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瑞彩祥云

—— 設計瞄准5G汽车物聯網 工艺何不就选FD-SOI
作者:lij時間:2019-09-22來源:EEPW收藏

作爲本世紀初被開發以面對22nm以後半導體工藝難題的兩大制程技術之一,顯然從知名度上遠遠不如FINFET那樣耳熟能詳,從應用的廣度上也欠缺了不止一個維度,但這種獨特的工藝在某些方面的優勢,又是標准的FINFET工藝所不具備的,特別是在如今龐大的物聯網生態中,對芯片差異化的需求有時候正需要这种技术独特的优势才能更好实现設計的需求。近日举行的第七届上海論壇期间,来自半导体制造、材料、IP工具和設計企业的代表共同就传递给产业界这样的信心——面向以5G、物聯網和汽车应用的半导体設計,选择FD-SOI也许能给你最终产品带来别样的竞争优势。

本文引用地址:/article/201909/405089.htm

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作为曾经近距离接触过第一颗量产的FD-SOI手机AP的媒体从业者,笔者对FD-SOI技术一直非常关注,2013年初的ST-Ericsson这颗依靠FD-SOI技术将主频提升了20%以上的处理器虽然因为企业的解散而没有实际应用到量产手机中,但其标称的高性能还是给当时的智能手机AP行业带来不小的震撼。相比于FINFET工艺,FD-SOI具有的低成本、更适合多功能小芯片封装以及更好的温度范围让这种工艺特别适合物聯網和射频以及汽車電子应用。因为保持了平面工艺因此其流片成本非常低,对于7nm的FINFET流片,没有上亿美元的投入和上千万的订单量是根本无法想象的。而FD-SOI的流片成本相对较低,这就给很多中国初创半导体企业提供了机遇。

另一方面,FD-SOI对于射频技术的集成有更明显的优势,因此,对于系统级模块封装技术的门槛也较低,这对很多物聯網应用来说,可以单芯片集成更多的功能,从而降低整个系统的成本。对汽車電子而言,电动汽车提升了车用半导体产品的多样化需求,严格的车规温度要求对传统的半导体工艺提出了不小的挑战。这方面FD-SOI可以满足很多150度的工作温度要求,从而符合车规的温度要求,同时还不会影响产品的性能。

FD-SOI技术从开始商用探索已经超过10年的时间,所参与的厂商也越来越多,从FD-SOI上海論壇的参与人数上也印证了这一点,从2013年的50人到2019年的450人,从最早只是对技术可行度的探索,到现在已经有多家国内企业带着上市的产品前来分享经验,在这个过程中主办方SOI产业联盟和功不可沒。其中主辦方长期致力于对FD-SOI技术在国内的推广和普及,并且提供各种世界领先的IP技术帮助中国企业能够平稳的实现与代工厂的合作,使其設計能更好地发挥FD-SOI工艺的技术优势,在FD-SOI技术的最成熟代工厂的認證工具體系中,是核心IP的主要提供者(如下圖所示)。

作为向摩尔定律挑战的半导体时代两大工艺解决方案之一的FD-SOI,很多人担心没有成熟的产线提供保障,这点FD-SOI上海論壇上,来自于两大代工厂的信息能打消很多設計企业的疑虑。电子高级副总裁Gitae Jeong介绍,2019年會有超過20款FD-SOI的28FDS工藝的産品量産,而下一步的18FDS研發已經開始,工藝對各方面性能都有非常明顯的提升。

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三星电子高级副总裁 Gitae Jeong

作为存储领军者,三星对基于FD-SOI的低功耗eMRAM在物聯網方面的应用非常看好,特别是高可靠性和高达125度的温度特性具有明显的优势。Gitae Jeong认为,FD-SOI技术是非常适合提供IoT的Turnkey方案的工艺,三星会提供完成的方案帮助客户快速转向该技术,特别的,在5G毫米波射频产品方面,三星同样看好28FDS工艺的各种技术优势。

作爲最早介入FD-SOI工藝的代工廠,高级副总裁Americo Lemos等高层非常详细的介绍了其相关工艺的细节和技术进展情况,2019年格芯的22FDX工艺将会有26个产品生产,其中一半以上来自于中国,目前格芯2019年将会出货超过1亿颗以上的22FDX工艺芯片,包括大幅提升AI与IoT融合能力的瑞芯微的RK1808这款明星产品。特别的,格芯与SOITEC进行长期合作,将会对未来SOI晶圆的技术共同开发并持续采购。据芯原微電子创始人总裁戴伟民介绍,FD-SOI技术正是因为SOITEC的超薄硅衬底工艺的进步,才让整个工艺得以成熟可靠的实施。

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格芯高级副总裁 Americo Lemos

在实际半导体应用方面,几家行业重量级企业纷纷以自己的产品现身说法。NXP的明星级MCU系列i.MX通过采用FD-SOI技术在汽车、工业和物聯網等多个方面,可以满足各种不同应用的特别需求。而索尼半导体则依靠eMRAM让其导航产品能够实现更高的性能却保持非常好的功耗。作为最早参与FD-SOI工艺研究的ST,虽然最初开发技术时两大目标市场机顶盒处理器和手机AP两条产品线均已剥离,但他们将FD-SOI技术在新兴的汽車電子方面找到了大展拳脚的场合。国内的瑞芯微和国外的Leti-CEA两家企业均对最热门的AI应用产品采用FD-SOI技术获得高性能表现的情况进行了技术分享。

从笔者最早接触FD-SOI至今已将近10年时间,作为区别于FINFET对传统平面工艺的延续,能够更好的实现与其他标准工艺的集成融合,在如今的SiP系统级封装和模数混合的系统模块流行的时代,FD-SOI技术和各种模擬技術的相似性对芯片的集成封装具有更好的优势。

低功耗,高可靠性,更好的温度范围,更好的射频特性,更低的制造成本,这些FD-SOI的技术优势其实特别适合中国設計企业的需求。对很多中国企业来说,很难负担高额的FINFET工艺流片费用,选择成本低很多的FD-SOI工艺,也许是成长壮大路上更为合适的选择,何况还有芯原微電子这样的国内IP工具提供商能够提供更好的本地化技术支持。目前格芯的FAB1,三星的工厂,都是中国企业非常好的工艺代工选择。这一点,从近半数FD-SOI工艺用户都是中国企业就能看到,对需要稳步成长同时创造出差异化竞争优势的中国本土設計企业来说,请将FD-SOI技术作为一个工艺参考吧,也许这就是产品成功的开始。



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