這一次會(huì)議，SOI的三大晶圓代工領(lǐng)頭羊——格羅方德（GlobalFoundries）、三星半導(dǎo)體與意法半導(dǎo)體均宣布了重大突破。
格羅方德宣布了將在2019年上半年為客戶流片基于12nm的FD-SOI（GF稱為12FDX）產(chǎn)品，這也是FD-SOI產(chǎn)業(yè)首次明確的向大家展示了FD-SOI的路線圖，指明了方向。同時(shí)，格羅方德還宣布，明年年中將有超過10個(gè)客戶的基于22nm FD-SOI工藝（22FDX）的芯片進(jìn)入量產(chǎn)，而目前已有22FDX的客戶超過50家。“我們的基于軟件控制的體偏FD-SOI工藝，可以實(shí)現(xiàn)定制的‘按需提供峰值性能’，同時(shí)平衡靜態(tài)與動(dòng)態(tài)功耗從而實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的性能與功耗匹配。加上SOI工藝對(duì)于RF和模擬器件的集成優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于未來的主流手機(jī)芯片、5G、VR/AR、IOT都是最合適的工藝選擇。”格羅方德產(chǎn)品管理事業(yè)群高級(jí)副總裁Alain Mutricy表示。他預(yù)測(cè)，2019年他們的12FDX量產(chǎn)時(shí)，將會(huì)是手機(jī)芯片公司的重要選擇。“那些極高端的智能手機(jī)芯片可能仍會(huì)采用FinFET（到時(shí)可能會(huì)是7nm FinFET），但是大部分主流的手機(jī)，采用我們12FDX已經(jīng)足夠，我們能夠以低于16/14nm FinFET的成本與功耗提供等同于10nm FinFET的性能。”Alain Mutricy稱。
相對(duì)于格羅方德的激進(jìn)，三星則是更穩(wěn)成一些。三星LSI執(zhí)行副總裁Jong-Shik Yoon向大家宣布，經(jīng)過幾年的努力，去年底他們已解決了28nm FD-SOI的良率問題，現(xiàn)在正式宣布28nm FD-SOI工藝已經(jīng)成熟，并且已有超過12個(gè)客戶的芯片正在流片中，主要針對(duì)的是IOT芯片以及MCU產(chǎn)品。“我們認(rèn)為28nm FD-SOI將會(huì)是一個(gè)很有前景，很長(zhǎng)生命周期的工藝。”他表示。而對(duì)于28nmn FD-SOI的演進(jìn)路線，他雖然沒有透露詳細(xì)的內(nèi)容，但是他表示：“三星已經(jīng)完全做好了準(zhǔn)備，開始下一代FD-SOI的技術(shù)。”他幽默地透露：“可能不僅有28nm FD-SOI。”
而意法半導(dǎo)體這一次則是帶來了幾乎令參會(huì)的老外們集體“高潮”的產(chǎn)品——外觀華麗的華米最新的動(dòng)動(dòng)手表。雖然這款手表兩周前在北京發(fā)布了，但是這一次，因?yàn)樗锩娌捎昧怂髂岬囊活w最新的基于28nm FD-SOI的GPS，而這顆GPS由意法半導(dǎo)體代工?；谝夥ㄅc三星的合作伙伴關(guān)系，前者僅會(huì)做小批量的代工，量大后則可能會(huì)轉(zhuǎn)移到三星，而它里面的重要的薄膜基材采用了Soitec公司的產(chǎn)品，而這一家公司可以說是FD-SOI的最大推動(dòng)者，多年的努力，終于迎來了FD-SOI首款大批量量產(chǎn)的芯片。所以，從索尼、到意法半導(dǎo)體、到三星、到Soitec都為這一產(chǎn)品激動(dòng)不已。“它是我們的Baby。”Soitec的副總裁、SOI聯(lián)盟的執(zhí)行官Giorgio Cesana以這樣一種情不自己的語氣說道。
索尼IOT業(yè)務(wù)部總經(jīng)理松岡伸泰解釋，由于采用了最新的28nm FD-SOI，這一顆最新的GPS（5603GF）電壓也由之前的1.1V降到0.6V，而功耗由前一代的6.3mW降到了1.5mW。“我們與代工廠一起，克服了挑戰(zhàn)，將所有邏輯電路、SRAM以及模擬電路的電壓都降到了0.6V，所以實(shí)現(xiàn)了GPS芯片的功耗大幅下降。”他說道。
圖題：這就是那顆讓索尼、意法半導(dǎo)體、三星、Soitec都無比激動(dòng)的GPS芯片，華米新發(fā)布的運(yùn)動(dòng)手表首次采用。SOI聯(lián)盟的人稱之為“我們的Baby。”
