FD

Wesley13
• 阅读 771

FD

=========================================================================================

在先进的IC制造工艺方面,由Intel主导的FinFET一直大行其道。而最近这几年,SOI,包括FD-SOI和RF-SOI越来越受到人们的关注,特别是随着物联网和5G时代的到来,其技术优势和应用前景也越发地被看好。

眼下,GlobalFoundries(格芯)及其合作伙伴,包括三星、索尼、STM(意法半导体)、芯原微电子等,在FD-SOI方面的投入力度越来越大。虽然说SOI与FinFET两种工艺各有千秋,但从目前的情形来看(Intel不久前刚刚宣布推出面对低功耗物联网的22FFL工艺,这是FinFET的一个变种),两种制程工艺颇有分庭抗礼之势。

在应用层面,总的来说,FinFET的目标市场是中高端的高性能集成电路,而FD-SOI则是面向中端的、要求低功耗和高性价比的应用。

FD-SOI优势何在****?

FD-SOI(Fully Depleted-Silicon-On-Insulator,薄膜全耗尽绝缘衬底上的硅),就是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思,原理就是在硅晶体管之间,加入绝缘体物质,使两者之间的寄生电容大幅度降低。基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除"翘曲效应",且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此,FD-SOI应该是非常有前景的SOI结构。

与体硅材料相比,FD-SOI具有如下优点:1) 减小了寄生电容,提高了运行速度;2) 由于减少了寄生电容,降低了漏电,具有更低的功耗;3) 消除了闩锁效应;4) 抑制了衬底的脉冲电流干扰,减少了软错误的发生;5) 与现有硅工艺兼容,还可减少工序。

FD-SOI是使用28/45/65nm工艺芯片的厂商升级先进节点较为理想的选择。

FD

以22nm的FD-SOI为例,其研发成本比FinFET低很多,与16nm的FinFET相比,它可以减少50%的MOL设计规则,减少10~20%的总规则。可以看出,FD-SOI 技术可以平面式片上系统的开发成本实现FinFET的峰值性能。

以下是GlobalFoundries力推的22FDX工艺,与台积电和Intel相应制程的对比i情况。

FD

有调研显示,很多厂商选择了FD-SOI技术及其产品。它在商业方面的应用有几个比较明显的优势,一是它提供了很多产品的差异化,更短的设计周期,更多的设计余量,并且运用了AMS的设计,简单易用。使用FD-SOI还有几个主要的技术原因,最主要的一点就是低功耗,另外,它还可以实现逆向体偏,并能进行模拟配对。

FD-SOI的市场驱动力

通过观察宏观市场的发展情况,我们会发现,现在市场上有几个主要的动态,而这些都是推广FD-SOI的绝佳契机,其自身固有的优势完全能满足这些市场的需求。

FD

第一,手机的市场趋向饱和,因此这个市场的客户要求他们的系统能实现更高级别的集成化。手机市场正在高速变化,但有些需求是始终不变的,比如手机必须在有需要的时候提供非常高的性能,但是它的耗电又必须很低。

另一个市场趋势就是AI(人工智能)的盛行,要想做好AI的升级,就必须要求计算机的运行速度、计算速度非常高,总的来讲,在移动设备上的要求是,要在需要的时候提供高性能,但是耗电跟漏电都要很低。

第三个,AR和DNN的技术将越来越成熟,我们会看到越来越多的可穿戴设备进入市场和人们的生活,可穿戴设备必须非常小而轻,因此它要求具备非常高速的计算能力,同时耗电要很低。

5G技术快速发展,这就要求很强大的基站以及很好的终端设备。

GlobalFoundries****大步前行

记得在去年的这个时候,GlobalFoundries就说要再中国建SOI产线,果然,经历过一些波折之后,于今年年初于成都市政府合作,开始建两条SOI产线,目前,工程正在快速建设之中。

作为行业3大晶圆代工厂商之一,GlobalFoundries这几年一直在大力推广FD-SOI技术。该公司于2015年提出了22FDX(22nm工艺)产品规划,并于2016年举行的第三届上海FD-SOI与RF-SOI论坛上,发布了12FDX(12nm工艺)平台计划和路线图。该公司也是业界第一个推出下一代FD-SOI技术路线图的厂家。

FD

GlobalFoundries计划在2019年量产12FDX。据说,12FDX的工作电压将低于0.4伏,该技术的优势是能够改变体偏压,相比16nm和14nm的FinFET工艺,12FDX的能耗降低了50%。据说,12FDX可实现接近于7LP工艺的性能,具体如下图所示。

FD

该公司首席执行官Sanjay Jha表示,22FDX很好地整合了RF,这也是它相对于FinFET工艺最大的优势所在,还有很重要的一点是能够实现智能缩放,无需三重/四重曝光。对比10nm 的FinFET,它的掩膜成本降低了40%,并且在模拟设计方面也更加灵活,降低40%,这就意味着降低成本,并减少了设计周期。

