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IBM的另一面:半導體市場的曾經王者

2019-06-17來源: 半導體行業觀察關鍵字:IBM

近日,IBM發布了2019財年第一季度財報,財報顯示,IBM第一季度營收為181.8億美元,較去年同期的190.7億美元同比下降5%,且低于分析師預期的184.6億美元。凈利潤為15.9億美元,較去年同期的16.8億美元同比下將5%。至此,IBM營收已經連續三個季度下降。外媒報道,IBM將迎來新一波的裁員,裁員人數約為1700人左右。看來IBM又要進行新一輪的轉型了。


關于IBM的百年豐功偉績相信懂行的人也都了解的七七八八了,過多的歷史筆者就不再一一贅述了。業界對于IBM的認識,大多可能認為它是一家大型計算機公司及軟件供應商,是一家技術服務型公司,擅長于提供軟件支持。我想提的是,實際上IBM對于全球半導體業的貢獻也不容小覷。


IBM對半導體的貢獻


在全球半導體工業發展歷程中IBM曾推出多項突破性的半導體技術,對于產業發展作出巨大貢獻:


1960年IBM開發出了倒裝芯片封裝技術,為了降低成本,提高速度,提高組件可靠性,FC使用在第1層芯片與載板接合封裝,封裝方式為芯片正面朝下向基板,無需引線鍵合,形成最短電路,降低電阻;采用金屬球連接,縮小了封裝尺寸,改善電性表現,解決了BGA為增加引腳數而需擴大體積的困擾。


1966年IBM 科學家:Robert Dennard在家里欣賞 Croton River Gorge 的落日余暉時,躺在客廳沙發上靈感閃現,從而提出了單晶體管DRAM的想法,1970年,Intel采用三個晶體管單元設計方法推出了大獲成功的1KB DRAM芯片,而多家制造商在20世紀70年代中期使用 Dennard的單晶體管單元制造出了 4KBx 芯片,后來經過一波波的創新,成就了當時容量高達4,000,000,000比特的DRAM芯片。


IBM 科學家Robert Dennard


1974年,IBM研究院的研究員John Cocke和他的團隊開始設計電話交換控制器。他們成功設計了采用精簡指令集計算機 (RISC) 架構計算機原型。第一臺采RISC(精簡指令集計算機)架構的計算機原型由IBM 在1980年研制而成。直到今天,這種架構仍應用在幾乎每臺計算設備中。


IBM研究員John Cocke


1982年,IBM的Kanti Jain開創性的提出了“excimer laser lithography(準分子激光光刻)”,并進行了演示,現在準分子激光光刻機器(步進和掃描儀)在全球集成電路生產中得到廣泛使用。在過去的30年中,準分子激光光刻技術一直是摩爾定律持續推進的關鍵因素。


1994年,IBM研究院從硅鍺 (SiGe) 中制造低成本半導體芯片的方法獲得了專利。SiGe是Meyerson在一次事故中發現的,隨后經過不斷研究中發現,SiGe比當時更稀有、更昂貴的材料更容易活動,而且改進了集成電路的速度和通用性。將鍺引入全硅芯片基層中可以顯著改進運行頻率、電流、噪聲和動力。這些更廉價、體積更小、能效更高的芯片拓展了無線行業。如今,SiGe 技術為新一代移動設備和智能技術提供了強大動力。



1997年,IBM研究院宣布用銅互連技術制造芯片將比使用鋁而使芯片更快、更小、更廉價時,這在技術行業中投下了一顆重磅炸彈。與鋁相比,銅線導電電阻低大約40%,使得微處理器的速度再提高15%。在這之后,更小、更高效的芯片技術不斷被開發,而這依賴于過去 15年的銅互連技術的進步才能得以實現。即使隨著新的“億億次”技術的進步,例如納米光子—使用光脈沖以“億億次”速度傳送數據,銅將繼續成為微處理器設計與演進的最根本元件。這項突破導致行業出現了新的轉折點,并使IBM成為全球領導者。



除此之外,IBM還取得了多個創新,如①low-k絕緣體,這種技術使用 SiLK來防止銅線“串擾”;②絕緣硅(SoI),在硅表面之間放上很薄的一層絕緣體,可以防止晶體管的“電子效應”,這樣可以實現更高的性能和更低的功耗;③應變硅,這種技術對硅進行拉伸,從而加速電子在芯片內的流動,不用進行小型化就可以提高性能和降低功耗。如果與絕緣硅技術一起使用,應變硅技術可以更大程度地提高性能并降低功耗。


2002年,Stuart Parkin開始考慮硬盤驅動器和存儲器芯片的基本技術的局限性—并且考慮是否有更好的方式設計一種無需部件移動的磁盤驅動器。他利用基于自旋電子學的存儲器概念設計出了賽道存儲器,并且在2004年獲得了他的第一項專利。


IBM研究員Stuart Parkin


IBM的POWER處理器也將半導體技術推向了新的高潮:


  • 1990年,IBM推出了集成有80萬個晶體管的POWER1,這預示著IBM POWER全新架構的開始。POWER1后來也充當了火星探路者的中央處理器,協助人類完成了迄今為止最為成功的星際探測計劃之一。它也是后來PowerPC產品線的先驅。


