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4问FD-SOI

时间:2016-09-22 作者:Yorbe Zhang 阅读:
FD-SOI开始受关注始于28nm,其被认为是一个长寿命工艺节点,而且在这个节点之后,IC制造的成本不降反升。画一个饼的勇气都没有,谁会来或等着来吃?2016年9月,这个尴尬终于被打破!
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区别于SOI技术的另一分支RF-SOI的光芒,FD-SOI似乎正处在潜伏期,时刻蕴育着爆发的那一天。v1DEETC-电子工程专辑

我连续参加了四届“上海FD-SOI论坛”,目睹了FD-SOI在中国的风风雨雨。v1DEETC-电子工程专辑

FD-SOI的支持者们一直在坚持着他们的信仰:FD-SOI是面向低功耗、低成本IC的正确选择;同时,对超高性能集成电路,如CPU、GPU等,FinFET也是正确的选择。v1DEETC-电子工程专辑

2016年“上海FD-SOI论坛”达到了举办以来的最高记录,参与的行业人士达290多位。v1DEETC-电子工程专辑

我就以4个问题引出最新的FD-SOI进展。v1DEETC-电子工程专辑

1. FD-SOI技术是否具备可持续发展性?

FD-SOI开始受关注始于28nm,其被认为是一个长寿命工艺节点,而且在这个节点之后,IC制造的成本不降反升。v1DEETC-电子工程专辑

在前三届中,谈论的最新FD-SOI节点为Globalfoundries的22FDX技术,其为22nm。彼时,相比于FinFET代工厂明确规划出的10nm,甚至下延到7nm/5nm的发展规划,没有任何一家FD-SOI代工厂给出了FD-SOI的发展路线图。v1DEETC-电子工程专辑

画一个饼的勇气都没有,谁会来或等着来吃?v1DEETC-电子工程专辑

2016年9月,这个尴尬终于被打破!v1DEETC-电子工程专辑

这也是本届“上海FD-SOI论坛”最大的热点。v1DEETC-电子工程专辑

9月8日,GlobalFoundries(格罗方德半导体)发布了全新的12nm FD-SOI半导体工艺平台12FDX,实现了业内首个多节点FD-SOI路线图。该路线图表明22FDX将于2017年进入量产,而12FDX计划于2019量产。v1DEETC-电子工程专辑

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图:GlobalFoundries公布第一个FD-SOI发展路线图。v1DEETC-电子工程专辑

12FDX平台建立在GlobalFoundries 22FDX平台的成功基础之上,专为未来的移动计算、5G连接、人工智能、无人驾驶汽车等各类应用智能系统而设计。用于实现这些应用的芯片正逐渐演进为微系统,集成包括无线连接、非易失性存储器以及电源管理等在内的越来越多的组件,这不断驱动着对超低功耗的需求。
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图:GlobalFoundries同时提供FinFET和FD-SOI代工服务。v1DEETC-电子工程专辑

“开发成本、低功耗、对模拟/RF/NVM集成的需求为FD-SOI提供了机遇,我们认为这是在合适的时间提供合适的技术。”Alain Mutricy,该公司产品管理事业群高级副总裁,在当日举办的新闻发布会上表示,“12FDX为系统集成树立了全新标准,提供了一个将射频(RF)、模拟、嵌入式存储和高级逻辑整合到一个芯片的优化平台。此外,该工艺还通过软件控制晶体管实现按需提供峰值性能,同时平衡静态和动态功耗以取得顶级能效,实现业内最广泛的动态电压调节和无与伦比的设计灵活性。”他同时认为高性能计算机/服务器、图形、高端手机驱动了16/14nm FinFET的应用,而服务器CPU需要7nm性能,驱动了7nm FinFET的应用。v1DEETC-电子工程专辑

“这个技术能够很好地服务三种不同的客户:首先是现在已经在使用22FDX的客户;第二是现在采用FinFET技术,但是要求降低电压的客户;第三是现在已经在使用40~28nm的客户。”他说道。
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按照该公司首席技术官和全球研发高级副总裁Gray Patton博士的介绍,格罗方德半导体全新的12FDX工艺基于一个12nm全耗尽平面晶体管(FD-SOI)平台,能够以低于16nm FinFET的功耗和成本提供等同于10nm FinFET的性能。该平台支持全节点缩放,性能比现有FinFET工艺提升了15%,功耗降低了50%。v1DEETC-电子工程专辑

