FD-SOI成≥12nm和≤28nm區(qū)間更好的選擇，三星、格羅方德等公司如何布局？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）全耗盡型絕緣體上硅（FD-SOI）是一種平面工藝技術(shù)，能利用襯底偏壓（body bias）提供廣泛的性能以及功耗選項(xiàng)，兼具低功耗、近二維平面、高性能、低成本的特點(diǎn)，特別適用于面臨性能和功耗雙重挑戰(zhàn)的相關(guān)應(yīng)用，比如自動(dòng)駕駛、AIoT、先進(jìn)傳感器和邊緣智能等應(yīng)用。

在2024年第九屆上海FD-SOI論壇上，來(lái)自芯原股份、三星電子、意法半導(dǎo)體和IBS等公司的嘉賓著重分享了當(dāng)前FD-SOI發(fā)展的前沿信息，以及這些重點(diǎn)公司的布局。

IBS：FD-SOI是≥12nm和≤28nm區(qū)間更好的選擇

第九屆上海FD-SOI論壇上，IBS首席執(zhí)行官Handel Jones分享的主題是《人工智能的影響，以及為何FD-SOI技術(shù)如此重要》。這和他去年的演講主題比較像，去年他分享的主題是《為什么FD-SOI對(duì)生成式人工智能時(shí)代的邊緣設(shè)備非常重要》，當(dāng)時(shí)他主要談到FD-SOI技術(shù)的市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，尤其是該技術(shù)在AIGC時(shí)代的應(yīng)用前景。通過具體分析和比較FD-SOI、Bulk CMOS和FinFET三種技術(shù)在不同工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管成本，Handel Jones指出FD-SOI工藝在成本上更具優(yōu)勢(shì)。

在今年的分享中，Handel Jones則主要提到了FD-SOI的重點(diǎn)應(yīng)用，其中一個(gè)是人工智能加速器，2020年這一市場(chǎng)規(guī)模為57億美元，到2030年將暴漲到1328億美元。目前，邊緣AI加速器正在加速開發(fā)，高吞吐量和低功耗是主要的挑戰(zhàn)，雖然產(chǎn)業(yè)界也在開發(fā)低功耗版本的CMOS和FinFET工藝，不過FD-SOI是更好的選擇。

第二個(gè)典型應(yīng)用是智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備市場(chǎng)，智能手機(jī)是匯集可穿戴設(shè)備信息的樞紐。在下一代設(shè)備開發(fā)的過程中，更出色的傳感器是獲得競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，其中圖像傳感器可用于數(shù)字健康、智能交通和機(jī)器人等應(yīng)用，而FD-SOI是打造領(lǐng)先圖像傳感器的理想工藝。

此外，Handel Jones還提到了電源管理、智能顯示器、智能駕駛域處理器等案例，在這些案例中FD-SOI工藝都能夠獲得不錯(cuò)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。Handel Jones表示，當(dāng)前全球半導(dǎo)體仍處于高速發(fā)展的過程中，到2030年半導(dǎo)體市場(chǎng)將強(qiáng)勁增長(zhǎng)至1.3萬(wàn)億美元，其中生成式AI是主要的推動(dòng)力量，將會(huì)廣泛影響智能手機(jī)等終端設(shè)備。為了推動(dòng)AI更好的發(fā)展，在≥12nm和≤28nm這個(gè)工藝區(qū)間，F(xiàn)D-SOI是更好的選擇。

芯原股份：已向40家客戶授權(quán)260多次FD-SOI IP核

第九屆上海FD-SOI論壇上，芯原股份創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼總裁戴偉民博士做開幕致辭，并分享了過往和當(dāng)前FD-SOI發(fā)展的一些情況，以及芯原在FD-SOI提供的解決方案。

