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除了低功耗与低成本,FD-SOI还有什么优势?

2016/09/18
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阅读需 17 分钟
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“多年以后我们写半导体发展史的话,28 纳米节点一定是浓墨重彩的一笔,它背后有很多的故事。”在 2016 FD-SOI 论坛上,复旦微电子总工程师沈磊如是说。的确,28 纳米以后逻辑工艺开始分岔:立体工艺 FinFET 由于获得英特尔与台积电的主推成为主流,14/16 纳米都已量产,10 纳米工艺也有可能在 2017 年量产;体硅工艺停止在 28 纳米,想增加集成度而又对 FinFET 开发成本望而却步的半导体公司另辟蹊径,开始考虑通过 3D 或者 2.5D 封装来延续摩尔定律;通过几年的发展,平面工艺 FD-SOI 生态链渐趋成熟,CEA-Leti 的研究结果表明 FD-SOI 工艺至少可以延续到 7 纳米,这预示着 FD-SOI 不是一个孤节点工艺路线,设计公司与 IP 公司从观望转到介入,GlobalFoundries(格罗方德)表示目前有 50 余家设计公司在利用该公司的 22 纳米 FD-SOI 工艺进行设计。

功耗性能比一向是 FD-SOI 工艺所强调的优势。根据三星提供的数据,相比体硅工艺(28 纳米 HKMG 工艺),28 纳米 FD-SOI 功耗相当于体硅工艺的 70%,性能要高出 16%。格罗方德将在 2017 年量产的 22FDX(22 纳米 FD-SOI 工艺)支持超低电压运行,只需 0.4V 电压就能够支持逻辑运算,与 28 纳米 HKMG 工艺相比,功耗降低了 70%,漏电流只有约 1pA/um。在此次论坛上引起热议的索尼 GPS 芯片 CXD5600 即采用 28 纳米 FD-SOI 工艺,由于在功耗方面的出色表现,已经被华米用于其新推出的 AMAZFIT 运动手表里面。

采用 22FDX 的 GPS 芯片将比现在的工艺更省电

格罗方德在此次论坛上发布 12 纳米 FD-SOI 工艺路线图,根据格罗方德的资料,这个被其称为“12FDX”的工艺可用 16/14 纳米 FinFET 成本实现 10 纳米 FinFET 性能。 而相比 16/14 纳米 FinFET 工艺,22FDX 平台在设计规则和制造上具备更大的成本优势,例如,MOL 设计规则 22FDX 比 16/14 纳米工艺减少 50%(总规则减少 10~20%);无 Fin-specific 规则;减少曝光切割(约 50%);更大器件套件(约 2 倍以上);最重要的是减少了 40%的 掩膜。

FD-SOI 工艺可发展至 7 纳米

 

 

沈磊表示,与 FinFET 工艺相比,FD-SOI 工艺所需掩膜版更少,费用更节省,出片也更快。设计方案从体硅工艺迁移也更简便快捷。

IBS 首席执行官 Handel Jones 则比较了 16/14 纳米 FinFET 与 14 纳米 FD SOI 的晶圆成本与单位晶体管成本,根据他的计算,14 纳米 FD-SOI 工艺单位晶体管成本比相应的 FinFET 工艺低了近 17%。

 

FD-SOI 工艺成本更低

FinFET 高昂的开发成本(据 Gartner 最新数据,开发一款 14 纳米 FinFET 芯片,费用为 8000 万美元左右)使得越来越少的设计公司能够跟上工艺进步的步伐。物联网终端产品需求量大,并不要求极致的性能,但对功耗与成本要求极高,FD-SOI 工艺成为绝佳的选择,用沈磊的话说就是“适合的工艺是最好的工艺。”

28 纳米以后的 FinFET 工艺晶体管成本不再下降

除了低功耗与低成本,FD-SOI 工艺在可靠性上也表现出色。沈磊指出,从意法半导体给出的数据来看,由于 FD-SOI 工艺的敏感体积更小,对闩锁效应(latch-up)免疫,具备更低的 SRAM 软错误率,以及更好的电磁兼容性,使其更适用于高可靠应用领域,例如汽车、银行与生命维持系统等。

FD-SOI 工艺可靠性更高

芯原微电子创始人、董事长兼总裁戴伟民也表示,FD-SOI 工艺的超低软错误率可减少存储消耗,非常适用于汽车电子领域。芯原 SiPaas(芯片设计服务平台)中的汽车电子设计指南结合 FD-SOI 工艺,推出的汽车仪表盘片上系统方案可帮助设计公司通过车规 ISO26262 ASIL 资质。

越过 28 纳米节点以后,一直是 FinFET 的光芒更加耀眼,但 FD-SOI 也持续努力地寻找生存空间。低功耗、低成本、高可靠,这些特质与物联网终端的需求天然匹配,但往届只有意法半导体与恩智浦有产品量产,所以很多公司都在观望。本届论坛上索尼 GPS 芯片的量产引起了很多设计公司的关注,笔者了解到,国内已有一些公司在尝试采用 FD-SOI 工艺开发芯片,尤其是应用于超低功耗或高可靠环境下的案例颇多。

FinFET 还会领先,但 FD-SOI 曙光已现,当有更多的设计公司、IP 公司与系统公司真正参与到 FD-SOI 生态圈时,转折点或已到来。就像戴伟民在演讲中最后总结到:赢了多少次并不重要,重要的是你是否赢了关键的那几次。

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与非网高级行业分析师。长期跟踪行业的变化发展,时刻关注产业动态,对于电子行业上下游的产业趋势变化、技术革新发展、行业新闻八卦均有浓厚的兴趣,希望通过自己的努力把握电子市场动态,架构交流平台,为中国的电子人提供有价值的信息资源。