GlobalFoundries暂停7nm工艺的决定引起了整个军工/航空行业的担忧。
由于GlobalFoundries最近决定暂停7nm工艺，美国国防部的可信代工项目正在变化，这引起了美国国防界对国家安全的担忧。
美国国防部和军事/航空航天芯片客户目前可以获得美国“安全”的14纳米晶圆代工能力，但仅此而已。目前，除了美国以外，没有其他晶圆代工厂提供类似的“安全”代工能力，这使得美国国防工业在全球范围内处于潜在的技术劣势。
国防界使用大量的晶圆厂为他们的系统制造芯片。在美国的领先地位，国防工业依赖于国防部的可信代工计划，GlobalFoundries是美国唯一领先的代工供应商，为国防部和军事航空客户提供低至14纳米的工艺。没有义务使用晶圆厂，但对国防部来说，其优势是机密和非机密芯片的安全流程。
GlobalFoundries继续提供低至14纳米的这些服务，但由于研发成本不断上升和回报令人怀疑，它停止了在7纳米及以上的努力。只有少数公司需要10/7nm及以上的芯片，因此继续开发领先技术在经济上是不可思议的。
因此，现在美国防务界将不得不从其他地方寻找这项技术。这还不是一个可怕的情况。一般来说，防务界在成熟节点使用芯片。但目前正在开发的16/14纳米芯片，在某种程度上，它们将要求10/7纳米。
但对于10/7nm及以上，选择仅限于三家供应商，甚至这也是有争议的。台积电(TSMC)和三星(Samsung)正在加紧生产7纳米芯片，而英特尔(Intel)则在努力生产10纳米芯片。
如果需要的话，英特尔而且台积电都是军用航空中的已知量。多年来，他们一直在各个节点上为军事航空客户制造芯片。这两家公司都不是国防部可信代工计划的一部分，尽管他们坚称他们的晶圆厂对所有客户都是安全的。
尽管如此，出于国家安全考虑，美国国防界更愿意在美国本土获得14nm以上的代工技术，并获得值得信赖的地位。甚至在GlobalFoundries宣布这一消息之前，人们就已经越来越担心了。
“先进半导体工艺节点缺乏dmea认证的可信代工厂，有可能引发国防部的危机。如果不加以缓解，这场危机可能会使国防部在不对称半导体能力方面处于不利地位，”可信微电子联合工作组去年发布的白皮书称。作为国防部的一部分，国防微电子活动(DMEA)管理可信代工计划。该工作组是非营利性组织国防工业协会的一部分。
这种情况是否是危机是一个争论的问题，但问题超出了流程节点。商业和国防客户面临着数量惊人的网络攻击，因此整个流程都需要更多的安全性。
尽管如此，美国国防工业可能会与不受信任的领先代工厂进行更密切的合作。这将使该行业更加依赖于商业制造流程，这可能更容易受到网络攻击。与此同时，人们也在推动为值得信赖的晶圆厂提供更好的安全保障。
因此，国防部正在开发新的方法来确保对所有晶圆厂的信任。其中包括:
情况很复杂。为了帮助该行业走在前面，半导体工程公司研究了军用航空芯片趋势、可信代工计划和国防部的战略。
Mil-aero趋势
在20世纪60年代和70年代，美国国防行业是半导体、大型计算机和电信的主要推动力之一。美国国防部早就认识到，芯片技术对美国的军事优势至关重要。
国防部战略技术保护与开发副主任克里斯汀·鲍德温在最近的一次活动中说:“先进的微电子技术对当前和下一代国防能力至关重要。”“我们的需求范围从精品、传统和几乎过时的组件一直到最先进的技术，这些技术支撑了我们对未来能力的愿景。”
但自那以后，市场格局发生了巨大变化。PC从20世纪80年代开始起飞，推动了商业IC市场的增长。然后是手机。随着商用IC市场的扩大，军用航空芯片业务在整个半导体蛋糕中所占的比例越来越小。
根据Databeans的数据，2017年，军用航空半导体市场达到29亿美元，比2016年增长8%。
图1:军用航空芯片市场的规模。来源:Databeans
独立智库波托马克政策研究所(Potomac Institute for Policy Studies)高级研究员迈克尔·弗里策(Michael Fritze)说:“如今，尽管微电子对先进的军事系统至关重要，但它们只占大型铸造厂需求的很小一部分，可能只有1%或2%。”“所以政府在市场份额方面没有影响力。没有那么多公司在追逐这项业务。事实上，他们中的许多人认为这是一种烦恼。”
