近期,22nm制造工艺领域烽火再起!

之所以“烽火再起”,一方面22nm在半导体产业链中已存在较长时间,并再次获得了代工厂以及IDM大厂的青睐;另一方面,各方蓄势待发,大战迫在眉睫。

三大阵营,GlobalFoundries的22FDX、Intel的22FFL、以及TSMC的22ULP,开始在22nm较力。

为什么是22nm?

“这是能采用单次光罩的最小工艺节点,而且是适合物联网、便携电子设备等低功耗、低成本应用的长寿命工艺节点。”GlobalFoundries CEO Sanjay Jha在参加第五届上海FD-SOI论坛时对我说到。

一句话道出了22nm大战的真髓:市场需求。

而更值得关注的是,这场大战的主战场是在中国。

在这三大阵营中,GlobalFoundries的22FDX,采用FD-SOI技术,已进入量产阶段。在2016年的第四届上海FD-SOI论坛上,该公司CEO高调宣布12FDX将是其下一个节点,一扫业界对FD-SOI是否具备可持续发展能力的疑问,并随后在2017年2月宣布在成都高新区建设22FDX产线,在业界造成轰动。

20170929-FDSOI-2 图:GlobalFoundies的工艺发展路线图。

20170929-FDSOI-1 图:22FDX面向的主流应用。

“对于FD-SOI技术,我个人是充满信心、非常乐观,至少是针对我们专注的这些市场,而这些细分市场正好是发展非常快的市场。”Sanjay Jha表示。

今年9月19日“Intel精尖制造日”上,Intel在强调公司在工艺领域处于领先地位的同时,宣布了22FFL工艺,其是一种采用FinFET实现低功耗的技术。Intel将其赋予了挖掘和发展新业务的使命,但并未披露具体的时间表和工厂地址等信息。

而作为代工业龙头的TSMC视乎仍然保持着以往的谨慎风格。对于22ULP,我基本没有什么信息来源,而业界的评论是其“从20nm退回到22nm”,据闻还需要1至2个季度才能推出。大约2年前,TSMC曾推出了专门面向低功耗市场的平台,具体业绩也不明了。

性能比拼

以下的比较数据来自在上海FD-SOI论坛中GlobalFoundries CEO的演讲。鉴于目前其他两家的数据不明,作为参考。

20170929-FDSOI-3 图:三大工艺性能比较。

基于此次上海论坛,本文更多地给出了基于FD-SOI工艺的多项比较。

IBS首席执行官Handel H. Jones在论坛中分享了不同工艺下的每栅极成本、总体成本、以及设计成本的对比。

20170929-FDSOI-4 图:不同工艺每栅极成本分析。

20170929-FDSOI-5 图:总体成本比较。

20170929-FDSOI-6 图:设计成本比较。

20170929-FDSOI-2 图:GlobalFoundries成都工厂已完成上梁阶段,即将封顶。

杀手锏:RF和存储器

面向物联网和可穿戴电子等应用,RF和存储器的整合能力会对一个工艺的寿命带来很大的影响。

按照GlobalFoundries CEO的表述,22FDX很好地整合了RF功能,这也成为其抗衡FinFET工艺的一个杀手锏。而在存储器方面,22FDX也具备集成eMRAM的能力。

20170929-FDSOI-7 图:eMRAM集成能力。

在Intel推出22FFL工艺时,也特别强调了包括一个完整的RF套件,并结合了多种模拟和射频器件支持高度集成。

在此需要提及一下三星,其半导体制造业务已成为集团内独立核算的部门。三星和STMicroelectronics是最早进入到28nm FD-SOI领域的两家公司。

在此次论坛上,以前表现相对静默的三星宣布了其下一个FD-SOI工艺节点18nm,为FD-SOI阵营再加了一把柴。

而其eMRAM的集成能力是该公司的强项。

20170929-FDSOI-3 图:三星路线图,强调eMRAM。

FD-SOI生态链建设

作为FD-SOI的资深人士,VeriSilicon总裁戴伟民博士认为IP和FD-SOI衬底晶圆对FD-SOI未来的发展举足轻重。

经过几年的蕴育和发展,这两项均取得了可喜的进步。

目前,全球有三家公司能够供应FD-SOI晶圆,包括法国Soitec、日本信越半导体(SHE)、美国SunEdison。其中,法国Soitec是最早实现了FD-SOI硅片的高良率成熟量产。现在,上海硅产业投资有限公司NSIG收购了Soitec 14.5%的股份。

但中国的脚步没有停止。

上海新傲科技投资超过20亿人民币,计划利用其二期工厂推出12寸FD-SOI衬底晶圆,预计未来总产能可达到60万片/年。另外,考虑到成熟工艺的设备折旧费以及未来新傲在FD-SOI硅片的投产,FD-SOI的成本还会进一步探底。

20170929-FDSOI-4 图:衬底的部分产能介绍。

而在IP领域,可以说是近几年变化最大的部分。

“在增加的生态链合作伙伴中,IP占据了很大部分。”GlobalFoundries CEO Sanjay Jha表示。 20170929-FDSOI-8 图:FDX的生态链。 20170929-FDSOI-9 图:IP列表。

20170929-FDSOI-10 图:VeriSilicon的部分IP。

在2016年的上海FD-SOI论坛中,ARM首次表态会接受FD-SOI工艺。尽管今年ARM并没有出席,但基于FD-SOI的ARM产品已经推向了市场。

GlobalFoundries给出了几款基于ARM内核的设计,分析了采用其它工艺和FD-SOI工艺时,在芯片面积、功耗等方面的对比。

在中国,很多业内人士认为FD-SOI是实现中国IC产业弯道超车的机会。目前,对GlobalFoundies而言,已有10家中国客户在一年内流片或有测试芯片。

20170929-FDSOI-13 图:22FDX用户分析。

20170929-FDSOI-14 图:FD-SOI全球用户实例。

进步还是后退?

无疑,回答这个问题的答案在于市场。

在演讲中,IBS首席执行官Handel H. Jones表示,以现有28nm产品为例,90%均适合FD-SOI工艺,市场相当庞大。

面对这个市场,GlobalFoundries、Intel、TSMC、以及三星都在行动中。

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