他进一步解释到,“相对于22FDX,12FDX支持的工作电压将低于0.4伏。此外,12FDX很大的优势之一在于能够改变体偏压,并且可以充分混Vt,相比16和14nm FinFET能耗降低了50%。22FDX已实现RF整合,使我们可以在芯片上完成系统集成。平面工艺最重要的一点是能够智能缩放,无需三重四重曝光,对比10nm FinFET来讲其掩膜成本降低了40%,并且在模拟设计方面也更加灵活。”
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图:FD-SOI开发成本比较。v1DEETC-电子工程专辑

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图:成本控制。v1DEETC-电子工程专辑

目前,格罗方德位于德国德累斯顿的工厂正在全力准备进行12FDX平台的研发活动和后续生产。客户流片预计将于2019年上半年启动。v1DEETC-电子工程专辑

无疑,FD-SIO路线图会给业界带来更大的信心,但目前的当务之急是培养在22nm和28nm FD-SOI的用户。格罗方德同期也宣布了一项全新合作伙伴计划FDXcelerator,该生态系统旨在为客户加速基于22FDX的片上系统设计,并缩短产品上市时间,使用户将能打造各类创新的22FDX片上系统解决方案,并从40nm、28nm等bulk工艺节点方便地迁移至FD-SOI。v1DEETC-电子工程专辑

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图:GlobalFoundries的FDXcelerator计划。
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图:22FDX进展总结。v1DEETC-电子工程专辑

2. 谁是FD-SOI的黑马?

尽管GlobalFoundries宣布FD-SOI成为最大的亮点,但作为一直的支持者,只能说其起了一个很好的表率作用。v1DEETC-电子工程专辑

我认为真正的黑马是ARM。v1DEETC-电子工程专辑

ARM在业界常被认为是一家不看到希望不介入的公司,通俗点说就是不见兔子不撒鹰。v1DEETC-电子工程专辑

在本届论坛上,来自ARM物理IP部总经理Will Abbey发表了“基于FD-SOI的ARM处理器实现”的演讲。“现在是时间为ARM为Cortex A53和A32提供FD-SOI解决方案。”他表示。v1DEETC-电子工程专辑

ARM针对28nm FD-SOI技术进行了研究,认为FD-SOI适合诸如可穿戴设备等应用场合,同时,确定结合ARM的低功耗IP和FD-SOI的门偏置特性,可实现高性能和低功耗。v1DEETC-电子工程专辑

ARM的介入无疑为FD-SOI阵营打了一剂强心针。v1DEETC-电子工程专辑

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图: A53的主要特性。
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图:ARM分享的对比图。v1DEETC-电子工程专辑

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图: ARM看好可穿戴设备。v1DEETC-电子工程专辑

3. 产业链如何进一步完善?

业界普遍认同的一个观点是FD-SOI是FinFET的重要补充,28nm以后IC制造成本的增加成为主因。v1DEETC-电子工程专辑

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图:IC制造成本分析。v1DEETC-电子工程专辑

从代工的方面看,提供FD-SOI服务的包括GlobalFroundries、Samsung以及STMicroelectronics。v1DEETC-电子工程专辑

除了GlobalFoundries的路线图,Samsung宣布其28nm FD-SOI工艺已经成熟,目前用户约16家。该公司认为28nm是个长节点,但仍然对未来的演进路线三缄其口。v1DEETC-电子工程专辑

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图:Samsung分享的规划。v1DEETC-电子工程专辑

