設(shè)計瞄準5G汽車物聯(lián)網(wǎng)，工藝何不就選FD-SOI

作為本世紀初被開發(fā)以面對22nm以后半導(dǎo)體工藝難題的兩大制程技術(shù)之一，FD-SOI顯然從知名度上遠遠不如FINFET那樣耳熟能詳，從應(yīng)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(yōu)勢，又是標準的FINFET工藝所不具備的，特別是在如今龐大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)中，對芯片差異化的需求有時候正需要FD-SOI這種技術(shù)獨特的優(yōu)勢才能更好實現(xiàn)設(shè)計的需求。近日舉行的第七屆FD-SOI上海論壇期間，來自半導(dǎo)體制造、材料、IP工具和設(shè)計企業(yè)的代表共同就傳遞給產(chǎn)業(yè)界這樣的信心——面向以5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車應(yīng)用的半導(dǎo)體設(shè)計，選擇FD-SOI也許能給你最終產(chǎn)品帶來別樣的競爭優(yōu)勢。

作為曾經(jīng)近距離接觸過第一顆量產(chǎn)的FD-SOI手機AP的媒體從業(yè)者，筆者對FD-SOI技術(shù)一直非常關(guān)注，2013年初的ST-Ericsson這顆依靠FD-SOI技術(shù)將主頻提升了20%以上的處理器雖然因為企業(yè)的解散而沒有實際應(yīng)用到量產(chǎn)手機中，但其標稱的高性能還是給當時的智能手機AP行業(yè)帶來不小的震撼。相比于FINFET工藝，F(xiàn)D-SOI具有的低成本、更適合多功能小芯片封裝以及更好的溫度范圍讓這種工藝特別適合物聯(lián)網(wǎng)和射頻以及汽車電子應(yīng)用。因為保持了平面工藝因此其流片成本非常低，對于7nm的FINFET流片，沒有上億美元的投入和上千萬的訂單量是根本無法想象的。而FD-SOI的流片成本相對較低，這就給很多中國初創(chuàng)半導(dǎo)體企業(yè)提供了機遇。

另一方面，F(xiàn)D-SOI對于射頻技術(shù)的集成有更明顯的優(yōu)勢，因此，對于系統(tǒng)級模塊封裝技術(shù)的門檻也較低，這對很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，可以單芯片集成更多的功能，從而降低整個系統(tǒng)的成本。對汽車電子而言，電動汽車提升了車用半導(dǎo)體產(chǎn)品的多樣化需求，嚴格的車規(guī)溫度要求對傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝提出了不小的挑戰(zhàn)。這方面FD-SOI可以滿足很多150度的工作溫度要求，從而符合車規(guī)的溫度要求，同時還不會影響產(chǎn)品的性能。

FD-SOI技術(shù)從開始商用探索已經(jīng)超過10年的時間，所參與的廠商也越來越多，從FD-SOI上海論壇的參與人數(shù)上也印證了這一點，從2013年的50人到2019年的450人，從最早只是對技術(shù)可行度的探索，到現(xiàn)在已經(jīng)有多家國內(nèi)企業(yè)帶著上市的產(chǎn)品前來分享經(jīng)驗，在這個過程中主辦方SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和芯原微電子功不可沒。其中主辦方芯原微電子長期致力于對FD-SOI技術(shù)在國內(nèi)的推廣和普及，并且提供各種世界領(lǐng)先的IP技術(shù)幫助中國企業(yè)能夠平穩(wěn)的實現(xiàn)與代工廠的合作，使其設(shè)計能更好地發(fā)揮FD-SOI工藝的技術(shù)優(yōu)勢，在FD-SOI技術(shù)的最成熟代工廠格芯的認證工具體系中，芯原微電子是核心IP的主要提供者（如下圖所示）。

作為向摩爾定律挑戰(zhàn)的半導(dǎo)體時代兩大工藝解決方案之一的FD-SOI，很多人擔(dān)心沒有成熟的產(chǎn)線提供保障，這點FD-SOI上海論壇上，來自于三星和格芯兩大代工廠的信息能打消很多設(shè)計企業(yè)的疑慮。三星電子高級副總裁Gitae Jeong介紹，三星2019年會有超過20款FD-SOI的28FDS工藝的產(chǎn)品量產(chǎn)，而下一步的18FDS研發(fā)已經(jīng)開始，工藝對各方面性能都有非常明顯的提升。

