2016/12/21 2016 FD-SOI發展現況－真乄科技業的頂尖投資團隊

在先進的集成電路製造工藝方面，由Intel主導的FinFET一直大行其道。而最近這幾年，SOI，包括FD-SOI和RF-SOI越來越受到人們的關注，其技術優勢和應用前景也越發地被看好。晶圓代工廠格羅方德（GLOBALFOUNDRIES）及其合作夥伴，包括三星、索尼、STM（意法半導體）、芯原微電子、Invecas等，在FD-SOI方面的投入力度越來越大，頗有與FinFET分庭抗禮之勢。

在應用層面，總的來說，FinFET的目標市場是中高端的高性能集成電路，而FD-SOI則是面向中端的、要求低功耗和高性價比的應用。

FD-SOI是個什麼鬼優勢何在

FD-SOI（FullyDepleted-Silicon-On-Insulator，薄膜全耗盡絕緣襯底上的矽），就是矽電晶體結構在絕緣體之上的意思，原理就是在矽電晶體之間，加入絕緣體物質，使兩者之間的寄生電容大幅度降低。基於薄膜SOI結構的器件由於矽膜的全部耗盡完全消除"翹曲效應"，且這類器件具有低電場、高跨導、良好的短溝道特性和接近理想的亞閾值斜率等優點。因此，FD-SOI應該是非常有前景的SOI結構。

與體矽材料相比，FD-SOI具有如下優點：1)減小了寄生電容，提高了運行速度；2)由於減少了寄生電容，降低了漏電，具有更低的功耗；3)消除了閂鎖效應；4)抑制了襯底的脈衝電流干擾，減少了軟錯誤的發生；5)與現有矽工藝兼容，還可減少工序。

目前來看，FD-SOI是使用28/40/55nm工藝晶片的廠商升級先進節點較為理想的選擇。以22nm的FD-SOI為例，其研發成本比FinFET低很多，與16nm的FinFET相比，它可以減少50%的MOL設計規則，減少10~20%的總規則，等等。可以看出，FD-SOI技術可以平面式片上系統的開發成本實現FinFET的峰值性能。

VLSI所做的一份全球調研顯示，很多廠商選擇了FD-SOI技術及其產品。它在商業方面的應用有幾個比較明顯的優勢，一是它提供了很多產品的差異化，更短的設計周期，更多的設計餘量，並且運用了AMS的設計，使它更強大，並且簡單易用。使用FD-SOI還有幾個主要的技術原因，最主要的一點就是低功耗，另外，它還可以實現逆向體偏差，並且能進行模擬配對和增加。

FD-SOI的市場驅動力

觀察宏觀市場的發展狀況，我們會發現，現在市場上有幾個主要的動態，而這些都是推廣FD-SOI的絕佳契機，其自身固有的優勢完全能滿足這些市場的需求。

第一，手機的市場趨向飽和，因此負責這個市場的客戶要求他們的系統能實現更高級別的集成化。手機市場正在高速變化，但有些需求是始終不變的，比如手機必須在有需要的時候提供非常高的性能，但是它的耗電又必須很低。

另一個市場趨勢就是AI（人工智慧）的盛行，要想做好AI的升級，就必須要求計算機的運行速度、計算速度非常高，總的來講，在移動設備上的要求是，要在需要的時候提供高性能，但是耗電跟漏電都要很低。

第三個，AR和DNN的技術將越來越成熟，我們會看到越來越多的可穿戴設備進入市場和人們的生活，可穿戴設備必須非常小而輕，因此它要求具備非常高速的計算能力，同時耗電要很低。

5G技術快速發展，這就要求很強大的基站以及很好的終端設備。

格羅方德的執著

作為行業3大晶圓代工廠商之一，格羅方德這幾年一直在大力推廣FD-SOI技術。該公司於2015年提出了22FDX（22nm工藝）產品規劃。而就在前幾天舉行的第三屆上海FD-SOI與RF-SOI論壇上，該公司又發布了12FDX（12nm工藝）平台計劃。格羅方德也是業界第一個推出下一代FD-SOI技術路線圖的廠家。

