在今年,业界对fd-soi的讨论终于从理论性的制程技术比较,转移到由产品与应用所决定的技术竞争。
因为没有可见的终端产品能证明其号称超低功耗的特色,全空乏绝缘上覆矽(fully depleted silicon on insulator,fd-soi)制程一直得努力克服半导体产业界许多工程师的质疑,例如:该技术的好处在哪?在商业市场上有实际产品吗?它真正的优势何在?
终于,现在有实际产品可以做为fd-soi制程的实证──是一只中国智慧型手机品牌业者小米(xiaomi)副品牌华米(huami)新推出的智慧手表amazfit,内建了日本大厂索尼(sony)以28奈米fd-soi制程生产的gps晶片。
amazfit定价120美元,配备了一系列运动追踪感测器以及蓝牙低功耗4.0晶片、wi-fi无线晶片、gps晶片、心律感测器以及nfc;该款智慧手表的独特之处在于较长的电池寿命,据华米表示,它能五天充电一次、或是开启gps功能35小时。
这是sony的一场胜利,对fd-soi支持者来说甚至是更大的胜利;华米的智慧手表证明了该技术号称超低功耗的特性。
法国晶圆业者soitec执行长paul boudre在接受ee times访问时表示:“去年产业界对fd-soi的讨论集中在该技术与另一种制程技术finfet之间的竞争;”而在今年,业界对fd-soi的讨论终于从理论性的制程技术比较,转移到由产品与应用所决定的技术竞争。他指出,衡量fd-soi的标准在于该技术能为终端产品带来的价值,也就是它实际的能源使用效益。
sony是在2015年1月于日本东京举行的soi产业联盟会议上,发表以28奈米fd-soi制程技术制造的新一代全球卫星导航系统(gnss)晶片;接着在今年初举行的国际固态电路会议(isscc)上,sony的工程师团队发表了一篇关于28奈米fd-soi制程gnss接收器的技术论文。
该篇sony论文作者指出,gnss是感测处理器的基础,至于该功能为何如此难以内建于可穿戴系统,是因为目前的gnss接收器耗电量约10mw:“gnss接收器的低杂讯rf需要高供应电压,带来非常高的耗电。”
sony的设计工程师是透过有效利用fd-soi制程开发出的0.7v射频(rf)电路实现其技术突破;在上个月,sony也参加了在中国上海举行的fd-soi论坛,探讨该公司的fd-soi制程gnss接收器最终成品。
随着sony完成了fd-soi制程的gps/gnss晶片rf与逻辑电路设计,该公司将持续追踪位置的rf功耗,从6.3mw (前一代晶片)大幅降低至1.5mw。
对中国市场的影响
soitec的boudre指出,华米智慧手表的电池续航力在gps功能开启的情况下,是竞争产品的2.5倍,藉此证明了sony晶片的价值,以及fd-soi制程技术在功耗/性能/成本方面的优势。
在这样的推广效应下,中国的无晶圆厂晶片设计业者开始对于以fd-soi制程设计晶片越来越有兴趣;boudre预测,在未来12~18个月:“会发现来自中国的终端产品内,出现更多采用以fd-soi制程设计、制造的晶片。”
此外市场也持续猜测中国纯晶圆代工厂上海华力微电子(huali),可能会开始提供fd-soi制程;对此boudre表示:“他们有机会这么做。”
而且boudre透露,华力并非唯一向fd-soi制程靠拢的中国晶圆代工业者;在一年前,soitec与中国的半导体矽材料供应商上海新傲科技(simgui technology)共同宣布,首批采用soitec 独家smart cut 技术之8寸(200-mm) soi晶圆片,已经在新傲的上海厂产出。
fd-soi制程现况
目前包括三星(samsung)与globalfoundries都在推广fd-soi制程代工,前者采用28奈米节点,后者是22奈米;而boudre认为,中国也会在fd-soi制程的推广上扮演要角:“当globalfoundries表示,其fd-soi制程生产线已经有50个设计案进行中,该技术已经接触产业界每一家晶片制造商。”
就在上个月,globalfoundries宣布,其接续22fdx的下一代fd-soi制程12fdx已经接近量产(参考阅读);12fdx号称能提供媲美10奈米finfet制程的性能,比16奈米finfet更佳的功耗表现以及更低的成本。预计12fdx的客户投片时程在2019上半年。
如boudre所言,某些特定应用需要finfet电晶体的高性能,但有很多连网装置需要高(rf)整合度、更高的弹性、超低功耗以及更低成本,却是finfet无法提供的。
最近车用视觉处理器晶片设计业者mobileye决定选择以finfet制程生产新一代eyeq 5晶片(预计2018年上市),但该公司先前一直是委托意法半导体(stmicroelectronics)采用fd-soi制程生产所有的eyeq视觉处理器晶片。http://deyiic.51dzw.com/
对此boudre表示:“这件事很简单,mobileye在去年必须要决定制程技术,但当时12奈米fd-soi制程还未就绪,只好选择另一种制程技术;所以制程发展蓝图真的很重要。”
他指出,法国技术研究机构cea-leti就正在为fd-soi制程开发更长期的技术蓝图,最近已经公布了10奈米的fd-soi制程“矽资料(silicon data)”,该机构现在已经具备7奈米节点的fd-soi制程“建模资料(modeling data)”。











