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FD SOI生态持续完善,与FinFET分庭抗礼局势形成

作者:时间:2017-09-28来源:集微网

  FD SOI技术在蓬勃发展的大环境下,以其低功耗、集成射频和存储、高性能等优势获得业界各方重视;在以芯原、Globalfoundries(格芯)、三星等为代表的企业的推动下,该产业链正逐步得到完善。此外,在中国大力发展集成电路的当口,FD-SOI技术还给中国企业带去更多的发展空间和机遇,如何充分利用FD-SOI技术优势,实现差异化创新成了众IC设计企业的探讨重点。此外,5G网络与的不断进化,对RF技术革新的强烈需求,对RF SOI技术带来更广大的市场前景。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201709/364971.htm

  FD SOI生态系统逐步完善

  2017年以来,全球半导体市场迎来了爆发式增长,其中SOI市场预计将以29%的年复合增长率增长,预计到2022年达到18亿万美元的规模。这些都归功于汽车电子、消费类芯片、智能电子产品领域的成长,而其中,亚太地区晶圆厂又将会是主力群体。

  FD SOI推广这么多年,近几年取得了阶段性的突破。中科院院士,中科院上海微系统与信息技术研究所所长王曦表示,近年来,全球晶圆厂以及相关的应用都发生了很大的转变,也取得了令人瞩目的成绩。这种成绩并不仅仅反映在传统工艺方面,也体现在SOI技术的发展上。中国将SOI工艺作为缩小与世界领先企业之间差距的着力点,一直在大力发展,目前在相关的生态搭建上已经取得了不错的成绩。例如今年格芯在成都投资成立了SOI工厂,成都政府也给予了大力的支持,并建立了相关的产业集群和产业联合体。

  格芯首席执行官Sanjay Jha表示,由于SOI技术适用于多种应用,并能够改善成本和性能,因此吸引大量的客户。目前SOI技术最主要的需求来自于移动市场,,RF以及汽车,这些应用都能够推动半导体产业保持两位数的增长。而中国市场是SOI技术在未来能否取得成功的关键,虽然SOI技术是一个性价比很好的解决方案,但是依然需要多方的支持。在近几年的大力推广下, SOI技术已经形成了比较广泛的生态圈。随着微缩工艺放缓,SOI技术作为一个在各方面性能表现都良好的技术,值得业界进行深入的投资。

  在工艺节点进展方面,三星电子晶圆代工业务执行副总裁兼总经理 ES Jung表示,三星晶圆代工业务发展路线将包括和FD-SOI两个方向,FD-SOI平台路线如下图。目前FD-SOI工艺主要集中在28nm,但是下一代的18nm将不会太远。FD SOI工艺将以28FDS和18FDS为基础,提供基础的工艺服务,未来将开发RF和eMRAM技术。

  

 

  而格芯的22FDX工艺已经ready,采用22FDX工艺的eMRAM能够为物联网、汽车、MCU等应用提供非常好的性能,快速写入速度、小尺寸等等,与相比能够提供更加优异的低功耗、高性能特性。下一代的12FDX的线路图也正式发布,将会聚焦于移动、5G、汽车、AR/VR、人工智能等多个领域,计划在2019年量产12FDX。据介绍12FDX的工作电压将低于0.4V,该技术的优势是能够改变体偏压,相比16nm和14nm的工艺,12FDX的能耗降低了50%。与14LPP和7LP工艺相比,12FDX在功耗与性能上能够提供很好的性价比。

  

 

  在应用方面,FD SOI工艺已经应用于消费电子和汽车电子产品中,对于消费电子应用而言,FD SOI工艺提供了更好的电池寿命,在汽车电子应用中,则提供了更好的能效使得集成更简单,并增加了可靠性。例如索尼新一代智能手表中的GPS,使用FD SOI工艺制造的芯片功耗能达到1mW,而目前市场上最优秀的GPS产品功耗大概在10mW,相比之下能减少5~10倍功耗。此外华米/卡西欧手表中也用到了FD SOI工艺器件。在汽车应用中,Mobileye的EyeQ4,以及NXP的i.MX8系列都应用了FD SOI来实现更好的功效。

  今年的一个亮点是加入了Arm处理器的对比。采用格芯SOI技术生产的A53处理器,相比28nm HKMG工艺,减少了25%面积,43%功耗,性能提升了11%。采用该工艺的T820 Mali GPU芯片面积减少了27%,M4系列则实现了90%的功耗优势。来自加州大学伯克利分校的研究团队从2011年至今,已经设计了10款采用28nm FD-SOI工艺的开源处理器架构RISC-V芯片,其中9个完成了功能测试,6款对外发布,1款进入生产阶段。采用的是意法半导体的28nm FD SOI。

  众多电子设计自动化(EDA)公司正积极研发与FD-SOI相关的IP。Cadence和Synopsys已有经过验证的FD-SOI IP,目前已经有10家中国客户在一年内流片或有测试芯片。作为本土的IC设计服务企业,芯原微电子(VeriSilicon)一直重点关注并推动着FD SOI的发展,前后与意法半导体、三星、格芯等企业合作推出了多款FD SOI工艺的产品,并在衬底偏置技术的探索及产品设计方面,投入了很大人力,取得了多个技术成果。

  

 