三星電子高級副總裁 Gitae Jeong

作為存儲領(lǐng)軍者，三星對基于FD-SOI的低功耗eMRAM在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用非?？春茫貏e是高可靠性和高達125度的溫度特性具有明顯的優(yōu)勢。Gitae Jeong認為，F(xiàn)D-SOI技術(shù)是非常適合提供IoT的Turnkey方案的工藝，三星會提供完成的方案幫助客戶快速轉(zhuǎn)向該技術(shù)，特別的，在5G毫米波射頻產(chǎn)品方面，三星同樣看好28FDS工藝的各種技術(shù)優(yōu)勢。

作為最早介入FD-SOI工藝的代工廠，格芯高級副總裁Americo Lemos等高層非常詳細的介紹了其相關(guān)工藝的細節(jié)和技術(shù)進展情況，2019年格芯的22FDX工藝將會有26個產(chǎn)品生產(chǎn)，其中一半以上來自于中國，目前格芯2019年將會出貨超過1億顆以上的22FDX工藝芯片，包括大幅提升AI與IoT融合能力的瑞芯微的RK1808這款明星產(chǎn)品。特別的，格芯與SOITEC進行長期合作，將會對未來SOI晶圓的技術(shù)共同開發(fā)并持續(xù)采購。據(jù)芯原微電子創(chuàng)始人總裁戴偉民介紹，F(xiàn)D-SOI技術(shù)正是因為SOITEC的超薄硅襯底工藝的進步，才讓整個工藝得以成熟可靠的實施。

格芯高級副總裁 Americo Lemos

在實際半導(dǎo)體應(yīng)用方面，幾家行業(yè)重量級企業(yè)紛紛以自己的產(chǎn)品現(xiàn)身說法。NXP的明星級MCU系列i.MX通過采用FD-SOI技術(shù)在汽車、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)等多個方面，可以滿足各種不同應(yīng)用的特別需求。而索尼半導(dǎo)體則依靠eMRAM讓其導(dǎo)航產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能卻保持非常好的功耗。作為最早參與FD-SOI工藝研究的ST，雖然最初開發(fā)技術(shù)時兩大目標市場機頂盒處理器和手機AP兩條產(chǎn)品線均已剝離，但他們將FD-SOI技術(shù)在新興的汽車電子方面找到了大展拳腳的場合。國內(nèi)的瑞芯微和國外的Leti-CEA兩家企業(yè)均對最熱門的AI應(yīng)用產(chǎn)品采用FD-SOI技術(shù)獲得高性能表現(xiàn)的情況進行了技術(shù)分享。

從筆者最早接觸FD-SOI至今已將近10年時間，作為區(qū)別于FINFET對傳統(tǒng)平面工藝的延續(xù)，能夠更好的實現(xiàn)與其他標準工藝的集成融合，在如今的SiP系統(tǒng)級封裝和模數(shù)混合的系統(tǒng)模塊流行的時代，F(xiàn)D-SOI技術(shù)和各種模擬技術(shù)的相似性對芯片的集成封裝具有更好的優(yōu)勢。

低功耗，高可靠性，更好的溫度范圍，更好的射頻特性，更低的制造成本，這些FD-SOI的技術(shù)優(yōu)勢其實特別適合中國設(shè)計企業(yè)的需求。對很多中國企業(yè)來說，很難負擔(dān)高額的FINFET工藝流片費用，選擇成本低很多的FD-SOI工藝，也許是成長壯大路上更為合適的選擇，何況還有芯原微電子這樣的國內(nèi)IP工具提供商能夠提供更好的本地化技術(shù)支持。目前格芯的FAB1，三星的工廠，都是中國企業(yè)非常好的工藝代工選擇。這一點，從近半數(shù)FD-SOI工藝用戶都是中國企業(yè)就能看到，對需要穩(wěn)步成長同時創(chuàng)造出差異化競爭優(yōu)勢的中國本土設(shè)計企業(yè)來說，請將FD-SOI技術(shù)作為一個工藝參考吧，也許這就是產(chǎn)品成功的開始。