FD-SOI为什么会比FinFet成本与功耗都低?
为什么格罗方作德(GlobalFoundries)表示,12FDX能够以低于16/14nm FinFET的成本与功耗提供等同于10nm FinFET的性能呢?竟其原因,是FD-SOI采用了更简易的平面晶体管工艺,并且减小了掩膜数与曝光切割。如下图所示。
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图题:FD-SOI实现低成本与低功耗的原因
以具体数值来看:
1、16nm/14nm FinFET工艺成本相当于28nm的两倍
2、16nm/14nm FinFET工艺设计周期是28nm的2.4倍,7nm是28nm的5倍,而格罗方德目前成熟的22FDX与16nm/14nm FinFET工艺相比可以减少曝光切割50%以上,可以减少40%掩膜成本,而且无Fin-specific规则。“该平台支持全节点缩放,性能比现有FinFET工艺提升了15%,功耗降低了50%。而掩膜成本则比少于10nm FinFET工艺减少40%!”格罗方德的Alain Mutricy称。
在能效方面,22FDX由于可以做到超低电压0.4V运行,超低漏电(1pA/um),所以功耗下降不少。前面说的索尼那个意法代工的GPS芯片,28nm FD-SOI电压也可降到0.6V,所以功耗都实现了大幅降低。“不使用体偏,FD-SOI的漏电可以省25%,加上体偏,漏电可以再省5%。”Alain Mutricy表示,“并且格罗方德采用了软件可控的体偏,可以实现按需设计峰值,定制芯片的性能。这个功能对于智能手机、人工智能处理器以及VR/AR都十分重要。”
芯原半导体董事长戴伟民博士十分看好FD SOI,他指出,“从传统的体硅转向FD-SOI就像是换个跑道那么简单,但是,如果要转向FinFET,挤到FinFET的跑道就十分困难了。”芯原半导体与格罗方德、三星以及意法三家FD-SOI代工厂都有合作关系,帮助客户进行ASIC设计,对接FD-SOI工艺。
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图题:16/14nm Finfet与14nm FD-SOI的成本比较(来源:IBS)
FD-SOI对射频器件的集成优势将助力5G与NB IOT
作为绝缘硅,SOI对于射频器件比传统的体硅有天然的优势,这也是业界一致认为FD-SOI更适合于物联网IOT、5G、以及智能汽车SOC的重要原因。除了对RF的集成,现在几大代工厂商,包括三星、ST以及格罗方德都已实现将RF、模拟、eNVM以及高级逻辑在FD-SOI上整合的能力。并且,大家正在努力将高带宽的PA等高功率器件也集成进入FD-SOI,窄带宽的PA已实现CMOS集成,或者是在RF-SOI上的集成,比如wifi、蓝牙、zigbee等已实现全集成。“相比于体硅,SOI可以实现更高的漏极效率、可以实现更高的频宽,支持到未来的5G标准。”智慧微电子CEO李阳解释,他们目前通过混合RF-SOI与GsAs工艺,实现了部分频段LTE PA器件量产。
现在,大家最关注的是能否用FD-SOI工艺实现最热门的NB-IOT的集成。“我认为中国厂商的机会是通过FD-SOI实现弯道超车,比如在此工艺上实现全集成的NB-IOT。”戴伟民博士表示,他们已开始与中国客户在进行此项目的研发,比如大唐联芯,“FD-SOI对射频器件的集成优势,是我们看中它的主要原因。”联芯科技高级副总裁成飞表示,不过,他也分析道,“虽然NB IOT带宽比较窄,但如果要达到23db的增益,用FD SOI实现也还有比较大的挑战。”不过,对于FD-SOI目前的最大挑战是IP数量较少,不能满足RF器件的需求。Invecas是FD-SOI的IP提供商,但是目前还缺少一些核心的IP,比如GPS。
大家对于FD SOI的另一个重大机会则是来自于5G通信标准的RF器件集成,特别是毫米波的5G应用,相比于FinFET,由于SOI可以支持到更高的频率,它具有绝对的优势。