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除了低功耗與低成本,F(xiàn)D-SOI還有什么優(yōu)勢?

發(fā)布時間:2016-09-20 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】28納米以后邏輯工藝開始分岔:立體工藝FinFET由于獲得英特爾與臺積電的主推成為主流,14/16納米都已量產(chǎn),10納米工藝也有可能在2017年量產(chǎn);體硅工藝停止在28納米,想增加集成度而又對FinFET開發(fā)成本望而卻步的半導(dǎo)體公司另辟蹊徑。

“多年以后我們寫半導(dǎo)體發(fā)展史的話,28納米節(jié)點一定是濃墨重彩的一筆,它背后有很多的故事。”在2016 FD-SOI論壇上,復(fù)旦微電子總工程師沈磊如是說。的確,28納米以后邏輯工藝開始分岔:立體工藝FinFET由于獲得英特爾與臺積電的主推成為主流,14/16納米都已量產(chǎn),10納米工藝也有可能在2017年量產(chǎn);體硅工藝停止在28納米,想增加集成度而又對FinFET開發(fā)成本望而卻步的半導(dǎo)體公司另辟蹊徑,開始考慮通過3D或者2.5D封裝來延續(xù)摩爾定律;通過幾年的發(fā)展,平面工藝FD-SOI生態(tài)鏈漸趨成熟,CEA-Leti的研究結(jié)果表明FD-SOI工藝至少可以延續(xù)到7納米,這預(yù)示著FD-SOI不是一個孤節(jié)點工藝路線,設(shè)計公司與IP公司從觀望轉(zhuǎn)到介入,GlobalFoundries(格羅方德)表示目前有50余家設(shè)計公司在利用該公司的22納米FD-SOI工藝進行設(shè)計。
 
 
功耗性能比一向是FD-SOI工藝所強調(diào)的優(yōu)勢。根據(jù)三星提供的數(shù)據(jù),相比體硅工藝(28納米HKMG工藝),28納米FD-SOI功耗相當于體硅工藝的70%,性能要高出16%。格羅方德將在2017年量產(chǎn)的22FDX(22納米FD-SOI工藝)支持超低電壓運行,只需0.4V電壓就能夠支持邏輯運算,與28納米HKMG工藝相比,功耗降低了70%,漏電流只有約1pA/um。在此次論壇上引起熱議的索尼GPS芯片CXD5600即采用28納米FD-SOI工藝,由于在功耗方面的出色表現(xiàn),已經(jīng)被華米用于其新推出的AMAZFIT運動手表里面。
 
采用22FDX的GPS芯片將比現(xiàn)在的工藝更省電
  
格羅方德在此次論壇上發(fā)布12納米FD-SOI工藝路線圖,根據(jù)格羅方德的資料,這個被其稱為“12FDX”的工藝可用16/14納米FinFET成本實現(xiàn)10納米FinFET性能。 而相比16/14納米FinFET工藝,22FDX平臺在設(shè)計規(guī)則和制造上具備更大的成本優(yōu)勢,例如,MOL設(shè)計規(guī)則22FDX比16/14納米工藝減少 50%(總規(guī)則減少10~20%);無Fin-specific規(guī)則;減少曝光切割(約50%);更大器件套件(約2倍以上);最重要的是減少了40%的掩膜。
 
FD-SOI工藝可發(fā)展至7納米
 
沈磊表示,與FinFET工藝相比,F(xiàn)D-SOI工藝所需掩膜版更少,費用更節(jié)省,出片也更快。設(shè)計方案從體硅工藝遷移也更簡便快捷。
  
IBS 首席執(zhí)行官Handel Jones則比較了16/14納米FinFET與14納米FD SOI的晶圓成本與單位晶體管成本,根據(jù)他的計算,14納米FD-SOI工藝單位晶體管成本比相應(yīng)的FinFET工藝低了近17%。
 
FD-SOI工藝成本更低
  
FinFET高昂的開發(fā)成本(據(jù)Gartner最新數(shù)據(jù),開發(fā)一款14納米FinFET芯片,費用為8000萬美元左右)使得越來越少的設(shè)計公司能夠跟上工藝進步的步伐。物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品需求量大,并不要求極致的性能,但對功耗與成本要求極高,F(xiàn)D-SOI工藝成為絕佳的選擇,用沈磊的話說就是“適合的工藝是最好的工藝。”
 
28納米以后的FinFET工藝晶體管成本不再下降
  
除了低功耗與低成本,F(xiàn)D-SOI工藝在可靠性上也表現(xiàn)出色。沈磊指出,從意法半導(dǎo)體給出的數(shù)據(jù)來看,由于FD-SOI工藝的敏感體積更小,對閂鎖效應(yīng)(latch-up)免疫,具備更低的SRAM軟錯誤率,以及更好的電磁兼容性,使其更適用于高可靠應(yīng)用領(lǐng)域,例如汽車、銀行與生命維持系統(tǒng)等。
 
FD-SOI工藝可靠性更高
  
芯原微電子創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民也表示,F(xiàn)D-SOI工藝的超低軟錯誤率可減少存儲消耗,非常適用于汽車電子領(lǐng)域。芯原SiPaas(芯片設(shè)計服務(wù)平臺)中的汽車電子設(shè)計指南結(jié)合FD-SOI工藝,推出的汽車儀表盤片上系統(tǒng)方案可幫助設(shè)計公司通過車規(guī)ISO26262 ASIL資質(zhì)。
  
越過28納米節(jié)點以后,一直是FinFET的光芒更加耀眼,但FD-SOI也持續(xù)努力地尋找生存空間。低功耗、低成本、高可靠,這些特質(zhì)與物聯(lián)網(wǎng)終端的需求天然匹配,但往屆只有意法半導(dǎo)體與恩智浦有產(chǎn)品量產(chǎn),所以很多公司都在觀望。本屆論壇上索尼GPS芯片的量產(chǎn)引起了很多設(shè)計公司的關(guān)注,筆者了解到,國內(nèi)已有一些公司在嘗試采用FD-SOI工藝開發(fā)芯片,尤其是應(yīng)用于超低功耗或高可靠環(huán)境下的案例頗多。
  
FinFET還會領(lǐng)先,但FD-SOI曙光已現(xiàn),當有更多的設(shè)計公司、IP公司與系統(tǒng)公司真正參與到FD-SOI生態(tài)圈時,轉(zhuǎn)折點或已到來。

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