費數(shù)十億美元 來支持國內制造業(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?！澳憧梢杂孟鄬^少的成本和時間建造一個小型晶圓廠，”Forrester分析師 Glenn O'Donnell說。

普特曼說，較小的芯片晶圓廠也使研究機構、大學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，但所有設計和科學工作都在其位于布魯克林海軍造船廠的總部進行，這是一座擁有近70英尺天花板的建筑群，建于內戰(zhàn)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，開始制造人工智能驅動的顯微鏡和機器人技術，可以掃描和發(fā)現(xiàn)航空航天、汽車和半導體設備中的缺陷。該公司表示，該檢測系統(tǒng)占其業(yè)務的大部分，并有超過200個客戶安裝。 

普特曼說，2020 年，Nanotronics 從 New Lab海軍造船廠的共享跨學科空間新實驗室搬到了自己的 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 用預制部件進行改造。

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

Nanotronics晶圓廠是為制造特定的功率芯片而設計的，而不是先進的 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臺積電制造的。

Putman說，首先，Cubefabs將主要制造用于數(shù)據(jù)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所必需的 - 以及電動汽車的電源逆變器。

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

Putman說，Nanotronics晶圓廠面積約為1,715平方米，四個獨立的晶圓廠組成了一個Cubefab，當它被安排在一個四葉草中時，有一個服務立方體 - 該立方體設有行政辦公室，員工區(qū)域和公用事業(yè)入口點。一個完整的四晶圓廠 Cubefab 面積為 7,510 平方米，需要多達 10 英畝的土地。

每個Nanotronics晶圓廠都有兩個所謂的潔凈室 ，即制造過程中的無塵空間，耗資約2000萬美元。Nanotronics說，一個潔凈室大約是172平方米，由涂層鋁等靜電放電保護材料制成。模塊化晶圓廠大部分是結構鋼管和波紋鋼包層，可以安裝在平板卡車或 40 英尺集裝箱上。

中央服務多維數(shù)據(jù)集包含少量可以運行基于 AI 的軟件的 Nvidia GPU。“從半導體芯片本身的生長到封裝，這一切都在這些晶圓廠中完成，”普特曼說。 

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

由于人工智能，一個晶圓廠可以被丟棄在新的位置，并由三十多名只有工廠經(jīng)驗的工人運營。該公司表示，一個四晶圓廠的工廠將需要多達174名工人。

人工智能能夠動態(tài)地審查制造過程，并在此過程中對溫度和其他因素進行校正?！爱斁A被生產(chǎn)出來時，”他說，“上面沒有缺陷。

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，可以在微芯片中進行圖案化，但尚未在商業(yè)規(guī)模上這樣做。普特曼說，現(xiàn)在的關鍵區(qū)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建設中很常見，但在美國并不常見，因為在美國，晶圓廠往往是定制的，節(jié)省的勞動力通常被物流成本所抵消。波士頓咨詢集團董事總經(jīng)理兼合伙人Gaurav Tembey表示，對于目前建造的大多數(shù)晶圓廠來說，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(zhàn)性。Forrester 的 O'Donnell 表示，存在將化學品引入現(xiàn)場環(huán)境的問題，要求客戶遵守當?shù)胤ㄒ?guī)。

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

在運送這些部件并為當?shù)夭僮鲉T提供初步培訓后，普特曼表示，客戶向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40萬至300萬美元，具體取決于傳感器流的數(shù)量和數(shù)據(jù)量。該公司還與客戶采用收入分享模式，并專注于將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想，”普特曼說，“作為未來生產(chǎn)方式的典范。

來源：半導體行業(yè)觀察