意法愛立信移動平臺多核處理技術(shù)（三）

近些年，為確保硅制造技術(shù)節(jié)點進(jìn)一步降低，突破傳統(tǒng)技術(shù)即將達(dá)到的極限，半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)行了大量新技術(shù)研發(fā)，取得了很多具有突破性的開發(fā)成果，例如， FinFET 和 FD-SOI 制造工藝。

意法·愛立信將意法半導(dǎo)體的FD-SOI （全耗盡型絕緣體上硅）技術(shù)用于其性能非常優(yōu)異的下一代28nm 移動平臺。在這里，我們只從計算性能的角度簡要分析FD-SOI 的技術(shù)優(yōu)勢，說明此項技術(shù)如何能夠進(jìn)一步提升單核處理器的性能，讓我們繼續(xù)專注速度更快的雙核處理器，以獲得更高的軟件性能。

如圖7 所示，由于插入超溥埋氧層襯底，F(xiàn)D-SOI 使晶體管電特性得到大幅提升，同時繼續(xù)使用非常成熟的平面工藝制造芯片。

下面概括FD-SOI 的優(yōu)點

· 速度更快：在相同的技術(shù)節(jié)點，F(xiàn)D-SOI 晶體管的溝道比體效應(yīng)晶體管的溝道短，而且前者是全耗盡型溝道，無摻雜劑。在這兩個因素共同作用下，F(xiàn)D-SOI 晶體管在相同電壓時開關(guān)速度更快，在功耗相同條件下，高壓工作頻率提高35%，低壓工作頻率提高。

· 功耗更低：有多個因素促使功耗降低：全耗盡溝道消除了漏極引起的寄生效應(yīng)，在低功耗模式，可更好地限制載流子從源極流向漏極；更厚的柵電介質(zhì)層可降低柵極泄漏電流；更好地控制體偏壓技術(shù) （為更好地控制速度和功耗而向晶體管體施加的電壓）。結(jié)果，在高性能時，功耗降低 35%；在低性能時，功耗降幅更大，高達(dá)50% 。

· 工藝更簡單：FD-SOI 制造工藝與28nm 體效應(yīng)技術(shù)（bulk）的相近程度達(dá)到 90%，總工序減少15%，研發(fā)周期更短。此外，F(xiàn)D-SOI 技術(shù)無需壓力源或其它類似的復(fù)雜技術(shù)，而其它工藝可能需要這些技術(shù)。最終工藝的復(fù)雜度低于體效應(yīng)技術(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于技術(shù)。

從微處理器設(shè)計角度看， 相對于體效應(yīng)技術(shù)，F(xiàn)D-SOI 的優(yōu)勢十分明顯（見圖

· 電壓/功耗相同時，F(xiàn)D-SOI 可取得更高的頻率，或者在頻率相同時，F(xiàn)D-SOI 的功耗更低；

· 可取得的最高頻率更高

· 采用FD-SOI 技術(shù)的處理器能夠以更低的電壓維持非常不錯的頻率 （比如，1GHz，0.65V），在低功耗模式時， FD-SOI 的對比優(yōu)勢更加突出，如圖8 的低壓區(qū)所示，在低功耗模式，的頻率比bulk 技術(shù)高100%。

在高頻率時，能效提高幅度大約35%。在大量的用例中，這個成績足以讓FD-SOI 雙核處理器戰(zhàn)勝速度較慢的bulk 四核處理器，如前文所述，這是因為目前軟件性能提升受限。

在低功耗方面，F(xiàn)D-SOI 技術(shù)的影響更大，無需采用更復(fù)雜且還不成熟的異構(gòu)多核處理器降低功耗的方式。

上文論述的擴(kuò)展的工作模式是以前提到的FD-SOI 的技術(shù)優(yōu)勢共同實現(xiàn)的，其中體偏壓（body biasing）扮演重要作用。體偏壓是在晶體管體上施加特定電壓，根據(jù)每個特定工作模式優(yōu)調(diào)晶體管特性。FD-SOI 技術(shù)無需體效應(yīng)晶體管的管體與源漏極之間的寄生二極管，所以，F(xiàn)D-SOI 準(zhǔn)許施加電壓范圍更寬的偏壓。