  在当前大热的人工智能领域,FD SOI显然也是大有可为。市场统计和咨询公司IBS首席执行官Handel H Jones博士表示,物联网、人工智能和深度学习将会成为未来中国半导体市场主要的驱动力。在巨大的市场需求面前,未来市场一定是属于AI和深度学习的,而所有重要的市场发展方向和需求都在指向高性能与低功耗,而这正是FD SOI工艺的优势所在。对于12nm的FD SOI来说,其Gate成本会比7nm的FinFET工艺降低27.0%,再有,FD-SOI的背偏压能力是低功耗的一大法宝,这一优势今后还会保持。

  

 

  显而易见,中国FD SOI生态正在形成。“中国应该‘两条腿走路’,同时发展FinFET和FD SOI,尤其要抓住FD SOI这个中国晶圆厂‘弯道超车’,也是中国无晶圆厂半导体厂商‘换道超车’的历史机遇。”芯原控股有限公司创始人/董事长兼总裁戴伟民博士指出。FD-SOI工艺无论是技术演进、产品落地、生态系统建设等方面,都向前进了一大步。不过,目前FD SOI的市场规模还是相对较小,产品还处于冲量阶段,期待这一市场尽快迎来真正的爆发。

  5G驱动RF SOI需求快速爆发

  FD SOI快速发展的同时,RF SOI也获得了越来越多的关注。现今大多数RF应用在智能手机、WiFi等无线通信领域,其中绝大多数使用了RF SOI工艺制造。在手机网络转向LTE或5G的过程中,设备设计会更加复杂,并且随着5G与物联网的不断进化,迎来新一轮智能手机的更新换代,这一切都需要更加成熟的RF技术支持。这些都意味着对RF技术革新的强烈需求,以及一个潜力巨大的RF SOI硅片需求。

  上海新傲科技总经理王庆宇博士指出,随着4G网络的普及,5G网络的到来以及物联网的兴起,一个无线新时代即将来临,他们正在重塑人们的生活习惯。不管是终端的移动和物联网市场,还是新傲,都继续看好RF SOI。为此,新傲科技已准备就绪,2016年已成功通过汽车电子客户的质量认证,并在下边年达成量产。今年初已经成功送样多家国际RF客户,预计四季度实现大批量供应。

  

 

  新傲是一家研发和制造SOI材料的企业,是国内领先的高端硅基材料公司。新傲采用SIMOX,BONDING,SIMBOND和Smart-Cut等四种技术,满足世界主流IC生产线的需求。新傲的SOI材料广泛应用于射频器件、汽车电子、MEMS和光电子等领域。据王庆宇介绍,新傲目前的年产量规模已达到10万片,预计2018年中可以达到15万片,随着全球RF市场的不断升温,新傲有计划进一步扩大产能,以缓解当下供不应求的状况。

  

 

  SOI产业联盟联合执行总裁Giorgio CESANA介绍说,SOI联盟成立于2007年10月,是一个聚集了各类从事SOI为基础技术的公司的非盈利协会,旨在促进SOI技术的发展并加速SOI市场的增长,覆盖从学术界到材料、设备、制造、IP设计以及IC应用。目前该联盟已有28家成员单位,并在不断扩大。

  SOI产业联盟Carlos MAZURE指出,5G已经带来了更多的机会给产业,一个是sub-6GHz,一个是毫米波,这两个方向带来了很多市场机会,尤其是中国很多企业进入了这两个新领域。中国的RF市场正在快速增长,RF SOI已经成为一个业界标准,不论是苹果、三星、索尼还是其他手机,都采用了该技术。

  

 

  包括Tower Jazz、索尼、中国移动、RDA、中芯国际、Smartmicro(慧智微电子)等来自RF SOI生态系统的各环节企业都分享了对该领域市场的展望。RF器件和制造工艺市场正在升温,这种态势对于智能手机中使用的两个关键组件——射频开关器件和天线调谐器尤为明显。射频器件制造商及其代工合作伙伴继续推出基于RF SOI工艺技术的传统射频开关芯片和调谐器。

  慧智微电子2012年成立,2016年6月以投后6亿人民币估值完成了9,200万人民币的融资,成为已批量出货的几家射频器件明星公司之一。该公司采用了全新的“可重构”的架构:SOI +GaAs的方式来实现多频多模RF前端器件的集成,其4G射频前端产品已被中兴和一些白牌厂商开始采用。随着SOI的成熟与渐行渐行热,他们的架构正在被越来越多的客户所认可。其基于自主知识产权、射频工业界革命性的AgiPAM可重构技术,射频调谐范围从700MHz到2.7GHz,颠覆了传统功放效率和频率覆盖范围的技术限制。

  慧智微CTO Peter Li表示,5G时代要求高性价比的解决方案,以应对复杂服务器、多频、多天线、多模等从需求,而现阶段的解决方案不足以适应5G系统的整体解决方案。可重构射频前端则是软件定义产品领域的基石,SOI技术则为软件定义的射频前端模块提供了出色的工艺平台。据其表示该公司可重构高性能的射频前端产品S5643性能可媲美美系产品,却只内置了3个MMMB PA die,友商却需要7个。

  

 

  综上, RF SOI 对RF射频与系统芯片的集成、支持5G毫米波技术以及在超低功耗的实现,使其拥有了获取更多半导体厂商青睐的资本。而接下来,参与者要做的是抓住中国市场的发展机遇,攻克该工艺技术面临的发展瓶颈,快速建立起强大的生态,以推动其稳定发展。



关键词: FinFET 物联网

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