目前,FD-SOI推广的最大障碍就是不完善的生态系统以及缺少相关的IP,因此,GlobalFoundries在这些方面做了不少工作。Sanjay Jha表示,我们的22FDX已经有20个IP合作伙伴,包括INVECAS、Synopsys、Verisilicon、Uniquify等。

FD

目前,整个FDX的生态系统不断壮大,成员已经由去年的7家,增长到现在的33家。

FD

随着嵌入式MRAM(eMRAM)的兴起,SOI又有了新的用武之地。22FDX® eMRAM是一个典型代表,其在物联网、汽车电子等新兴应用方面,有着很不错的发展前景。

FD

近期,格芯就推出了基于22FDX平台的eMRAM技术,主要面向消费领域、工业控制器、数据中心、物联网及汽车等应用的MCU。据悉,22FDX eMRAM的存储单元尺寸在业界处于领先位置,拥有在260°C回流焊中保留数据的能力,同时能使数据在125°C环境下保留10年以上。FDX平台和eMRAM的能效连同RF连接功能和毫米波IP,使得22FDX成为电池驱动的物联网和自动驾驶汽车雷达SoC的首选。

22FDX还在ARM的Cortex-A53和Mali-T820上进行了验证,结果是:与28nm的HKMG工艺相比,Cortex -A53可将面积减少25%,功耗降低43%,从而使得整体性能提升了11%。

FD

三星开始向18FDS进发

三星是FD-SOI的重要推动力量。由于摩尔定律发展到28nm工艺节点的时候,出现了不同以往的情况,即从28nm开始,再向更高节点发展,如20、16、14、10、7nm等等,每集成电路当中每个晶体管的成本不再下降,而是提升。

所以该公司认为28nm工艺更适合物联网(IoT)在成本、功耗和性能方面的要求,特别是MCU和传感器产品。因此,三星LSI推出了“28FDS”技术和产品,并于2016年开始量产。

三星Foundry业务部门的发展路径主要分为两条,从28nm节点开始,一条是按照摩尔定律继续向下发展,不断提升FinFET的工艺节点,从14nm到目前的10nm,进而转向下一步的7nm。

FD

FD

另一条线路就是FD-SOI工艺,该公司还利用其在存储器制造方面的技术和规模优势,着力打造eMRAM,以满足未来市场的需求。

FD

实际上,三星在MRAM研发方面算是起步较早的厂商,2002年就开始了这项工作,并与2005年开始进行STT-MRAM的研发,之后不断演进,到了2014年,生产出了8Mb的eMRAM。

FD

该公司还研制出了业界第一款采用28FDS工艺的eMRAM测试芯片。

FD

另外,据三星Foundry业务总经理ES Jung介绍,该公司已经不像2016年那样,只是固守在28FDS,而是开始向18FDS(18nm的FD-SOI)进发。看来,三星对SOI的乐观程度有增无减,估计明年这个时候会看到更新的SOI产品推出了。

FD

FD

三星的FD-SOI平台和发展规划如下图所示。

FD

IBS眼中的FD-SOI

作为一家市场统计和咨询公司,IBS(International Business Strategies)对于目前正热的人工智能和深度学习有一定的研究,并在其中看到了FD-SOI的机会。

以下是IBS统计的中国半导体市场对各种芯片器件的需求情况和市场规模。

FD

IBS的首席执行官Handel H Jones博士表示,在巨大的市场需求面前,未来市场一定是属于AI和深度学习的,而所有重要的市场发展方向和需求都在指向高性能与低功耗,而这正是FD-SOI工艺的优势所在。

FD

特别是对于中国的半导体市场而言,其发展壮大的趋势是不可阻挡的。以手机为例,到2018年,中国的品牌公司出货将会占到全球总量的60.7%,

FD

对于12nm 的FD-SOI来说,其Gate成本会比7nm的FinFET工艺降低27.0%,再有,FD-SOI的背偏压能力是低功耗的一大法宝,这一优势今后还会保持。

FD

FD

FD-SOI的低成本、低功耗和高效能比是其发展潜力的源泉。

FD

从下图可以看出采用FD-SOI进行设计的成本优势。

FD

芯原与FD-SOI

作为我国本土的一家IC设计服务企业,芯原微电子(VeriSilicon)一直重点关注着SOI的发展,并做了不少工作。

2013年,芯原与STM(意法半导体)合作推出了ST28nm FD-SOI产品,首次实现了PPA和衬底偏置(Body-Bias)。

FD

2014年,芯原又与三星合作,推出了SEC28nm FD-SOI产品,

FD

2015年,芯原与GlobalFoundries合作推出了GF22nm FD-SOI产品,并且是第一个PPA数据提供商,

FD

芯原还在衬底偏置技术的探索及产品设计方面,投入了很大人力,取得了多个技术成果。

FD

FD

芯原在FD-SOI产业上的推动作用,如下图所示。

FD

当RISC-V遇上FD-SOI

来自加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学系的Borivoje Nikolic教授,带来了开源处理器架构RISC-V在FD-SOI方面的进展情况。

