FD SOI生態(tài)持續(xù)完善，與FinFET分庭抗禮局勢(shì)形成

　　FD SOI技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下，以其低功耗、集成射頻和存儲(chǔ)、高性能等優(yōu)勢(shì)獲得業(yè)界各方重視;在以芯原、Globalfoundries(格芯)、三星等為代表的企業(yè)的推動(dòng)下，該產(chǎn)業(yè)鏈正逐步得到完善。此外，在中國(guó)大力發(fā)展集成電路的當(dāng)口，F(xiàn)D-SOI技術(shù)還給中國(guó)企業(yè)帶去更多的發(fā)展空間和機(jī)遇，如何充分利用FD-SOI技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)差異化創(chuàng)新成了眾IC設(shè)計(jì)企業(yè)的探討重點(diǎn)。此外，5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的不斷進(jìn)化，對(duì)RF技術(shù)革新的強(qiáng)烈需求，對(duì)RF SOI技術(shù)帶來(lái)更廣大的市場(chǎng)前景。

　　FD SOI生態(tài)系統(tǒng)逐步完善

　　2017年以來(lái)，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，其中SOI市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以29%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2022年達(dá)到18億萬(wàn)美元的規(guī)模。這些都?xì)w功于汽車電子、消費(fèi)類芯片、智能電子產(chǎn)品領(lǐng)域的成長(zhǎng)，而其中，亞太地區(qū)晶圓廠又將會(huì)是主力群體。

　　FD SOI推廣這么多年，近幾年取得了階段性的突破。中科院院士，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所所長(zhǎng)王曦表示，近年來(lái)，全球晶圓廠以及相關(guān)的應(yīng)用都發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，也取得了令人矚目的成績(jī)。這種成績(jī)并不僅僅反映在傳統(tǒng)工藝方面，也體現(xiàn)在SOI技術(shù)的發(fā)展上。中國(guó)將SOI工藝作為縮小與世界領(lǐng)先企業(yè)之間差距的著力點(diǎn)，一直在大力發(fā)展，目前在相關(guān)的生態(tài)搭建上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。例如今年格芯在成都投資成立了SOI工廠，成都政府也給予了大力的支持，并建立了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)集群和產(chǎn)業(yè)聯(lián)合體。

　　格芯首席執(zhí)行官Sanjay Jha表示，由于SOI技術(shù)適用于多種應(yīng)用，并能夠改善成本和性能，因此吸引大量的客戶。目前SOI技術(shù)最主要的需求來(lái)自于移動(dòng)市場(chǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，RF以及汽車，這些應(yīng)用都能夠推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)。而中國(guó)市場(chǎng)是SOI技術(shù)在未來(lái)能否取得成功的關(guān)鍵，雖然SOI技術(shù)是一個(gè)性價(jià)比很好的解決方案，但是依然需要多方的支持。在近幾年的大力推廣下， SOI技術(shù)已經(jīng)形成了比較廣泛的生態(tài)圈。隨著微縮工藝放緩，SOI技術(shù)作為一個(gè)在各方面性能表現(xiàn)都良好的技術(shù)，值得業(yè)界進(jìn)行深入的投資。

　　在工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)展方面，三星電子晶圓代工業(yè)務(wù)執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理 ES Jung表示，三星晶圓代工業(yè)務(wù)發(fā)展路線將包括FinFET和FD-SOI兩個(gè)方向，F(xiàn)D-SOI平臺(tái)路線如下圖。目前FD-SOI工藝主要集中在28nm，但是下一代的18nm將不會(huì)太遠(yuǎn)。FD SOI工藝將以28FDS和18FDS為基礎(chǔ)，提供基礎(chǔ)的工藝服務(wù)，未來(lái)將開(kāi)發(fā)RF和eMRAM技術(shù)。

　　而格芯的22FDX工藝已經(jīng)ready，采用22FDX工藝的eMRAM能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、汽車、MCU等應(yīng)用提供非常好的性能，快速寫入速度、小尺寸等等，與FinFET相比能夠提供更加優(yōu)異的低功耗、高性能特性。下一代的12FDX的線路圖也正式發(fā)布，將會(huì)聚焦于移動(dòng)、5G、汽車、AR/VR、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域，計(jì)劃在2019年量產(chǎn)12FDX。據(jù)介紹12FDX的工作電壓將低于0.4V，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能夠改變體偏壓，相比16nm和14nm的FinFET工藝，12FDX的能耗降低了50%。與14LPP和7LP工藝相比，12FDX在功耗與性能上能夠提供很好的性價(jià)比。

　　在應(yīng)用方面，F(xiàn)D SOI工藝已經(jīng)應(yīng)用于消費(fèi)電子和汽車電子產(chǎn)品中，對(duì)于消費(fèi)電子應(yīng)用而言，F(xiàn)D SOI工藝提供了更好的電池壽命，在汽車電子應(yīng)用中，則提供了更好的能效使得集成更簡(jiǎn)單，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工藝制造的芯片功耗能達(dá)到1mW，而目前市場(chǎng)上最優(yōu)秀的GPS產(chǎn)品功耗大概在10mW，相比之下能減少5~10倍功耗。此外華米/卡西歐手表中也用到了FD SOI工藝器件。在汽車應(yīng)用中，Mobileye的EyeQ4，以及NXP的i.MX8系列都應(yīng)用了FD SOI來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的功效。