這一次會(huì)議上，來自業(yè)界的權(quán)威更是樂觀地預(yù)測(cè)了FD-SOI在7nm上的可能性。法國(guó)原子能中心科研所（CEA Tech）下屬研究機(jī)構(gòu)CEA-LETI 首席執(zhí)行官M(fèi)arie Semeria指出：“我們通過芯片上的一些測(cè)試，對(duì)FD-SOI在7nm 上的實(shí)現(xiàn)作出非常樂觀的預(yù)測(cè)。”而來自國(guó)際半導(dǎo)體權(quán)威調(diào)研機(jī)構(gòu)IBS, Inc的創(chuàng)始人兼CEO Handel Jones也表示，“我們認(rèn)為FD-SOI可以擴(kuò)展到7nm。”
“本屆奧運(yùn)會(huì)中國(guó)女排得冠告訴我們一件事情，關(guān)鍵不在于你贏過多少次，而在于是否贏得了關(guān)鍵的那幾次。”芯原半導(dǎo)體總裁兼CEO戴偉民博士說道，并且他提出一個(gè)新的理論：“由于FinFet的高成本與設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，在5nm節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)inFet是否會(huì)與FD-SOI融合呢？”
FD-SOI為什么會(huì)比FinFet成本與功耗都低？
為什么格羅方作德（GlobalFoundries)表示，12FDX能夠以低于16/14nm FinFET的成本與功耗提供等同于10nm FinFET的性能呢？竟其原因，是FD-SOI采用了更簡(jiǎn)易的平面晶體管工藝，并且減小了掩膜數(shù)與曝光切割。如下圖所示。
圖題：FD-SOI實(shí)現(xiàn)低成本與低功耗的原因
以具體數(shù)值來看：
1、16nm/14nm FinFET工藝成本相當(dāng)于28nm的兩倍
2、16nm/14nm FinFET工藝設(shè)計(jì)周期是28nm的2.4倍，7nm是28nm的5倍，而格羅方德目前成熟的22FDX與16nm/14nm FinFET工藝相比可以減少曝光切割50%以上，可以減少40%掩膜成本，而且無Fin-specific規(guī)則。“該平臺(tái)支持全節(jié)點(diǎn)縮放，性能比現(xiàn)有FinFET工藝提升了15%，功耗降低了50%。而掩膜成本則比少于10nm FinFET工藝減少40%！”格羅方德的Alain Mutricy稱。
在能效方面，22FDX由于可以做到超低電壓0.4V運(yùn)行，超低漏電（1pA/um），所以功耗下降不少。前面說的索尼那個(gè)意法代工的GPS芯片，28nm FD-SOI電壓也可降到0.6V，所以功耗都實(shí)現(xiàn)了大幅降低。“不使用體偏，F(xiàn)D-SOI的漏電可以省25%，加上體偏，漏電可以再省5%。”Alain Mutricy表示，“并且格羅方德采用了軟件可控的體偏，可以實(shí)現(xiàn)按需設(shè)計(jì)峰值，定制芯片的性能。這個(gè)功能對(duì)于智能手機(jī)、人工智能處理器以及VR/AR都十分重要。”
芯原半導(dǎo)體董事長(zhǎng)戴偉民博士十分看好FD SOI，他指出，“從傳統(tǒng)的體硅轉(zhuǎn)向FD-SOI就像是換個(gè)跑道那么簡(jiǎn)單，但是，如果要轉(zhuǎn)向FinFET，擠到FinFET的跑道就十分困難了。”芯原半導(dǎo)體與格羅方德、三星以及意法三家FD-SOI代工廠都有合作關(guān)系，幫助客戶進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)，對(duì)接FD-SOI工藝。
圖題：16/14nm Finfet與14nm FD-SOI的成本比較（來源：IBS）
FD-SOI對(duì)射頻器件的集成優(yōu)勢(shì)將助力5G與NB IOT
作為絕緣硅，SOI對(duì)于射頻器件比傳統(tǒng)的體硅有天然的優(yōu)勢(shì)，這也是業(yè)界一致認(rèn)為FD-SOI更適合于物聯(lián)網(wǎng)IOT、5G、以及智能汽車SOC的重要原因。除了對(duì)RF的集成，現(xiàn)在幾大代工廠商，包括三星、ST以及格羅方德都已實(shí)現(xiàn)將RF、模擬、eNVM以及高級(jí)邏輯在FD-SOI上整合的能力。并且，大家正在努力將高帶寬的PA等高功率器件也集成進(jìn)入FD-SOI，窄帶寬的PA已實(shí)現(xiàn)CMOS集成，或者是在RF-SOI上的集成，比如wifi、藍(lán)牙、zigbee等已實(shí)現(xiàn)全集成。“相比于體硅，SOI可以實(shí)現(xiàn)更高的漏極效率、可以實(shí)現(xiàn)更高的頻寬，支持到未來的5G標(biāo)準(zhǔn)。”智慧微電子CEO李陽解釋，他們目前通過混合RF-SOI與GsAs工藝，實(shí)現(xiàn)了部分頻段LTE PA器件量產(chǎn)。
