警鐘：芯片廠商如果忽視22nm FD-SOI工藝，可能錯(cuò)過良機(jī)

?

在近期的一次產(chǎn)業(yè)會(huì)議上，與會(huì)嘉賓給出了關(guān)于22nm FD-SOI工藝的更多細(xì)節(jié)，包括一家生產(chǎn)FD-SOI需要的晶圓裸片的公司SOITEC的演講。以及，我與業(yè)內(nèi)資深人士溝通后獲得的更多細(xì)節(jié)信息。同時(shí)會(huì)議期間還專門組織了一場(chǎng)有很多22nm FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的人士參與的會(huì)議。

Gary Patton曾是IBM半導(dǎo)體研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人。由于IBM當(dāng)時(shí)保留了半導(dǎo)體研發(fā)部門，所以Gary可以自愿決定繼續(xù)留在IBM還是加入GlobalFoundries。最終，他選擇了以CTO的身份加入GF。

先介紹一點(diǎn)歷史作為背景資料。IBM曾經(jīng)在其高端處理器上使用SOI，但是不是全耗盡型的只是部分耗盡。這個(gè)工藝的性能非常高，但價(jià)格也很昂貴，并且這個(gè)工藝很難搞定。IBM和GlobalFoundries還有一個(gè)在新加坡的RF-SOI工藝，它是現(xiàn)代多頻帶手機(jī)的射頻單元中所采用的基底的首選。你的手機(jī)里肯定也有RF-SOI的身影，因?yàn)槟壳八械氖謾C(jī)都是多頻帶的（它比采用SiGe或GaAs便宜不少）。 IBM的射頻工藝（他們?cè)谶@方面是全球領(lǐng)導(dǎo)者）分布在伯靈頓、德累斯頓和新加坡。

Gary提到，盡管IBM決定繼續(xù)研究FinFET，但它仍然沒有放棄在奧爾巴尼進(jìn)行的FD-SOI的研究。當(dāng)然，還有意法半導(dǎo)體開發(fā)的授權(quán)給GlobalFoundries的28nm FD-SOI，但是，當(dāng)意法半導(dǎo)體和GF把28nm FD-SOI工藝推薦給客戶時(shí)，卻被告知該工藝的性能不夠高。因此，他們決定開發(fā)一個(gè)22nm的版本，以盡量接近FinFET的性能，而且可以以與28nm相同的制造成本進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)功耗也低得多。

正如在之前的文章中提到的，盡管22FDX的工藝非常模塊化，但該工藝家族其實(shí)包括4種不同的制程，每個(gè)制程雖然都有一些額外的掩膜，但基本的工藝是一致的。

GlobalFoundries既然已經(jīng)從三星那里得到了14nm FinFET的授權(quán)，為什么還這么重視FD-SOI呢？代工業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)力來自于低端市場(chǎng)的大體量和高速增長。雖然，最高端的手機(jī)應(yīng)用處理器需要FinFET，但是價(jià)格太高，無法成為主流。想想新興市場(chǎng)上廉價(jià)的應(yīng)用處理器和需要多達(dá)一周的電池壽命吧。

那么，22nm FD-SOI的主要特點(diǎn)有哪些呢？

• 工作電壓低至0.4V，它是世界上唯一一個(gè)可以把電壓做到這么低的工藝，包括所有已知的正在開發(fā)中的工藝。
• 集成射頻，絕緣襯底讓這變得更簡單了。
• 體偏壓使得在軟件控制下可以更好地進(jìn)行功率和性能的平衡。
• 比28HKMG的功耗低大約70%。
• 性能比28HKMG大約高70%（擊穿正向體偏壓為1.5V，實(shí)際上可以到1.8V），當(dāng)然不是在最低的功耗下做到這一點(diǎn)的。
• 比FinFET少50%的沉浸層（因此可以顯著地降低制造成本和掩膜成本）。
• 比28nm平面工藝的硅片占用面積少20%。

那么，它的可用性怎么樣呢？最初的工藝開發(fā)套件已經(jīng)開放給早期的用戶和IP開發(fā)者了。由于22FDX與28nm FD-SOI很類似，不需要兩次圖形曝光技術(shù)，也不像FinFET那么復(fù)雜，所以該工藝進(jìn)展迅速，設(shè)計(jì)輔助工具（EDA和IP等）和工藝的發(fā)展同期進(jìn)行，該工藝有望被驗(yàn)證合格后盡快地流片。

所以，該工藝將會(huì)怎樣進(jìn)一步發(fā)展呢？目前已經(jīng)進(jìn)行了內(nèi)部shuttle，并將在2016年第一季度啟動(dòng)外部shuttle，并計(jì)劃在2016年底進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。

顯然，該閃電般的第一顆測(cè)試芯片比以往任何一版都要接近目標(biāo)，晶體管準(zhǔn)確運(yùn)行，只有2%的性能折扣。

這一工藝將會(huì)在德累斯頓工廠運(yùn)行，采用與28nm相同的工具集，也可以在馬耳他或East Fishkill運(yùn)行，但是不會(huì)安排在新加坡?？蔀榇罅康挠脩籼峁┳銐虻漠a(chǎn)能。

我問過Gary關(guān)于10nm和7nm的事情，他指出，由于收購了IBM的半導(dǎo)體部門，所以有大量從事了數(shù)十年前沿技術(shù)開發(fā)工作的天才專家，他們大多常駐馬耳他，正在加快10/7nm的開發(fā)，而且距奧爾巴尼的納米技術(shù)中心也不遠(yuǎn)，僅有20分鐘的車程。

很多公司的CEO們也發(fā)表了對(duì)FD-SOI的看法，主要結(jié)論是，擊穿正向體偏壓（FBB）是唯一需要特別注意的事情。顯然，需要?jiǎng)?chuàng)建物理驗(yàn)證規(guī)則系統(tǒng)，但是既然DRC/LVS已經(jīng)支持20nm平面晶體管、16nm FinFET、28nm FD-SOI，所以預(yù)計(jì)沒有什么問題。從事IP工作的人全都具有28nm FD-SOI經(jīng)驗(yàn)，所以應(yīng)該也沒什么問題。ARM的Ron Moore證實(shí)他們已經(jīng)拿到了工藝開發(fā)套件，正在檢驗(yàn)ARM處理器的性能（這也意味著他們必須先建立一個(gè)初步的標(biāo)準(zhǔn)單元庫）。

所以，F(xiàn)D-SOI工藝已不容忽視。

更多有關(guān)FD-SOI工藝的資訊，歡迎訪問?與非網(wǎng)FD-SOI專區(qū)

與非網(wǎng)編譯，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！