　　今年的一個(gè)亮點(diǎn)是加入了Arm處理器的對(duì)比。采用格芯SOI技術(shù)生產(chǎn)的A53處理器，相比28nm HKMG工藝，減少了25%面積，43%功耗，性能提升了11%。采用該工藝的T820 Mali GPU芯片面積減少了27%，M4系列則實(shí)現(xiàn)了90%的功耗優(yōu)勢(shì)。來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)從2011年至今，已經(jīng)設(shè)計(jì)了10款采用28nm FD-SOI工藝的開(kāi)源處理器架構(gòu)RISC-V芯片，其中9個(gè)完成了功能測(cè)試，6款對(duì)外發(fā)布，1款進(jìn)入生產(chǎn)階段。采用的是意法半導(dǎo)體的28nm FD SOI。

　　眾多電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)公司正積極研發(fā)與FD-SOI相關(guān)的IP。Cadence和Synopsys已有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的FD-SOI IP，目前已經(jīng)有10家中國(guó)客戶在一年內(nèi)流片或有測(cè)試芯片。作為本土的IC設(shè)計(jì)服務(wù)企業(yè)，芯原微電子(VeriSilicon)一直重點(diǎn)關(guān)注并推動(dòng)著FD SOI的發(fā)展，前后與意法半導(dǎo)體、三星、格芯等企業(yè)合作推出了多款FD SOI工藝的產(chǎn)品，并在襯底偏置技術(shù)的探索及產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，投入了很大人力，取得了多個(gè)技術(shù)成果。

　　在當(dāng)前大熱的人工智能領(lǐng)域，F(xiàn)D SOI顯然也是大有可為。市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)和咨詢公司IBS首席執(zhí)行官Handel H Jones博士表示，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和深度學(xué)習(xí)將會(huì)成為未來(lái)中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)主要的驅(qū)動(dòng)力。在巨大的市場(chǎng)需求面前，未來(lái)市場(chǎng)一定是屬于AI和深度學(xué)習(xí)的，而所有重要的市場(chǎng)發(fā)展方向和需求都在指向高性能與低功耗，而這正是FD SOI工藝的優(yōu)勢(shì)所在。對(duì)于12nm的FD SOI來(lái)說(shuō)，其Gate成本會(huì)比7nm的FinFET工藝降低27.0%，再有，F(xiàn)D-SOI的背偏壓能力是低功耗的一大法寶，這一優(yōu)勢(shì)今后還會(huì)保持。

　　顯而易見(jiàn)，中國(guó)FD SOI生態(tài)正在形成。“中國(guó)應(yīng)該‘兩條腿走路’，同時(shí)發(fā)展FinFET和FD SOI，尤其要抓住FD SOI這個(gè)中國(guó)晶圓廠‘彎道超車’，也是中國(guó)無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體廠商‘換道超車’的歷史機(jī)遇。”芯原控股有限公司創(chuàng)始人/董事長(zhǎng)兼總裁戴偉民博士指出。FD-SOI工藝無(wú)論是技術(shù)演進(jìn)、產(chǎn)品落地、生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)等方面，都向前進(jìn)了一大步。不過(guò)，目前FD SOI的市場(chǎng)規(guī)模還是相對(duì)較小，產(chǎn)品還處于沖量階段，期待這一市場(chǎng)盡快迎來(lái)真正的爆發(fā)。

　　5G驅(qū)動(dòng)RF SOI需求快速爆發(fā)

　　FD SOI快速發(fā)展的同時(shí)，RF SOI也獲得了越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)今大多數(shù)RF應(yīng)用在智能手機(jī)、WiFi等無(wú)線通信領(lǐng)域，其中絕大多數(shù)使用了RF SOI工藝制造。在手機(jī)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向LTE或5G的過(guò)程中，設(shè)備設(shè)計(jì)會(huì)更加復(fù)雜，并且隨著5G與物聯(lián)網(wǎng)的不斷進(jìn)化，迎來(lái)新一輪智能手機(jī)的更新?lián)Q代，這一切都需要更加成熟的RF技術(shù)支持。這些都意味著對(duì)RF技術(shù)革新的強(qiáng)烈需求，以及一個(gè)潛力巨大的RF SOI硅片需求。

　　上海新傲科技總經(jīng)理王慶宇博士指出，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，5G網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)以及物聯(lián)網(wǎng)的興起，一個(gè)無(wú)線新時(shí)代即將來(lái)臨，他們正在重塑人們的生活習(xí)慣。不管是終端的移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，還是新傲，都繼續(xù)看好RF SOI。為此，新傲科技已準(zhǔn)備就緒，2016年已成功通過(guò)汽車電子客戶的質(zhì)量認(rèn)證，并在下邊年達(dá)成量產(chǎn)。今年初已經(jīng)成功送樣多家國(guó)際RF客戶，預(yù)計(jì)四季度實(shí)現(xiàn)大批量供應(yīng)。