在军用航空中，集成电路体积小，设计周期长，要求严格。此外，由于该行业开发了各种各样的系统，如飞机、电子战和雷达，市场是分散的。这些部分之间有一些共同点。
“军事系统是一个平台。这是一个复杂的系统。集成和测试一个系统需要时间。“大多数电子产品都是我们所说的实践状态。他们成熟了几代人，甚至遗产。它们大多是较老的技术，但这并不意味着从未使用过最先进的技术。”
总而言之，军用航空芯片业务包括各种利基市场。抗辐射芯片就是一个例子。“我们有军事和侦察卫星。我们的导弹需要在辐射环境下工作，”他说。但这是一个很小的市场。我们说的是数百到数千个单位。”
这也是fpga在国防领域如此受欢迎的原因之一。FPGA制作完成后，包含可编程逻辑块。该设备由客户在现场配置专有数据。国防工业使用20nm及以上的fpga, 16nm/14nm及以下的fpga正在开发中。
很大一部分用于国防的fpga是在台湾的晶圆厂生产的。该部件可以在海外生产，但在由美国的OEM发货和编程之前，它不能成为安全设备
“使用台积电等离岸晶圆厂是可以的联华电子Xilinx航空航天与国防高级总监大卫·甘巴说。“FPGA是由我们的客户编程的，所以在制造过程中没有客户设计信息。”
asic和基于RF gan的设备是在美国的晶圆厂制造的。但问题不仅仅在于工厂位置。商业和国防客户正在使用各种EDA工具、IP和制造流程在复杂的供应链中开发设备。
系统公司担心网络攻击。例如，对手可以在流程流中插入恶意更改，这为IP盗窃和/或伪造设备提供了机会。这就是国防部可信代工和相关程序发挥作用的地方。
“他们需要硬件保证。他们希望确保技术不会被有意或意外地颠覆，”微软营销副总裁史蒂夫·门索尔说Achronix．
可信代工的诞生
这不是一个新的担忧。多年来，美国国防界一直担心获得安全设备。从上世纪90年代开始，当美国芯片制造技术开始向海外转移时，情况尤其如此。作为回应，美国政府在1990年建立了自己的晶圆厂，以确保芯片的安全供应。该工厂位于马里兰州米德堡的国家安全局(NSA)。
然而，它最终被关闭了。Potomac的Fritze说:“他们为安全的政府应用程序制造芯片。”“这在一段时间内奏效了。升级晶圆厂的成本越来越高。”
因此，国防部在21世纪初制定了一项新计划，将生产外包给一家美国晶圆厂，并于2003/2004年实施IBM美国微电子集团赢得了一份合同，成为美国国防部前沿安全代工服务的唯一供应商。它被称为可信的铸造计划，其中包括两个IBM晶圆厂-埃塞克斯交界处，佛蒙特州和东菲什基尔，纽约州
一般来说，在这个项目中，高管和工厂工人都要接受背景调查和安全审查。然后，一条晶圆生产线可以同时为商业和国防客户加工晶圆。但是对于国防部的业务来说，流程的某些部分是与晶圆厂的其他部分分开的。
2007年，该计划扩大到涵盖整个供应链的公司，如IC设计公司、掩模供应商、专业铸造厂和包装厂。这些供应商被称为“值得信赖的供应商”，他们必须通过一个认证过程，包括背景调查和保护他们的设施。
不过，与IBM的协议不同的是，“受信任的供应商”没有保证业务的年度合同。但他们可以利用自己受信任的地位，竞标政府业务。
图2:可信代工厂/供应商名单国防部
例如，2008年，赛普拉斯半导体公司在明尼苏达州的200毫米晶圆厂获得了国防部“可信供应商”计划的认证。去年，SkyWater收购了Cypress的200毫米明尼苏达州晶圆厂，现在将自己定位为晶圆代工供应商，工艺低至90纳米。
天水公司保持着“可信赖供应商”的地位，这使它在政府业务中处于有利地位。“这也影响到了我们业务的其他部分。就我们与政府的互动方式而言，我们有这种信任的心态。但这也适用于我们与所有客户打交道的方式，”SkyWater总裁托马斯·桑德曼(Thomas Sonderman)说。