戴偉民博士回顧了過去很多年FD-SOI發(fā)展的重要的歷史節(jié)點(diǎn)，如下圖所示，其中主要包括：

·2012年意法半導(dǎo)體推出28nm工藝平臺(tái)；

·2013年Soitec突破了FD-SOI高質(zhì)量襯底的技術(shù)瓶頸；

·2014年芯原和三星宣布聯(lián)合開發(fā)FD-SOI技術(shù)；

·2016年上海NSIG宣布收購(gòu)Soitec 14.5%股權(quán)。

他指出，“過去很多年，我們一直在暢想FD-SOI工藝的發(fā)展和前景。不過，現(xiàn)在FD-SOI已經(jīng)成為當(dāng)前的主流工藝之一，芯原也參與其中。”目前，芯原在FD-SOI方面擁有豐富的解決方案。芯原22nm FD-SOI IP包括模數(shù)混合IP、RF IP和接口IP等。其中，模數(shù)混合IP包含59種不同方案，包括基礎(chǔ)IP、DAC IP和接口等，目前已經(jīng)向40家客戶授權(quán)260多次FD-SOI IP核，為全球主要客戶提供約30個(gè)芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目，25個(gè)項(xiàng)目正在生產(chǎn)中。比如，瑞薩RA 32位Cortex-M系列中的首款22nm MCU就采用了芯原的FD-SOI IP。

同時(shí)，戴偉民博士也分享了目前FD-SOI發(fā)展的一些前沿進(jìn)展。首先是歐盟已經(jīng)決定投資12nm FD-SOI——2022年7月12日，法國(guó)總統(tǒng)馬克龍、歐盟專員、GlobalFoundries首席執(zhí)行官托馬斯·考爾菲爾德和意法半導(dǎo)體總裁兼首席執(zhí)行官讓-馬克·奇瑞共同宣布，意法半導(dǎo)體和GlobalFoundries將在法國(guó)建造一座新的12英寸晶圓廠，用于12納米FD-SOI，以推進(jìn)FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)。

其次是此前意法半導(dǎo)體與三星聯(lián)合推出18nm FD-SOI技術(shù)——2024年3月19日，意法半導(dǎo)體和三星聯(lián)合宣布采用18nm FD-SOI技術(shù)用于ePCM。

第三個(gè)進(jìn)展是CEA-Leti宣布推出10nm和7nm FD-SOI中試生產(chǎn)線——2024年6月11日，CEA-Leti（法國(guó)）宣布推出FAMES中試生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線將開發(fā)包括10nm和7nm FD-SOI在內(nèi)的五套新技術(shù)。

格羅方德：2028年后將推出下一代FD-SOI技術(shù)

第九屆上海FD-SOI論壇上，格羅方德亞洲區(qū)總裁兼中國(guó)區(qū)主席洪啟財(cái)分享的主題《解鎖未來(lái)：推動(dòng) FDX?（FD-SOI）技術(shù)進(jìn)步》。去年，格羅方德的嘉賓也談到了該公司了22FDX工藝當(dāng)時(shí)的進(jìn)展，主要包括面向AI應(yīng)用的22FDX平臺(tái)融合了最新的AI和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)；面向IoT應(yīng)用的22FDX平臺(tái)能夠支持包括藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee等在內(nèi)的廣泛的無(wú)線通信協(xié)議；另外，格羅方德優(yōu)化了車規(guī)級(jí)的22FDX平臺(tái)，先進(jìn)的毫米波雷達(dá)解決方案已被博世等公司采用。

洪啟財(cái)表示，目前格羅方德依然在積極優(yōu)化22FDX的產(chǎn)能，比如將22FDX平臺(tái)的生產(chǎn)地進(jìn)行調(diào)整，從德國(guó)擴(kuò)展到了馬其他和紐約；同時(shí)，格羅方德也在優(yōu)化22FDX工藝的多樣性，并強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)。

關(guān)于22FDX的優(yōu)化細(xì)節(jié)，格羅方德首先強(qiáng)化了其功能豐富性，面向更多特征應(yīng)用推出22FDX工藝；在FD-SOI特征性能方面，主要是優(yōu)化性能和功耗，幫助打造更高性能和更低功耗的產(chǎn)品；在RF-SOI方面，主要幫助RF器件提供射頻性能，提升器件的功率密度、效率，并降低能耗。

