不久之前,英特尔宣布在欧洲开展野心勃勃的扩张计划,未来十年内在欧洲投资800多亿欧元,欲助力欧洲的半导体生产制造份额从如今的10%提升至20%。与此同时,英特尔也将在欧洲本地开展研究工作,与欧洲顶尖的研究机构合作,一同解决半导体研发、制造和封装上的难题。
此举不仅是英特尔推行IDM 2.0计划的下一步,也是欧洲计划在半导体行业争取更多话语权的一步。因此英特尔不仅获得了《欧盟芯片法案》的垂涎,更是获得了欧盟委员会主席冯德莱恩的亲自背书。

顶尖研究机构的吸引力

那么欧洲究竟有何魅力,值得英特尔如此卖力呢?固然欧洲已经有了意法半导体博世英飞凌之类的顶尖半导体公司,又或是ASML这样近乎垄断级的半导体设备厂商,但整体实力却不见得能比过美国本土。而英特尔寻找的答案就是这里的人才,我们上面提到的顶尖研究机构中汇聚了全球数一数二的半导体人才,这其中就包括了比利时的imec、德国的Fraunhofer以及法国的CEA-Leti

这些研究机构的人才有的来自欧洲或全球各大学府,有的则是在知名半导体公司从业多年的资深大牛,无论是生产制造、设计、材料领域,都手握着大量前沿的研究成果。但由于欧洲缺乏像硅谷一样技术与投资并存的地方,且欧洲此前对半导体制造并不上心(至少是对本土制造并不上心),因此不少人才和技术都被其他地区的半导体公司所用。

如今在供应链的灵活性受到挑战以及《欧盟芯片法案》的重视之下,英特尔也知道在欧洲本土利用这些人才与技术才是可行之举。虽然这一部分所谓的投资很大一部分来源于对光刻机的采购,还有一部分来自于欧盟的资助,但不可否认,英特尔这次确实是打算大出血一波。

光刻机技术突破的关键

比利时微电子中心imec与半导体制造设备厂商ASML有着长年紧密的合作,就拿目前的EUV光刻机来说,早在卖给各大晶圆厂之前,ASML就已经和imec展开一系列的测试了。EUV光刻机刚面世之际,无论是产量和良率都无法与之前的DUV光刻机相提并论,然而在两家研究人员的推动下,imec在光掩模和光刻胶上做出了改进,使得EUV光刻机在分辨率、良率上都有了显著的提升。

与此同时,下一代高NA EUV光刻机的开发与测试也在紧锣密鼓的开发中,ASML与imec正在打造一个高NA实验室,为其打造一个高NA系统,并建立相关的研究,比如新的掩模技术、光刻胶等等。此外,这一高NA实验室也支持开放给客户使用,方便他们开发验证自己的高NA用例。

Attolab/ imec

为了加快EUV光刻成像的研究,观察到高NA EUV曝光后光刻胶的超快变化,imec还与KMLabs合作打造了Attolab,一个支持到半导体设备演进的表征设施。在Attolab的帮助下,imec得以在高NA EUV光刻机生产完毕之前,对其光刻条件下的光刻胶成像动力学进行模拟,从而对高NA下的光刻胶材料进行筛选。

迫在眉睫的量子计算

Fraunhofer-Gesellschaft作为德国乃至欧洲最大的应用科学研究机构,可以说是为欧洲半导体输送先进成果和人才的顶梁柱。虽然主体位于德国,且Fraunhofer在德国拥有76所研究机构,但Fraunhofer在全球各地也拥有不少研究所和代表办公室,与各国开展学术研究合作。Fraunhofer的研究方向几乎覆盖了整个半导体行业,重点之一就是量子计算。

IBM Quantum System One/ IBM

尽管量子计算的研究尚处于早期阶段,但作为公认的下一代计算技术,各个国家地区都在不遗余力地投入开发。Fraunhofer与首发商用量子计算机的IBM合作,于去年在德国部署了欧洲的首台商用量子计算机,基于IBM的Quantum System One。此举为的就是尽快开始相关研究,并将成果转化到应用中,从而在欧洲自己的数据主权下进行量子计算,而不是靠微软或者阿里巴巴这类海外的大型互联网公司。

与此同时,Fraunhofer旗下的研究所也在开发自己的量子处理器,德国政府出资1610万欧元,让Fraunhofer组织的28个机构一同开发一种基于自旋光子的量子处理器,以及将该处理器与传统计算机系统相连的外围设备。与当前已有的量子计算机相比,该处理器要具备更长的运行时间、更低的错误里和更低的散热要求,从而做到规模可扩展,从10个量子位计算慢慢扩展到使用100以上的量子位进行计算。

神经形态计算的崛起

法国替代能源与原子能委员会(CEA)旗下的Leti,同样是世界公认的顶级电子与信息技术研究机构之一,主研技术方向包括MEMS、存储和硅光。然而在新的计算架构创新下,CEA-Leti也加入了神经形态计算的研究与开发中。

CEA-Leti在去年启动了一项新的欧盟“MEMS”计划,不过这里的“MEMS”可不是我们常说的MEMS,而是MeM-Scales,针对神经形态计算架构的存储技术。MeM-Scales计划的目的就是为了开发新式算法、设备与电路,实现神经形态系统的多时间跨度处理。

MeM-Scales计划工作流 / CEA-Leti

CEA-Leti已经在传统的内存技术上有了长足的研究与应用,比如与意法半导体合作的PCM存储,还有适用于存内计算的RRAM技术等。然而这些技术尚不适用于神经形态计算,而MeM-Scales的存在就是为了补全这一缺陷,为新的技术架构提供扎实的存储技术。在CEA-Leti看来,MeM-Scales能为物联网提供下一代解决方案,彻底将计算任务从服务器和云端卸载,直接交给MCU和智能传感器

结语

从这些欧洲研究机构的发力方向上来看,欧洲在半导体研究上确实是走在前沿位置的。而且尽管位于不同的国家,研究合作的频次和规模都是可观的,依我看来,欧洲在投资这些看似没有短期可行性的尖端技术上反而出手大方,并不追求短期的利益回报。这样的烧钱法或许也只有欧盟这样多国联合投资才能做得到,不适用于中国的半导体研究路线。

但这些计划究竟能不能做到反超还不好说,很明显欧洲对自己的半导体研究实力感到自豪,但要想将制造份额提升至20%只靠研究是不够的的,毕竟台积电、三星目前也在全球各地扩产。欧洲在提升其制造研究实力的同时,不妨也促进一下本土的制造需求。

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