除了低功耗与低成本,FD-SOI还有什么优势?

28纳米以后逻辑工艺开始分岔:立体工艺finfet由于获得英特尔与台积电的主推成为主流,14/16纳米都已量产,10纳米工艺也有可能在2017年量产;体硅工艺停止在28纳米,想增加集成度而又对finfet开发成本望而却步的半导体公司另辟蹊径。 “多年以后我们写半导体发展史的话,28纳米节点一定是浓墨重彩的一笔,它背后有很多的故事。”在2016 fd-soi论坛上,复旦微电子总工程师沈磊如是说。的确,28纳米以后逻辑工艺开始分岔:立体工艺finfet由于获得英特尔与台积电的主推成为主流,14/16纳米都已量产,10纳米工艺也有可能在2017年量产;体硅工艺停止在28纳米,想增加集成度而又对finfet开发成本望而却步的半导体公司另辟蹊径,开始考虑通过3d或者2.5d封装来延续摩尔定律;通过几年的发展,平面工艺fd-soi生态链渐趋成熟,cea-leti的研究结果表明fd-soi工艺至少可以延续到7纳米,这预示着fd-soi不是一个孤节点工艺路线,设计公司与ip公司从观望转到介入,globalfoundries(格罗方德)表示目前有50余家设计公司在利用该公司的22纳米fd-soi工艺进行设计。
功耗性能比一向是fd-soi工艺所强调的优势。根据三星提供的数据,相比体硅工艺(28纳米hkmg工艺),28纳米fd-soi功耗相当于体硅工艺的70%,性能要高出16%。格罗方德将在2017年量产的22fdx(22纳米fd-soi工艺)支持超低电压运行,只需0.4v电压就能够支持逻辑运算,与28纳米hkmg工艺相比,功耗降低了70%,漏电流只有约1pa/um。在此次论坛上引起热议的索尼gps芯片cxd5600即采用28纳米fd-soi工艺,由于在功耗方面的出色表现,已经被华米用于其新推出的amazfit运动手表里面。
采用22fdx的gps芯片将比现在的工艺更省电
格罗方德在此次论坛上发布12纳米fd-soi工艺路线图,根据格罗方德的资料,这个被其称为“12fdx”的工艺可用16/14纳米finfet成本实现10纳米finfet性能。 而相比16/14纳米finfet工艺,22fdx平台在设计规则和制造上具备更大的成本优势,例如,mol设计规则22fdx比16/14纳米工艺减少 50%(总规则减少10~20%);无fin-specific规则;减少曝光切割(约50%);更大器件套件(约2倍以上);最重要的是减少了40%的掩膜。
fd-soi工艺可发展至7纳米
沈磊表示,与finfet工艺相比,fd-soi工艺所需掩膜版更少,费用更节省,出片也更快。设计方案从体硅工艺迁移也更简便快捷。
ibs 首席执行官handel jones则比较了16/14纳米finfet与14纳米fd soi的晶圆成本与单位晶体管成本,根据他的计算,14纳米fd-soi工艺单位晶体管成本比相应的finfet工艺低了近17%。
fd-soi工艺成本更低
finfet高昂的开发成本(据gartner最新数据,开发一款14纳米finfet芯片,费用为8000万美元左右)使得越来越少的设计公司能够跟上工艺进步的步伐。物联网终端产品需求量大,并不要求极致的性能,但对功耗与成本要求极高,fd-soi工艺成为绝佳的选择,用沈磊的话说就是“适合的工艺是最好的工艺。”
28纳米以后的finfet工艺晶体管成本不再下降
除了低功耗与低成本,fd-soi工艺在可靠性上也表现出色。沈磊指出,从意法半导体给出的数据来看,由于fd-soi工艺的敏感体积更小,对闩锁效应(latch-up)免疫,具备更低的sram软错误率,以及更好的电磁兼容性,使其更适用于高可靠应用领域,例如汽车、银行与生命维持系统等。
fd-soi工艺可靠性更高
芯原微电子创始人、董事长兼总裁戴伟民也表示,fd-soi工艺的超低软错误率可减少存储消耗,非常适用于汽车电子领域。芯原sipaas(芯片设计服务平台)中的汽车电子设计指南结合fd-soi工艺,推出的汽车仪表盘片上系统方案可帮助设计公司通过车规iso26262 asil资质。
越过28纳米节点以后,一直是finfet的光芒更加耀眼,但fd-soi也持续努力地寻找生存空间。低功耗、低成本、高可靠,这些特质与物联网终端的需求天然匹配,但往届只有意法半导体与恩智浦有产品量产,所以很多公司都在观望。本届论坛上索尼gps芯片的量产引起了很多设计公司的关注,笔者了解到,国内已有一些公司在尝试采用fd-soi工艺开发芯片,尤其是应用于超低功耗或高可靠环境下的案例颇多。

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