FD-SOI會(huì)是顛覆性技術(shù)嗎？

　　全耗盡型絕緣上覆矽(FD-SOI)制程技術(shù)正從原本的“遲到”(too-late)位置搖身一變，成為可望在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與汽車市場(chǎng)取代鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)的理想替代方案了。對(duì)于許多人來說，業(yè)界主導(dǎo)廠商代表出席一場(chǎng)相關(guān)領(lǐng)域的業(yè)界活動(dòng)，象征著為這項(xiàng)技術(shù)背書。

　　“我認(rèn)為，FD-SOI正蓄勢(shì)待發(fā)。也許還得經(jīng)過幾年的時(shí)間，但它終將獲得新的動(dòng)能，并發(fā)展成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，”International Business Strategies (IBS)創(chuàng)辦人兼執(zhí)行長(zhǎng)Handel Jones指出。

　　相較于FinFET，FD-SOI具備更多優(yōu)點(diǎn)。雖然FinFET的性能極高，但少了成本效率。FD-SOI基板雖然較昂貴，但制程卻較低功耗、bulk性能更好，也更適用于RF——而這正是IoT的關(guān)鍵。從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，F(xiàn)D-SOI較簡(jiǎn)單，讓工程師在矽后(post-silicon)仍能調(diào)整產(chǎn)品。

　　VLSI Research調(diào)查選擇FD-SOI的主要原因

　　“如果全球最大的公司——英特爾(Intel)在進(jìn)入真正的14nm時(shí)遇到困難，你就會(huì)知道這項(xiàng)技術(shù)并不簡(jiǎn)單。”VLSI Research執(zhí)行長(zhǎng)Dan Hutcheson補(bǔ)充說，決定采用FD-SOI制程存在一些商業(yè)因素。“最重要的原因在于其設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，上市時(shí)程也變得更快了——特別是對(duì)于一家規(guī)模較小的組織而言。我知道有許多人反而不喜歡它像是便宜版的FinFET，但它確實(shí)如此。”

　　VLSI Research針對(duì)半導(dǎo)體業(yè)者的FD-SOI發(fā)展藍(lán)圖展開調(diào)查

　　在日前于美國(guó)加州舉行的FD-SOI研討會(huì)上，業(yè)界大廠也支持Hutchenson的看法。恩智浦(NXP )詳述采用28nm FD-SOI成功打造i.MX 7和其它8款處理器;Sony宣布正出貨0.65 Volt GPS晶片;新思(Synopsys)、益華(Cadence)、Ciena和意法半導(dǎo)體 (STMicroelectronics)也陸續(xù)發(fā)表相關(guān)產(chǎn)品或研究成果;三星(Samsung)宣布今年有10款28nm制程的產(chǎn)品投片，而GlobalFoundries則將投入其于德勒斯登(Dresden)晶圓廠的大部份產(chǎn)能于22nm FD-SOI制程。

　　Soitec技術(shù)長(zhǎng)Carlos Mazure說，對(duì)于FD-SOI產(chǎn)業(yè)來說，三星和GlobalFoundries發(fā)表的“有力聲明”可說是個(gè)好兆頭，“它主要在告訴這個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)在有兩種代工制程、有競(jìng)爭(zhēng)、也有市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力，他們正競(jìng)相爭(zhēng)取無晶圓廠支持…而這對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來說是良性的。”

　　雖然代工廠是整個(gè)議題的關(guān)鍵，ARM出現(xiàn)在這場(chǎng)研討會(huì)中更備受矚目。Mazure說，ARM大多都在場(chǎng)邊觀戰(zhàn)等待最終定局，但這次的現(xiàn)身更為此憑添可靠性。“只要ARM出聲，就像晶片已就緒了。”

　　“我們認(rèn)為，22nm FD-SOI可讓你的性能提高一倍，并改善10倍的漏電問題。很顯然地，這相當(dāng)具有說服力。”ARM實(shí)體設(shè)計(jì)部門總經(jīng)理Will Abbey表示，“ARM的Cortex A32與A35核心具備低功率與高效能懮勢(shì)，能夠適當(dāng)?shù)貫楣β拭舾械腎oT應(yīng)用進(jìn)行反向閘極偏置，顯然是FD-SOI的理想方案。”

　　FD-SOI市場(chǎng)成形

　　從代工廠的立場(chǎng)來看，Jones估計(jì)，瞄準(zhǔn)FD-SOI規(guī)劃的資金將在2020年以前達(dá)到150-200億美元左右，其中約有120億美元將用于28nm，而30億美元?jiǎng)t分配于22nm。他預(yù)計(jì)，在同一期間的FD-SOI產(chǎn)品將有300-400億美元的規(guī)模。

　　各制程節(jié)點(diǎn)的FDSOI代工市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)(來源：International Business Strategies)

　　盡管如此，Hutchenson說，選擇FD-SOI存在復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)，它取決于公司的目標(biāo)市場(chǎng)，以及愿意為此制程技術(shù)堅(jiān)持到底的決心。

　　“我們需要業(yè)界一些真正強(qiáng)而有力的大廠登高一呼，而且必須由一些EDA公司、代工廠與感測(cè)器公司共同組成。”

　　這些業(yè)業(yè)巨擘們也必須發(fā)展一個(gè)IP生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，工程師們必須學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)技巧。

　　“FD-SOI提供了非常有趣的設(shè)計(jì)原則——即反向偏置。這個(gè)技巧在50年前有效地與微縮、摻雜技術(shù)并用，”Mazure指出，“但由于效率不高且久被遺忘，年輕一代的設(shè)計(jì)人員過去并未學(xué)習(xí)。因此，工程師社群必須重新學(xué)習(xí)這項(xiàng)設(shè)計(jì)技巧。”

　　此外，從較小的制程節(jié)點(diǎn)來看，這項(xiàng)技術(shù)也面臨著與FinFET類似的問題。三星現(xiàn)正研究開發(fā)20nm或14nm FD-SOI的“均衡成本要素”，而GlobalFoundries則在一年內(nèi)投資了10億美元，用于研發(fā)下一代的制程幾何。

　　VLSI Research眼中的SOI制程節(jié)點(diǎn)開發(fā)藍(lán)圖

　　雖然FD-SOI可望成為FinFET的實(shí)際替代方案，特別是針對(duì)需要微縮成本、類比優(yōu)勢(shì)與可靠功率的市場(chǎng);不過，Hutchenson總結(jié)說，F(xiàn)D-SOI還稱不上是真正的顛覆性技術(shù)。

　　Hutchenson強(qiáng)調(diào)，“FD-SOI并不具有顛覆性，但可望推動(dòng)顛覆性進(jìn)展。IoT才最具有顛覆力量：它將會(huì)像智慧型手機(jī)一樣帶來強(qiáng)大的顛覆性進(jìn)展。”