仅有1715 平方米的晶圆厂，要颠覆芯片制造​

在布鲁克林海军造船厂的一栋改造建筑中，曾经是纽约市造船的中心，初创公司Nanotronics正在制定下一代芯片制造设施的计划。

该公司雄心壮志的核心是所谓的“Cubefab”，这是一个模块化芯片制造设施，与人工智能驱动的软件捆绑在一起，可以运送到任何地方并在现场组装。这家拥有 14 年历史的公司表示，Cubefab 可以在一年内启动并运行，几乎可以在任何地点生产半导体。

Nanotronics已经从包括Peter Thiel 的创始人基金和英特尔已故联合创始人Gordon Moore在内的投资者那里筹集了约1.62亿美元，该公司今年将向中东客户运送其第一台Cubefab，目标是到2025年使晶圆厂投入使用。 

“关闭供应链循环的能力非常重要，”该公司的联合创始人兼首席执行官马修·普特曼（Matthew Putman）说。“你可以把芯片送到你需要的地方。”

随着全球芯片制造能力达到极限，建造新生产设施的竞赛正在进行中。制造芯片的制造厂或晶圆厂是大型设施，需要数年、数十亿美元和数百英亩或更多英亩的土地才能建造。

Nanotronics的Cubefabs可以坐落在两英亩（约合1715平方米）的土地上，可能代表了一种快速启动芯片制造的方式 - 特别是在美国，美国正在花费数十亿美元 来支持国内制造业并保障其芯片供应。该公司以及已经获得在美国建设芯片工厂资金的芯片制造商，可能成为近530亿美元《芯片法案》资金的受益者。

建成后，Cubefabs可能成为美国第一家生产用于商业用途的半导体的预制晶圆厂。“你可以用相对较少的成本和时间建造一个小型晶圆厂，”Forrester分析师 Glenn O'Donnell说。

普特曼说，较小的芯片晶圆厂也使研究机构、大学和公司能够将芯片制造放在手边。 

虽然Nanotronics尚未获得美国客户，但所有设计和科学工作都在其位于布鲁克林海军造船厂的总部进行，这是一座拥有近70英尺天花板的建筑群，建于内战末期，用于造船。

Nanotronics于2010年由Putman和他的父亲John在俄亥俄州创立，开始制造人工智能驱动的显微镜和机器人技术，可以扫描和发现航空航天、汽车和半导体设备中的缺陷。该公司表示，该检测系统占其业务的大部分，并有超过200个客户安装。 

普特曼说，2020 年，Nanotronics 从 New Lab海军造船厂的共享跨学科空间新实验室搬到了自己的 45,000 平方英尺建筑 20 号楼，由总部位于纽约的建筑公司 Rogers Partners 用预制部件进行改造。

该公司表示，该建筑仍然包含其造船时代的横梁，曾经用于用铁包层装甲船舶，并为船舶和潜艇移动大型机加工零件。 

Nanotronics晶圆厂是为制造特定的功率芯片而设计的，而不是先进的 图形处理单元 （GPU）和其他微处理器，这些微处理器是由大型晶圆厂台积电制造的。

Putman说，首先，Cubefabs将主要制造用于数据中心电力路由的交换机 - 这是保持人工智能设施中电力流动所必需的 - 以及电动汽车的电源逆变器。

这种芯片就像半导体的“丑陋的继子”，Forrester的O'Donnell说。他说，它们很受欢迎，有一系列的应用，但没有像微处理器或GPU那样受到关注。

Putman说，Nanotronics晶圆厂面积约为1,715平方米，四个独立的晶圆厂组成了一个Cubefab，当它被安排在一个四叶草中时，有一个服务立方体 - 该立方体设有行政办公室，员工区域和公用事业入口点。一个完整的四晶圆厂 Cubefab 面积为 7,510 平方米，需要多达 10 英亩的土地。

每个Nanotronics晶圆厂都有两个所谓的洁净室 ，即制造过程中的无尘空间，耗资约2000万美元。Nanotronics说，一个洁净室大约是172平方米，由涂层铝等静电放电保护材料制成。模块化晶圆厂大部分是结构钢管和波纹钢包层，可以安装在平板卡车或 40 英尺集装箱上。

中央服务多维数据集包含少量可以运行基于 AI 的软件的 Nvidia GPU。“从半导体芯片本身的生长到封装，这一切都在这些晶圆厂中完成，”普特曼说。 

普特曼说，人工智能是Cubefab运营的关键部分，它使许多复杂的工艺工程自动化，而这些工程需要一百名左右的高技能工人。“我们可以将Cubefab放在没有半导体基础设施的地区，并启动并运行。

由于人工智能，一个晶圆厂可以被丢弃在新的位置，并由三十多名只有工厂经验的工人运营。该公司表示，一个四晶圆厂的工厂将需要多达174名工人。

人工智能能够动态地审查制造过程，并在此过程中对温度和其他因素进行校正。“当晶圆被生产出来时，”他说，“上面没有缺陷。

芯片本身是由碳化硅和氧化镓等材料组合而成的，氧化镓是一种半导体材料，可以在微芯片中进行图案化，但尚未在商业规模上这样做。普特曼说，现在的关键区别在于，人工智能已经成熟，可以“闭环”生产基于氧化镓的芯片。

麦肯锡高级合伙人比尔·怀斯曼（Bill Wiseman）表示，虽然预制方法在台湾和韩国的晶圆厂建设中很常见，但在美国并不常见，因为在美国，晶圆厂往往是定制的，节省的劳动力通常被物流成本所抵消。波士顿咨询集团董事总经理兼合伙人Gaurav Tembey表示，对于目前建造的大多数晶圆厂来说，建筑成本仅占总成本的20%左右。 

尽管如此，选址仍然具有挑战性。Forrester 的 O'Donnell 表示，存在将化学品引入现场环境的问题，要求客户遵守当地法规。

Nanotronics首席运营官詹姆斯·威廉姆斯（James Williams）表示，该公司已指导客户为Cubefab选择最佳位置，那里的电力和水供应稳定。Cubefab 平均每天需要 800 加仑的水。单个晶圆厂使用2.7兆瓦的电力，四个晶圆厂需要8.7兆瓦的电力。

在运送这些部件并为当地操作员提供初步培训后，普特曼表示，客户向Nanotronics支付费用，以使用其硬件和基于人工智能的软件。该公司表示，其人工智能套件的成本为40万至300万美元，具体取决于传感器流的数量和数据量。该公司还与客户采用收入分享模式，并专注于将Cubefabs投放到非洲和全球南方。

“我喜欢对 Cubefab 中可以制造的所有东西抱有远大的梦想，”普特曼说，“作为未来生产方式的典范。

来源：半导体行业观察