現(xiàn)在，大家最關(guān)注的是能否用FD-SOI工藝實(shí)現(xiàn)最熱門的NB-IOT的集成。“我認(rèn)為中國(guó)廠商的機(jī)會(huì)是通過FD-SOI實(shí)現(xiàn)彎道超車，比如在此工藝上實(shí)現(xiàn)全集成的NB-IOT。”戴偉民博士表示，他們已開始與中國(guó)客戶在進(jìn)行此項(xiàng)目的研發(fā)，比如大唐聯(lián)芯，“FD-SOI對(duì)射頻器件的集成優(yōu)勢(shì)，是我們看中它的主要原因。”聯(lián)芯科技高級(jí)副總裁成飛表示，不過，他也分析道，“雖然NB IOT帶寬比較窄，但如果要達(dá)到23db的增益，用FD SOI實(shí)現(xiàn)也還有比較大的挑戰(zhàn)。”不過，對(duì)于FD-SOI目前的最大挑戰(zhàn)是IP數(shù)量較少，不能滿足RF器件的需求。Invecas是FD-SOI的IP提供商，但是目前還缺少一些核心的IP，比如GPS。
大家對(duì)于FD SOI的另一個(gè)重大機(jī)會(huì)則是來自于5G通信標(biāo)準(zhǔn)的RF器件集成，特別是毫米波的5G應(yīng)用，相比于FinFET，由于SOI可以支持到更高的頻率，它具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
圖題：FD-SOI在毫米波集的RF集成上有天然的優(yōu)勢(shì)，非常適合于未來毫米波段的5G芯片全集成。
上圖中，意法半導(dǎo)體展示了60Ghz頻段的WiGiG功率放大器，這也為未來毫米波段的5G芯片全集成鋪好了路。此外，F(xiàn)D-SOI工藝對(duì)于數(shù)據(jù)中心將采用的硅光子器件也有優(yōu)勢(shì)。
圖題：FD-SOI工藝對(duì)于數(shù)據(jù)中心將采用的硅光子器件也有優(yōu)勢(shì)。
本土新傲科技崛起，格羅方德12寸FD-SOI花落何地？
一直以來，制約FD-SOI工藝的另一個(gè)挑戰(zhàn)是薄膜基材，前面提到Soitec是這一領(lǐng)域的主要供應(yīng)商，而他們也為FD-SOI奮斗了多年，今天，終于看見了FD-SOI開始大批量生產(chǎn)，也才有SOI聯(lián)盟執(zhí)行董事Giorgio Cesana喜不自禁地稱華米那個(gè)采用了首個(gè)28nm FD-SOI GPS芯片的運(yùn)動(dòng)手表是“我們的baby。”
不過，現(xiàn)在這一生態(tài)已有了大幅改進(jìn)，以中國(guó)本土的新傲科技引領(lǐng)的材料產(chǎn)業(yè)正在迅速成熟。新傲科技CEO Jeffrey Wang表示，他們?nèi)缃褚芽蔀镕D-SOI提供一整套方案，可以很好地控制基材的厚度。今年，政府基金背景的NSIG對(duì)新傲科技投資，已成為其重要股東之一。“我們已經(jīng)為SOI的量產(chǎn)作好充分地準(zhǔn)備。”他表示。2014年新傲與Soitec就結(jié)成了戰(zhàn)略聯(lián)盟，共享最先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙贏，并推動(dòng)全球SOI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。并且，在大會(huì)的主題演講中，中國(guó)大集成電路大基金的管理者——華芯投資總裁路軍也到場(chǎng)賀詞，并表示，大基金將對(duì)FD-SOI產(chǎn)業(yè)高度重視。文章最開始也提到了這次會(huì)議上來了不少政府官員，特別是來自成都與重慶的官員。因?yàn)楦窳_方德已明確表示將在中國(guó)建一條12寸的FD-SOI產(chǎn)線，但是花落何地，仍是個(gè)迷。
圖題：中國(guó)的SOI材料產(chǎn)業(yè)鏈。
圖題：新傲科技的產(chǎn)能規(guī)劃。
圖題：新傲科技的SOI瞄準(zhǔn)的應(yīng)用，包括FD-SOI與RF-SOI