  • 1993年11月,IBM推出了POWER1的增強版POWER2,它擁有55至71.5MHz的時鐘頻率,32KB指令緩存,256KB數據緩存,該處理器成為當時性能最高的處理器,一直被使用到1998年。


  • 1994年5月,IBM推出POWER2的改進型POWER2+,該處理器芯片擁有二級緩存,而且L2可達512KB、1MB或者2MB。


  • 1998年IBM發布POWER3處理器芯片,該處理器每個芯片中集成了1500萬個晶體管。


  • 2001年IBM推出了POWER4芯片,這種芯片中集成了1億7400萬個晶體管,POWER4 繼承了POWER3芯片的所有優點,每個處理器都可以并行執行200條指令。。


  • 2004年,IBM采用90納米工藝開發出低功耗、高性能的新型微處理器—64位的PowerPC 970FX,在970FX上,硅拉伸(strained silicon)、絕緣硅(SOI)與銅制程(copper wiring)3種制造技術結合在了一起。


  • 2004年,IBM推出POWER5芯片,POWER5是首個支持“并發多線程”的處理器,擁有比上一代POWER4處理器性能提高4倍的功能。POWER5是IBM當時有史以來最強大的64位處理器。


  • 2005年發布POWER5+,新的POWER5+處理器被稱為“片上服務器”(server on a chip)。


  • 2007年5月,IBM推出POWER6處理器。該處理器突破了4GHz主頻,最高可以實現5.0GHz。


  • 2009年4月,IBM發布了Power6+處理器。


  • 2010年2月,IBM公司發布了新一代的POWER7處理器。POWER7是IBM自2007年5月推出上一代產品POWER6以來的最新巔峰之作,也把UNIX服務器推向了新的高度。


關于IBM的代工服務,也很值得一提,IBM于1988年在Vermont創建200mm生產線,并在East Fishkill于2001年創建300mm的R&D線,2002年投資超過25億美元,興建世界上最先進的300毫米晶園制造生產線,并開展代工服務。


2004年,AMD與IBM簽訂協議,共同開發新的65納米和45納米邏輯制程技術。根據協議,在研發期間AMD將支付給IBM大約2.5億~2.8億美金。作為回報,AMD有權采用IBM部分先進的制造技術,包括C-4芯片封裝技術。


2004年3月,三星公司宣布與IBM、新加坡特許半導體制造公司(Chartered Semiconductor Manufacturing)和英飛凌達成戰略性半導體技術開發合作關系。結成合作伙伴關系的4家公司重點關注65納米及45納米芯片技術。


2015年7月,由IBM研究院牽頭的合作伙伴GlobalFoundries,三星電子及紐約州立大學(SUNY)理工學院的納米科學和工程學院(SUNY Poly CNSE)共同協作,制造出業界首款7納米節點測試芯片,該芯片具備了在指甲蓋大小的芯片上放置200億只晶體管的能力,能夠為各種智能設備提供計算能力,小到智能手機,大到宇宙飛船。7納米節點這一里程碑成就,繼承了IBM硅片和半導體創新的悠久傳統。



2016年11月16日,IBM 的研究人員已經找到如何使用納米碳管制造微型晶片的方法,這一成果可以讓我們制造更強的晶片,使得曲面電腦、可注射晶片成為可能。


2017年,IBM官方博客透露,其已發明了一種可以運行在100萬個相變內存(PCM)上的無監督式機器學習算法,業界認為,相變存儲器是首款既具有 DRAM 特性又具有閃存特性的通用存儲器裝置,因此可解決業界面臨的重大挑戰之一,也許,一個存儲革命真的要開啟了。


IBM之于中國半導體


IBM對中國半導體的發展有著不可磨滅的作用,業界可能知之甚少,華為的海思曾是IBM半導體制造的最大客戶,并且IBM半導體也是華為海思在芯片制造上的重要合作伙伴。


1998年,經任正非發起,推動了在華為研發內部進行的“向美國人學習”、“向IBM學習”的活動,任正非非常欽佩郭士納,作為IBM的靈魂人物,他不僅具有罕見的堅強意志和變革的勇氣,而且為人處世極端低調。任正非認為,華為要像IBM一樣強大,僅僅自己以郭士納為榜樣還不夠,整個華為需要向郭士納虔誠拜師學藝。


任正非總裁在IBM總部聽取匯報現場,左一為郭士納


1998年華為還在位于深圳南山區科發路科技園辦公,為了迎接IBM 50位顧問的到來,任正非親自上陣指揮,把非常擁擠的華為總部騰出很多臨海的房間,按照IBM風格進行布置并購買了新的辦公家具。


50位IBM老師抵達華為


1999年2月,華為正式聘請IBM公司做顧問,花費5000萬元開展IPD(集成產品研發流程)咨詢項目。經過一系列的整治改革,華為今天的成績大家也都看到了,一個令美國都忌憚的企業,華為成功了!


華為/海思不僅是IBM半導體制造這塊最大的客戶,并且也是華為/海思在芯片制造上的重要合作伙伴:華為/海思很多的芯片,尤其是ASIC芯片都是在IBM完成的;而IBM制造的多數產能也是華為/海思提供的,雙方有著長遠、深厚的合

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關鍵字:IBM

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