并非所有公司都能获得“受信任供应商”认证。这个过程很复杂，有时回报也有限。mil-aero的体积很小。
与此同时，在“值得信赖的供应商”计划中，有各种CMOS和专业代工厂。在这些供应商中，最先进的工艺是90nm。
在领先地位上，IBM在可信代工计划下提供代工能力，直到2015年将其芯片部门出售给GlobalFoundries。IBM不再将半导体视为核心业务。
这在国防圈引起了轰动。严格来说，GlobalFoundries并不是一家总部位于美国的公司，而是阿布扎比的穆巴达拉(Mubadala)所有。
尽管如此，DMEA还是将可信代工合同从IBM转移到GlobalFoundries。因此，GlobalFoundries在佛蒙特州和纽约的晶圆厂仍然是1a类和ITAR指定的受信任晶圆厂计划的一部分。GlobalFoundries在这些晶圆厂提供硅锗和射频工艺。但最先进的CMOS工艺是一种老式的32纳米SOI工艺。
最近，DMEA延长了与GlobalFoundries的协议，包括14nm finFET技术，该技术在其位于纽约的300mm晶圆厂生产。严格来说，这家晶圆厂不属于"受信任晶圆代工厂"相反，该晶圆厂拥有2类称号，这意味着该设施采用了完整性措施。
无论如何，国防客户都可以使用GlobalFoundries的14nm工艺以及掩模和ic封装服务。该公司与IBM在加拿大Bromont的包装业务合作，提供端到端解决方案。
“我们可以与IBM Bromont的合作伙伴一起做ITAR和Trusted Foundry。GlobalFoundries负责包装研发和运营的副总裁大卫·麦肯(David McCann)说。GlobalFoundries的管理人员拒绝就Trusted Foundry项目进一步置评。
与此同时，受信任的晶圆代工项目在8月份又出现了转折，GlobalFoundries暂停了7nm工艺。GlobalFoundries将继续提供14nm及以上的服务，但国防客户将需要在10nm/7nm及以上找到另一个解决方案。
国防部将在某一时刻要求10nm/7nm工艺，但短期内不会。“出于军方的迫切需求，大多数平台都是较老的部件。这不是一个危机局面，”Potomac的Fritze说。“然而，我们确实需要考虑未来，开发这种需要计算的新型人工智能硬件。我们确实需要进入。目前还不是危机局面，但我们需要制定计划。”
10nm/7nm的选择仅限于英特尔，三星台积电。“无论如何，你必须找到一种方法与这三个球员中的一个或多个合作。政府正在考虑如何做到这一点。”
其他人同意了。Semico Research董事总经理乔安妮•伊托(Joanne Itow)表示:“他们正在重组，以弄清自己现在需要采取什么样的战略。”“他们有自己的路线图，知道自己需要去哪里。他们总是推出高科技产品，但不一定总是采用最先进的工艺。”
国防部的战略
今天，国防部正在为可信计划制定新的战略，尽管这仍然是一项正在进行的工作。
但是，理解国防部的战略也需要在当前军事航空代工格局的背景下看待。简单来说，mil-aero代工客户有多种选择。它们是:
•与GlobalFoundries合作14nm及以上工艺。
•使用国防部“可信供应商”名单上的代工厂。
•使用不在名单上的代工厂，可以是美国或非美国的代工厂。供应商。
每个公司都有不同的策略。例如，多年来，赛灵思的fpga一直由台湾的台积电生产。台积电不在“受信任晶圆代工厂”或“受信任供应商”计划之列，因为该计划不包括在台湾或中国大陆的晶圆厂。
不过，台积电仍在继续推进这项技术，因此Xilinx认为没有必要做出改变。Xilinx的甘巴说:“国防部/军方客户希望为他们的作战人员提供最先进的技术。“在海外进行生产的理由是，美国需要拥有最新、最先进的技术。他们正从赛灵思/台积电那里获得这一技术。”
并非所有的军用航空芯片都是在海上建造的。一般来说，国防部希望各种设备，如用于雷达的射频氮化镓(GaN)，在美国工厂生产。
然后，事情变得更加复杂。一些设备是在离岸晶圆厂制造的。然而，军用航空公司的客户希望该部件在美国的可信代工厂生产。