　　新傲是一家研發(fā)和制造SOI材料的企業(yè)，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高端硅基材料公司。新傲采用SIMOX，BONDING，SIMBOND和Smart-Cut等四種技術(shù)，滿足世界主流IC生產(chǎn)線的需求。新傲的SOI材料廣泛應(yīng)用于射頻器件、汽車電子、MEMS和光電子等領(lǐng)域。據(jù)王慶宇介紹，新傲目前的年產(chǎn)量規(guī)模已達(dá)到10萬(wàn)片，預(yù)計(jì)2018年中可以達(dá)到15萬(wàn)片，隨著全球RF市場(chǎng)的不斷升溫，新傲有計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，以緩解當(dāng)下供不應(yīng)求的狀況。

　　SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)合執(zhí)行總裁Giorgio CESANA介紹說(shuō)，SOI聯(lián)盟成立于2007年10月，是一個(gè)聚集了各類從事SOI為基礎(chǔ)技術(shù)的公司的非盈利協(xié)會(huì)，旨在促進(jìn)SOI技術(shù)的發(fā)展并加速SOI市場(chǎng)的增長(zhǎng)，覆蓋從學(xué)術(shù)界到材料、設(shè)備、制造、IP設(shè)計(jì)以及IC應(yīng)用。目前該聯(lián)盟已有28家成員單位，并在不斷擴(kuò)大。

　　SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟Carlos MAZURE指出，5G已經(jīng)帶來(lái)了更多的機(jī)會(huì)給產(chǎn)業(yè)，一個(gè)是sub-6GHz，一個(gè)是毫米波，這兩個(gè)方向帶來(lái)了很多市場(chǎng)機(jī)會(huì)，尤其是中國(guó)很多企業(yè)進(jìn)入了這兩個(gè)新領(lǐng)域。中國(guó)的RF市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，RF SOI已經(jīng)成為一個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，不論是蘋果、三星、索尼還是其他手機(jī)，都采用了該技術(shù)。

　　包括Tower Jazz、索尼、中國(guó)移動(dòng)、RDA、中芯國(guó)際、Smartmicro(慧智微電子)等來(lái)自RF SOI生態(tài)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)企業(yè)都分享了對(duì)該領(lǐng)域市場(chǎng)的展望。RF器件和制造工藝市場(chǎng)正在升溫，這種態(tài)勢(shì)對(duì)于智能手機(jī)中使用的兩個(gè)關(guān)鍵組件——射頻開(kāi)關(guān)器件和天線調(diào)諧器尤為明顯。射頻器件制造商及其代工合作伙伴繼續(xù)推出基于RF SOI工藝技術(shù)的傳統(tǒng)射頻開(kāi)關(guān)芯片和調(diào)諧器。

　　慧智微電子2012年成立，2016年6月以投后6億人民幣估值完成了9,200萬(wàn)人民幣的融資，成為已批量出貨的幾家射頻器件明星公司之一。該公司采用了全新的“可重構(gòu)”的架構(gòu)：SOI +GaAs的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻多模RF前端器件的集成，其4G射頻前端產(chǎn)品已被中興和一些白牌廠商開(kāi)始采用。隨著SOI的成熟與漸行漸行熱，他們的架構(gòu)正在被越來(lái)越多的客戶所認(rèn)可。其基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、射頻工業(yè)界革命性的AgiPAM可重構(gòu)技術(shù)，射頻調(diào)諧范圍從700MHz到2.7GHz，顛覆了傳統(tǒng)功放效率和頻率覆蓋范圍的技術(shù)限制。

　　慧智微CTO Peter Li表示，5G時(shí)代要求高性價(jià)比的解決方案，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜服務(wù)器、多頻、多天線、多模等從需求，而現(xiàn)階段的解決方案不足以適應(yīng)5G系統(tǒng)的整體解決方案?？芍貥?gòu)射頻前端則是軟件定義產(chǎn)品領(lǐng)域的基石，SOI技術(shù)則為軟件定義的射頻前端模塊提供了出色的工藝平臺(tái)。據(jù)其表示該公司可重構(gòu)高性能的射頻前端產(chǎn)品S5643性能可媲美美系產(chǎn)品，卻只內(nèi)置了3個(gè)MMMB PA die，友商卻需要7個(gè)。

　　綜上， RF SOI 對(duì)RF射頻與系統(tǒng)芯片的集成、支持5G毫米波技術(shù)以及在超低功耗的實(shí)現(xiàn)，使其擁有了獲取更多半導(dǎo)體廠商青睞的資本。而接下來(lái)，參與者要做的是抓住中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展機(jī)遇，攻克該工藝技術(shù)面臨的發(fā)展瓶頸，快速建立起強(qiáng)大的生態(tài)，以推動(dòng)其穩(wěn)定發(fā)展。