从2011年至今,该研究团队已经设计了10款采用28nm FD-SOI工艺的芯片,其中9个完成了功能测试,6款对外发布,1款进入生产阶段。

FD

FD

下图是Raven-3处理器,采用了意法半导体的28nm FD-SOI工艺,运行Linux系统。

FD

Raven-4 RISC-V处理器SoC架构如下:

FD

结语

短短一年时间,FD-SOI取得的进步是明显的,无论是技术演进、生态系统建设,还是产线建设等等,都在原来的基础上,向前进了一大步。不过,目前FD-SOI的市场规模还是相对较小,产品还处于冲量阶段,希望明年还会有新景象出现!

FD

FD

回复“报告”可查看所有半导体产业研究报告

往期精彩回顾****(点击蓝字 直接阅读:****

重磅!英国芯片厂商Imagination同意出售给Canyon Bridge

写给在工厂上班的同学

智慧水务:科技正在改变人类的生命之源!

FD

本文分享自微信公众号 - 网络交换FPGA(gh_cb8502189068)。
如有侵权,请联系 support@oschina.cn 删除。
本文参与“OSC源创计划”,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
2年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
Jacquelyn38 Jacquelyn38
2年前
2020年前端实用代码段,为你的工作保驾护航
有空的时候,自己总结了几个代码段,在开发中也经常使用,谢谢。1、使用解构获取json数据let jsonData  id: 1,status: "OK",data: 'a', 'b';let  id, status, data: number   jsonData;console.log(id, status, number )
Easter79 Easter79
2年前
swap空间的增减方法
(1)增大swap空间去激活swap交换区:swapoff v /dev/vg00/lvswap扩展交换lv:lvextend L 10G /dev/vg00/lvswap重新生成swap交换区:mkswap /dev/vg00/lvswap激活新生成的交换区:swapon v /dev/vg00/lvswap
皕杰报表之UUID
​在我们用皕杰报表工具设计填报报表时,如何在新增行里自动增加id呢?能新增整数排序id吗?目前可以在新增行里自动增加id,但只能用uuid函数增加UUID编码,不能新增整数排序id。uuid函数说明:获取一个UUID,可以在填报表中用来创建数据ID语法:uuid()或uuid(sep)参数说明:sep布尔值,生成的uuid中是否包含分隔符'',缺省为
Wesley13 Wesley13
2年前
Java获得今日零时零分零秒的时间(Date型)
publicDatezeroTime()throwsParseException{    DatetimenewDate();    SimpleDateFormatsimpnewSimpleDateFormat("yyyyMMdd00:00:00");    SimpleDateFormatsimp2newS
Stella981 Stella981
2年前
KVM调整cpu和内存
一.修改kvm虚拟机的配置1、virsheditcentos7找到“memory”和“vcpu”标签,将<namecentos7</name<uuid2220a6d1a36a4fbb8523e078b3dfe795</uuid
Wesley13 Wesley13
2年前
mysql设置时区
mysql设置时区mysql\_query("SETtime\_zone'8:00'")ordie('时区设置失败,请联系管理员!');中国在东8区所以加8方法二:selectcount(user\_id)asdevice,CONVERT\_TZ(FROM\_UNIXTIME(reg\_time),'08:00','0
Wesley13 Wesley13
2年前
00:Java简单了解
浅谈Java之概述Java是SUN(StanfordUniversityNetwork),斯坦福大学网络公司)1995年推出的一门高级编程语言。Java是一种面向Internet的编程语言。随着Java技术在web方面的不断成熟,已经成为Web应用程序的首选开发语言。Java是简单易学,完全面向对象,安全可靠,与平台无关的编程语言。
Stella981 Stella981
2年前
Django中Admin中的一些参数配置
设置在列表中显示的字段,id为django模型默认的主键list_display('id','name','sex','profession','email','qq','phone','status','create_time')设置在列表可编辑字段list_editable
Wesley13 Wesley13
2年前
MySQL部分从库上面因为大量的临时表tmp_table造成慢查询
背景描述Time:20190124T00:08:14.70572408:00User@Host:@Id:Schema:sentrymetaLast_errno:0Killed:0Query_time:0.315758Lock_
Python进阶者 Python进阶者
2个月前
Excel中这日期老是出来00:00:00,怎么用Pandas把这个去除
大家好,我是皮皮。一、前言前几天在Python白银交流群【上海新年人】问了一个Pandas数据筛选的问题。问题如下:这日期老是出来00:00:00,怎么把这个去除。二、实现过程后来【论草莓如何成为冻干莓】给了一个思路和代码如下:pd.toexcel之前把这