嵌入式FPGA就是一个例子。嵌入式FPGA相当于FPGA的核心，然后集成到SoC中。
公司首席执行官Geoff Tate表示:“航空航天和政府领域的人们希望获得嵌入式fpgaFlex Logix．“但他们想要在美国制造。他们想要finfet级的性能，所以你要找GlobalFoundries。”在美国生活似乎让他们感觉很舒服。当然，一个问题是供应的保证。”
然而，也存在一些挑战。例如，Flex Logix的eFPGA产品是在TSMC制造的。Flex Logix正在推出16nm的产品，7nm的产品正在开发中。
波音公司最近授权Flex Logix的技术。这是由GlobalFoundries在纽约的晶圆厂的14nm工艺制造的。为此，Flex Logix正在将其技术移植到GlobalFoundries的14nm工艺。但更大的问题是，国防业务规模相对较小。为了获得回报，Flex Logix正在为国防和商业客户利用这项技术。
即便如此，还是有问题。GlobalFoundries只提供14nm工艺。最终，国防界希望获得超过10nm的权限，因此它将需要与台积电和其他不受信任的公司合作。
挑战在于，如今的商业流程涉及一个复杂的供应链。在越来越多的网络攻击中，不受信任的流甚至是受信任的流都可能面临风险，这促使人们需要新的可信解决方案。为此，国防部正在开发一种新的供应链方法，称为可信和有保证的微电子计划。这项工作仍在进行中，涉及可追踪和可观察的方法。
国防部的Baldwin在最近的一次活动中表示:“这主要集中在开发和过渡新的信任和保证方法，从历史上的可信代工制造方法转向更广泛的设计和托管链安全能力。”“这些供应链和安全设计功能旨在保护我们的知识产权、机密性和美国零部件在整个供应链中的完整性。”
图3:新的信任和保证方法来源:国防部
还有其他的解决方案。去年，可信微电子联合工作组提出了几种使用对抗方法的技术，即功能分解、为信任设计和分离晶片厂。
SkyWater的高级销售总监、工作组论文的合著者布拉德·弗格森(Brad Ferguson)说，在功能分解中，“在美国，你将整个设备的功能分解，并将它们放在一个系统级别上。”
DARPA的CHIPS项目就是功能分解的一个例子。在这个程序中，你的想法是在一个库中有一个模块化芯片菜单。这些小芯片被组装在一个包中，并使用互连方案进行连接。
为信任而设计是另一种方法。例如，fpga可以在设计中加入物理上不可克隆的功能。
分立晶圆厂是另一个想法。“这是你在海外运营前端业务，在美国进行后端金属化的地方，”Ferguson说。
分立晶圆厂面临几个挑战。首先，这需要大量的资源。然后，一家代工厂可能需要与另一家共享敏感数据。这种方法有几种选择。DMEA正在加利福尼亚建造一个金属化晶圆厂，但它只能达到90纳米。目前还不清楚是否有其他代工厂会这样做。
同时，掩模市场也有一些发展。为此，GlobalFoundries是国防部项目中领先的掩模供应商。
今天，政府想要一个14nm的两个掩模源的备份。目前，国防部有一份RFI(信息请求)，正在寻找另一家可以生产低至14纳米掩模的掩模工厂。美国掩模企业Photronics正在参与这一过程。
2010年，Photronics被认证为150nm以下掩模的“值得信赖的供应商”。和军用航空芯片一样，用于国防的口罩业务规模很小。但军用航空也是一项有利可图的生意。“有能力做到这一点，并有效、正确和及时地做到这一点，是我们所关注的一个商业机会。Photronics的军用航空和主流销售副总裁Wayne DeCarlo说。
不过，可以肯定的是，Trusted Foundry程序是不断变化的。它正在发展，但不会在一夜之间发生任何重大变化。
这可能是个问题。网络攻击呈上升趋势，技术发展并没有放缓。举例来说，中国正在向集成电路领域投入数十亿美元，目前还不清楚如何应对这种努力。
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