FD-SOI會(huì )是顛覆性技術(shù)嗎？

　　全耗盡型絕緣上覆矽(FD-SOI)制程技術(shù)正從原本的“遲到”(too-late)位置搖身一變，成為可望在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與汽車(chē)市場(chǎng)取代鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)的理想替代方案了。對于許多人來(lái)說(shuō)，業(yè)界主導廠(chǎng)商代表出席一場(chǎng)相關(guān)領(lǐng)域的業(yè)界活動(dòng)，象征著(zhù)為這項技術(shù)背書(shū)。

　　“我認為，FD-SOI正蓄勢待發(fā)。也許還得經(jīng)過(guò)幾年的時(shí)間，但它終將獲得新的動(dòng)能，并發(fā)展成為一項關(guān)鍵技術(shù)，”International Business Strategies (IBS)創(chuàng )辦人兼執行長(cháng)Handel Jones指出。

　　相較于FinFET，FD-SOI具備更多優(yōu)點(diǎn)。雖然FinFET的性能極高，但少了成本效率。FD-SOI基板雖然較昂貴，但制程卻較低功耗、bulk性能更好，也更適用于RF——而這正是IoT的關(guān)鍵。從設計的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，FD-SOI較簡(jiǎn)單，讓工程師在矽后(post-silicon)仍能調整產(chǎn)品。

　　VLSI Research調查選擇FD-SOI的主要原因

　　“如果全球最大的公司——英特爾(Intel)在進(jìn)入真正的14nm時(shí)遇到困難，你就會(huì )知道這項技術(shù)并不簡(jiǎn)單。”VLSI Research執行長(cháng)Dan Hutcheson補充說(shuō)，決定采用FD-SOI制程存在一些商業(yè)因素。“最重要的原因在于其設計較簡(jiǎn)單，上市時(shí)程也變得更快了——特別是對于一家規模較小的組織而言。我知道有許多人反而不喜歡它像是便宜版的FinFET，但它確實(shí)如此。”

　　VLSI Research針對半導體業(yè)者的FD-SOI發(fā)展藍圖展開(kāi)調查

　　在日前于美國加州舉行的FD-SOI研討會(huì )上，業(yè)界大廠(chǎng)也支持Hutchenson的看法。恩智浦(NXP )詳述采用28nm FD-SOI成功打造i.MX 7和其它8款處理器;Sony宣布正出貨0.65 Volt GPS晶片;新思(Synopsys)、益華(Cadence)、Ciena和意法半導體 (STMicroelectronics)也陸續發(fā)表相關(guān)產(chǎn)品或研究成果;三星(Samsung)宣布今年有10款28nm制程的產(chǎn)品投片，而GlobalFoundries則將投入其于德勒斯登(Dresden)晶圓廠(chǎng)的大部份產(chǎn)能于22nm FD-SOI制程。

　　Soitec技術(shù)長(cháng)Carlos Mazure說(shuō)，對于FD-SOI產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，三星和GlobalFoundries發(fā)表的“有力聲明”可說(shuō)是個(gè)好兆頭，“它主要在告訴這個(gè)領(lǐng)域，現在有兩種代工制程、有競爭、也有市場(chǎng)驅動(dòng)力，他們正競相爭取無(wú)晶圓廠(chǎng)支持…而這對整個(gè)生態(tài)系統來(lái)說(shuō)是良性的。”

　　雖然代工廠(chǎng)是整個(gè)議題的關(guān)鍵，ARM出現在這場(chǎng)研討會(huì )中更備受矚目。Mazure說(shuō)，ARM大多都在場(chǎng)邊觀(guān)戰等待最終定局，但這次的現身更為此憑添可靠性。“只要ARM出聲，就像晶片已就緒了。”

　　“我們認為，22nm FD-SOI可讓你的性能提高一倍，并改善10倍的漏電問(wèn)題。很顯然地，這相當具有說(shuō)服力。”ARM實(shí)體設計部門(mén)總經(jīng)理Will Abbey表示，“ARM的Cortex A32與A35核心具備低功率與高效能懮勢，能夠適當地為功率敏感的IoT應用進(jìn)行反向閘極偏置，顯然是FD-SOI的理想方案。”

　　FD-SOI市場(chǎng)成形

　　從代工廠(chǎng)的立場(chǎng)來(lái)看，Jones估計，瞄準FD-SOI規劃的資金將在2020年以前達到150-200億美元左右，其中約有120億美元將用于28nm，而30億美元則分配于22nm。他預計，在同一期間的FD-SOI產(chǎn)品將有300-400億美元的規模。

　　各制程節點(diǎn)的FDSOI代工市場(chǎng)規模預測(來(lái)源：International Business Strategies)

　　盡管如此，Hutchenson說(shuō)，選擇FD-SOI存在復雜的風(fēng)險，它取決于公司的目標市場(chǎng)，以及愿意為此制程技術(shù)堅持到底的決心。

　　“我們需要業(yè)界一些真正強而有力的大廠(chǎng)登高一呼，而且必須由一些EDA公司、代工廠(chǎng)與感測器公司共同組成。”

　　這些業(yè)業(yè)巨擘們也必須發(fā)展一個(gè)IP生態(tài)系統。同時(shí)，工程師們必須學(xué)習新的設計技巧。

　　“FD-SOI提供了非常有趣的設計原則——即反向偏置。這個(gè)技巧在50年前有效地與微縮、摻雜技術(shù)并用，”Mazure指出，“但由于效率不高且久被遺忘，年輕一代的設計人員過(guò)去并未學(xué)習。因此，工程師社群必須重新學(xué)習這項設計技巧。”

　　此外，從較小的制程節點(diǎn)來(lái)看，這項技術(shù)也面臨著(zhù)與FinFET類(lèi)似的問(wèn)題。三星現正研究開(kāi)發(fā)20nm或14nm FD-SOI的“均衡成本要素”，而GlobalFoundries則在一年內投資了10億美元，用于研發(fā)下一代的制程幾何。

　　VLSI Research眼中的SOI制程節點(diǎn)開(kāi)發(fā)藍圖

　　雖然FD-SOI可望成為FinFET的實(shí)際替代方案，特別是針對需要微縮成本、類(lèi)比優(yōu)勢與可靠功率的市場(chǎng);不過(guò)，Hutchenson總結說(shuō)，FD-SOI還稱(chēng)不上是真正的顛覆性技術(shù)。

　　Hutchenson強調，“FD-SOI并不具有顛覆性，但可望推動(dòng)顛覆性進(jìn)展。IoT才最具有顛覆力量：它將會(huì )像智慧型手機一樣帶來(lái)強大的顛覆性進(jìn)展。”