通過這些優(yōu)化，22FDX目前的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛，包括智能移動(dòng)設(shè)備、無(wú)線MCU、HMI、智能傳感器和衛(wèi)星通信等。

今年，格羅方德更加明確了FD-SOI后續(xù)的發(fā)展路線，在2025年到2027年該公司主要致力于進(jìn)行22FDX的功能創(chuàng)新和eNVM應(yīng)用創(chuàng)新，2028年之后格羅方德將推出下一代FD-SOI技術(shù)。

三星電子：18FDS將成為物聯(lián)網(wǎng)和MCU領(lǐng)域的重要工藝

第九屆上海FD-SOI論壇上，三星電子18FDS工藝集成與項(xiàng)目經(jīng)理Jinha Park分享的主題為《FD-SOI 的合作與新突破》。

今年上半年，三星在FD-SOI工藝上面再進(jìn)一步。3月份，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）宣布與三星聯(lián)合推出18nm FD-SOI工藝。該工藝支持嵌入式相變存儲(chǔ)器（ePCM）。

在FD-SOI領(lǐng)域，三星已經(jīng)深耕多年，其和意法半導(dǎo)體之間的合作也已經(jīng)持續(xù)多年。早在2014年，意法半導(dǎo)體就曾對(duì)外宣布，選擇三星28nm FD-SOI工藝來(lái)量產(chǎn)自己的產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體表示，相較于其現(xiàn)在使用的40nm eNVM技術(shù)，采用ePCM的18nm FD-SOI工藝大幅提升了性能參數(shù)：其在能效上提升了50%，數(shù)字密度上提升了3倍，同時(shí)可容納更大的片上存儲(chǔ)器，擁有更低的噪聲系數(shù)。

Jinha Park進(jìn)一步分享了三星18FDS的一些特征性能。首先，三星18FDS工藝原生支持3.3V，可以讓外部設(shè)備使用更高的3.3V進(jìn)行傳輸，相較于1.8V傳輸有著更高的傳輸速度和效率。

其次，三星18FDS工藝提供混合STD（LVT/RVT/HVT），當(dāng)前先進(jìn)工藝都會(huì)提供不同的cell library，分為：LVT、RVT、SVT（ Standard V threshold ）、HVT ( High V threshold ) 等，讓設(shè)計(jì)人員可以通過改變器件工藝角的方式來(lái)修復(fù)set up/hold violation等問題。三星18FDS工藝的這一特征能夠幫助設(shè)計(jì)人員在不影響性能的情況下進(jìn)一步優(yōu)化芯片的功耗。

第三點(diǎn)，三星18FDS工藝提供PPA（功率、性能和面積/成本）分析功能。PPA的優(yōu)化一直是芯片設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和復(fù)雜系統(tǒng)的興起，這些傳統(tǒng)指標(biāo)的相關(guān)性正逐漸減弱。也就是說(shuō)，在當(dāng)前的芯片設(shè)計(jì)工程中，PPA優(yōu)化更具挑戰(zhàn)性，三星18FDS工藝平臺(tái)提供的分析功能可以幫助設(shè)計(jì)人員。

Jinha Park表示，當(dāng)前FD-SOI工藝已經(jīng)成為自動(dòng)駕駛、消費(fèi)電子、通訊、機(jī)器人和工業(yè)等領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)選擇。三星18FDS工藝提供原生3.3V和低泄漏電流等核心功能，將會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)和MCU領(lǐng)域的重要平臺(tái)節(jié)點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

FD-SOI在≥12nm和≤28nm區(qū)間有更好的成本和功耗優(yōu)勢(shì)，使其在廣泛的人工智能和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)有著巨大的市場(chǎng)空間。目前，晶圓代工廠都已經(jīng)在22nm FD-SOI方面有非常成熟的方案，且應(yīng)用方向在逐步擴(kuò)展，同時(shí)芯原股份等公司也提供了廣泛的IP。不過，F(xiàn)D-SOI是否會(huì)走向10nm或以下，目前還值得探討。