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

作為本世紀初被開(kāi)發(fā)以面對22nm以后半導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，從應用的廣度上也欠缺了不止一個(gè)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(shí)候正需要FD-SOI這種技術(shù)獨特的優(yōu)勢才能更好實(shí)現設計的需求。近日舉行的第七屆FD-SOI上海論壇期間，來(lái)自半導體制造、材料、IP工具和設計企業(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(chē)應用的半導體設計，選擇FD-SOI也許能給你最終產(chǎn)品帶來(lái)別樣的競爭優(yōu)勢。

作為曾經(jīng)近距離接觸過(guò)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(méi)有實(shí)際應用到量產(chǎn)手機中，但其標稱(chēng)的高性能還是給當時(shí)的智能手機AP行業(yè)帶來(lái)不小的震撼。相比于FINFET工藝，FD-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(chē)電子應用。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(méi)有上億美元的投入和上千萬(wàn)的訂單量是根本無(wú)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 )半導體企業(yè)提供了機遇。

另一方面，FD-SOI對于射頻技術(shù)的集成有更明顯的優(yōu)勢，因此，對于系統級模塊封裝技術(shù)的門(mén)檻也較低，這對很多物聯(lián)網(wǎng)應用來(lái)說(shuō)，可以單芯片集成更多的功能，從而降低整個(gè)系統的成本。對汽車(chē)電子而言，電動(dòng)汽車(chē)提升了車(chē)用半導體產(chǎn)品的多樣化需求，嚴格的車(chē)規溫度要求對傳統的半導體工藝提出了不小的挑戰。這方面FD-SOI可以滿(mǎn)足很多150度的工作溫度要求，從而符合車(chē)規的溫度要求，同時(shí)還不會(huì )影響產(chǎn)品的性能。

FD-SOI技術(shù)從開(kāi)始商用探索已經(jīng)超過(guò)10年的時(shí)間，所參與的廠(chǎng)商也越來(lái)越多，從FD-SOI上海論壇的參與人數上也印證了這一點(diǎn)，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，到現在已經(jīng)有多家國內企業(yè)帶著(zhù)上市的產(chǎn)品前來(lái)分享經(jīng)驗，在這個(gè)過(guò)程中主辦方SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和芯原微電子功不可沒(méi)。其中主辦方芯原微電子長(cháng)期致力于對FD-SOI技術(shù)在國內的推廣和普及，并且提供各種世界領(lǐng)先的IP技術(shù)幫助中國企業(yè)能夠平穩的實(shí)現與代工廠(chǎng)的合作，使其設計能更好地發(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(chǎng)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的半導體時(shí)代兩大工藝解決方案之一的FD-SOI，很多人擔心沒(méi)有成熟的產(chǎn)線(xiàn)提供保障，這點(diǎn)FD-SOI上海論壇上，來(lái)自于三星和格芯兩大代工廠(chǎng)的信息能打消很多設計企業(yè)的疑慮。三星電子高級副總裁Gitae Jeong介紹，三星2019年會(huì )有超過(guò)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(kāi)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)方面的應用非?？春?，特別是高可靠性和高達125度的溫度特性具有明顯的優(yōu)勢。Gitae Jeong認為，FD-SOI技術(shù)是非常適合提供IoT的Turnkey方案的工藝，三星會(huì )提供完成的方案幫助客戶(hù)快速轉向該技術(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(chǎng)，格芯高級副總裁Americo Lemos等高層非常詳細的介紹了其相關(guān)工藝的細節和技術(shù)進(jìn)展情況，2019年格芯的22FDX工藝將會(huì )有26個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)，其中一半以上來(lái)自于中國，目前格芯2019年將會(huì )出貨超過(guò)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(jìn)行長(cháng)期合作，將會(huì )對未來(lái)SOI晶圓的技術(shù)共同開(kāi)發(fā)并持續采購。據芯原微電子創(chuàng )始人總裁戴偉民介紹，FD-SOI技術(shù)正是因為SOITEC的超薄硅襯底工藝的進(jìn)步，才讓整個(gè)工藝得以成熟可靠的實(shí)施。

格芯高級副總裁 Americo Lemos

在實(shí)際半導體應用方面，幾家行業(yè)重量級企業(yè)紛紛以自己的產(chǎn)品現身說(shuō)法。NXP的明星級MCU系列i.MX通過(guò)采用FD-SOI技術(shù)在汽車(chē)、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)方面，可以滿(mǎn)足各種不同應用的特別需求。而索尼半導體則依靠eMRAM讓其導航產(chǎn)品能夠實(shí)現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(kāi)發(fā)技術(shù)時(shí)兩大目標市場(chǎng)機頂盒處理器和手機AP兩條產(chǎn)品線(xiàn)均已剝離，但他們將FD-SOI技術(shù)在新興的汽車(chē)電子方面找到了大展拳腳的場(chǎng)合。國內的瑞芯微和國外的Leti-CEA兩家企業(yè)均對最熱門(mén)的AI應用產(chǎn)品采用FD-SOI技術(shù)獲得高性能表現的情況進(jìn)行了技術(shù)分享。

從筆者最早接觸FD-SOI至今已將近10年時(shí)間，作為區別于FINFET對傳統平面工藝的延續，能夠更好的實(shí)現與其他標準工藝的集成融合，在如今的SiP系統級封裝和模數混合的系統模塊流行的時(shí)代，FD-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(shí)特別適合中國設計企業(yè)的需求。對很多中國企業(yè)來(lái)說(shuō)，很難負擔高額的FINFET工藝流片費用，選擇成本低很多的FD-SOI工藝，也許是成長(cháng)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(chǎng)，都是中國企業(yè)非常好的工藝代工選擇。這一點(diǎn)，從近半數FD-SOI工藝用戶(hù)都是中國企業(yè)就能看到，對需要穩步成長(cháng)同時(shí)創(chuàng )造出差異化競爭優(yōu)勢的中國本土設計企業(yè)來(lái)說(shuō)，請將FD-SOI技術(shù)作為一個(gè)工藝參考吧，也許這就是產(chǎn)品成功的開(kāi)始。