在论坛中,FD-SOI工艺的IP被认为是最大的挑战之一,GlobalFroundies、Leti、IBS等都表达了相同的观点。v1DEETC-电子工程专辑

而从设计公司的角度看,由于FD-SOI是从平面工艺发展而来,设计的差异化并不明显,挑战更多在于是否接受和看好FD-SOI。GlobalFroundies一位嘉宾在论坛上公开表示:“我们预计至少有10家公司会在明年实现FD-SOI量产。”SONY则直接推介了采用FD-SOI工艺制造的最新GPS芯片,其已应用在最新发布的一款智能手表中,声称工作电压约0.6V,功耗与上一代芯片相比降低了67%。v1DEETC-电子工程专辑

“我鼓励业界开始测试7nm FD-SOI芯片。”IBS CEO Handel Jones说,他将期望值又提升了一步,“FD-SOI具备扩展至7nm的能力。”IBS是一家分析公司,每年会推出针对FD-SOI的分析报告。v1DEETC-电子工程专辑

Leti的CEO Marie-Noelle Semeria也以具体的研究数据表明FD-SOI可提升至10nm至7nm节点。
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图:IBS预测的FD-SOI路线图。v1DEETC-电子工程专辑

FD-SOI晶圆供应目前仍然主要来自欧洲的几家供应商。不过从论坛透露的信息,上海新傲科技正在建设二期厂房,主要为12英寸产线,而且正在评估上马12英寸FD-SOI晶圆的可能性。新傲计划在2017年将其8英寸RF-SOI晶圆产能由今年的10万片/年扩展至18万片/年。
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图: 不同晶圆成本的比较。v1DEETC-电子工程专辑

作为产业链的一环,芯原股份有限公司提供IC设计服务,该公司总裁兼首席执行官戴伟民说:“芯原股份有限公司利用其平台化芯片设计服务(SiPaaS)和为片上系统提供一流IP和设计服务的经验,成为FD-SOI设计的先行者之一。FD-SOI技术的独特优势为我们在汽车、物联网、移动连接和消费电子市场细分领域具备了差异化特征。”
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图:AR系统设计服务。
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图:FD-SOI低功耗存储编译器方案。v1DEETC-电子工程专辑

4. 中国将在FD-SOI中扮演什么角色?

能够被更多中国的Fabless公司接受,以及在中国建立FD-SOI代工厂,一直是FD-SOI阵营努力的方向。中国未来在IoT、5G等应用将扮演的重要地位决定了这一点。v1DEETC-电子工程专辑

有的在行动,有的在观望。v1DEETC-电子工程专辑

复旦微电子、联芯科技、展讯通讯等公司都已涉足FD-SOI,有部分公司已完成MPW项目。同时,在现场也发现了一些本土Fabless高层的身影。 v1DEETC-电子工程专辑

最受关注的还是中国是否会建立FD-SOI代工厂,或开展FD-SOI业务?v1DEETC-电子工程专辑

业界曾一度将希望放在SMIC身上,但从目前的状态来看,希望渺茫,SMIC追随TSMC路线图的倾向日显。v1DEETC-电子工程专辑

从论坛透露出的信息,有希望引入FD-SOI的本土公司有两家:上海华力微电子和成都高新区。华力微电子已获得上海集成电路制造基金的支持,重点是建设12英寸代工厂,其客户主要设计和生产应用于移动终端和消费电子产品领域的IC;而对于成都高新区而论,“相当重视,来了不少人。”仅在此引用现场一位SOI联盟高层的话。v1DEETC-电子工程专辑

芯原股份有限公司总裁兼CEO戴伟民主持了最后的讨论环节,他问了参加论坛的嘉宾一个问题:到2017年上海FD-SOI论坛召开时,你认为是否会有中国本土的FD-SOI代工厂出现?5位嘉宾有4人的回答是“是的”。v1DEETC-电子工程专辑

总体来看,FD-SOI产业链已基本完善。伴随着采用该技术和支持该技术公司的不断扩展,2017年有望实现突破。v1DEETC-电子工程专辑

最后,引用VeriSilicon戴伟民的一句话:“中国女排获得奥运会冠军给我们的启发:关键不在于你赢过多少次,而在于是否赢得了关键的那几次!”v1DEETC-电子工程专辑

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图:有启发吗?
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图:论坛。v1DEETC-电子工程专辑

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Yorbe Zhang
ASPENCORE亚太区总裁。
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