該公司產品管理事業群高級副總裁AlainMutricy表示，他們計劃在2017年量產22FDX，並且在2019年量產12FDX。據說，12FDX的工作電壓將低於0.4伏，該技術的優勢是它能夠改變體偏壓，相比16nm和14nm的FinFET工藝，12FDX的能耗降低了50%。

格羅方德首席技術官兼全球研發高級副總裁Dr.GaryPatton表示，22FDX已經整合了RF，最重要的一點是能夠實現智能縮放，無需三重/四重曝光。對比10nm的FinFET，它的掩膜成本降低了40%，並且在模擬設計方面也更加靈活，降低40%，這就意味著降低成本，並減少了設計周期。

目前，FD-SOI推廣的最大障礙就是不完善的生態系統以及缺少相關的IP，因此，格羅方德在這些方面做了不少工作。AlainMutricy表示，我們的FDX客戶需要資源、IP，他們需要更好的解決方案，以便更好地支持下一代系統和設備的設計。

AlainMutricy表示，為了幫助客戶減少FDX的設計周期，加速上市時間。格羅方德的最初合作夥伴為我們開發了一系列的工具，比如EDA和一些IP，而且他們也開發了一些針對性的模塊，把這些模塊整合到應用當中，支持一系列的性能。另外，我們有一個初始合作夥伴叫Invecas，他們是格羅方德在全球的戰略合作夥伴，他們為我們開發了一系列的IP，比如基礎的IP和用戶介面等等。

大約有30種不同的IP都是基於22FDX開發的。這些IP都已經經過驗證，我們的客戶已經可以馬上進行產品設計，他們還會提供一些設計方案，這些方案能夠支持我們的客戶對技術上的一些要求，尤其是SOC。我們很高興宣布，Invecas已經基於ASIC的平台跟我們簽訂了協議，以提供支持。在接下來的幾周也會有更多的夥伴加入到我們當中來。

三星主攻28nm節點

三星是FD-SOI的重要推動力量。由於摩爾定律發展到28nm工藝節點的時候，出現了不同以往的情況，即從28nm開始，再向更高節點發展，如20、16、14、10、7nm等等，每集成電路當中每個電晶體的成本不再下降，而是提升。

所以該公司認為28nm工藝更適合物聯網（IoT）在成本、功耗和性能方面的要求，特別是MCU和傳感器產品。因此，三星LSI推出了「28FDS」技術和產品，並且於今年開始量產。

在FD-SOI的技術攻堅方面，三星一直在與STM和IBM緊密合作，解決了一些列的技術難題，並將研發成果應用於28FDS產品。

芯原微電子為FD-SOI做好設計服務工作

作為一家中國本土的IP和生態系統服務商，芯原微電子（VeriSilicon）也一直在關注並支持著FD-SOI的發展。該公司創始人，董事長兼總裁戴偉民（WayneDai）表示：「我們是一家SiPaaS平台即服務公司，芯原的業務主要以以IP為中心，提供基於平台、端到端的一站式設計服務。」

在為FD-SOI提供設計服務方面，戴偉民介紹了FD-SOI低功耗存儲編譯器，其具有低功耗、低漏電流、支持體偏壓等特點，並且已經為三星的28FDS和格羅方德的22FDX做好了設計服務準備，並期望在今年的第四季度實現出貨。

戴偉民還介紹了SOI材料在中國的發展情況。

中國的FD-SOI晶囿廠將花落誰家呢？讓我們拭目以待。

索尼GPS晶片支持華米手錶低功耗

索尼（SONY）公司也是FD-SOI的重要踐行者。該公司為我們帶來了其採用FD-SOI（整合了RF功能）工藝製造的GPS晶片CXD5603GF。該產品已於今年3月量產出貨。

由於物聯網器件對低功耗的要求很高，GPS晶片在這方面尤為突出，據介紹，索尼公司是從2013年開始投入進行FD-SOI技術研發的。要想實現低功耗，首先要實現地工作電壓。CXD5603GF成功的關鍵就在於，其實現了0.65V的工作電壓，這樣，與其前一代產品CXD5600GF相比，功耗由原來的6.3mW降到了1.5mW。