FD - HelloWorld开发者社区

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在先进的IC制造工艺方面，由Intel主导的FinFET一直大行其道。而最近这几年，SOI，包括FD-SOI和RF-SOI越来越受到人们的关注，特别是随着物联网和5G时代的到来，其技术优势和应用前景也越发地被看好。

眼下，GlobalFoundries（格芯）及其合作伙伴，包括三星、索尼、STM（意法半导体）、芯原微电子等，在FD-SOI方面的投入力度越来越大。虽然说SOI与FinFET两种工艺各有千秋，但从目前的情形来看（Intel不久前刚刚宣布推出面对低功耗物联网的22FFL工艺，这是FinFET的一个变种），两种制程工艺颇有分庭抗礼之势。

在应用层面，总的来说，FinFET的目标市场是中高端的高性能集成电路，而FD-SOI则是面向中端的、要求低功耗和高性价比的应用。

FD-SOI优势何在****？

FD-SOI（Fully Depleted-Silicon-On-Insulator，薄膜全耗尽绝缘衬底上的硅），就是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在硅晶体管之间，加入绝缘体物质，使两者之间的寄生电容大幅度降低。基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除"翘曲效应"，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此，FD-SOI应该是非常有前景的SOI结构。

与体硅材料相比，FD-SOI具有如下优点：1) 减小了寄生电容，提高了运行速度；2) 由于减少了寄生电容，降低了漏电，具有更低的功耗；3) 消除了闩锁效应；4) 抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；5) 与现有硅工艺兼容，还可减少工序。

FD-SOI是使用28/45/65nm工艺芯片的厂商升级先进节点较为理想的选择。

以22nm的FD-SOI为例，其研发成本比FinFET低很多，与16nm的FinFET相比，它可以减少50%的MOL设计规则，减少10~20%的总规则。可以看出，FD-SOI 技术可以平面式片上系统的开发成本实现FinFET的峰值性能。

以下是GlobalFoundries力推的22FDX工艺，与台积电和Intel相应制程的对比i情况。

有调研显示，很多厂商选择了FD-SOI技术及其产品。它在商业方面的应用有几个比较明显的优势，一是它提供了很多产品的差异化，更短的设计周期，更多的设计余量，并且运用了AMS的设计，简单易用。使用FD-SOI还有几个主要的技术原因，最主要的一点就是低功耗，另外，它还可以实现逆向体偏，并能进行模拟配对。

FD-SOI的市场驱动力

通过观察宏观市场的发展情况，我们会发现，现在市场上有几个主要的动态，而这些都是推广FD-SOI的绝佳契机，其自身固有的优势完全能满足这些市场的需求。

第一，手机的市场趋向饱和，因此这个市场的客户要求他们的系统能实现更高级别的集成化。手机市场正在高速变化，但有些需求是始终不变的，比如手机必须在有需要的时候提供非常高的性能，但是它的耗电又必须很低。

另一个市场趋势就是AI（人工智能）的盛行，要想做好AI的升级，就必须要求计算机的运行速度、计算速度非常高，总的来讲，在移动设备上的要求是，要在需要的时候提供高性能，但是耗电跟漏电都要很低。

第三个，AR和DNN的技术将越来越成熟，我们会看到越来越多的可穿戴设备进入市场和人们的生活，可穿戴设备必须非常小而轻，因此它要求具备非常高速的计算能力，同时耗电要很低。

5G技术快速发展，这就要求很强大的基站以及很好的终端设备。

GlobalFoundries****大步前行

记得在去年的这个时候，GlobalFoundries就说要再中国建SOI产线，果然，经历过一些波折之后，于今年年初于成都市政府合作，开始建两条SOI产线，目前，工程正在快速建设之中。

作为行业3大晶圆代工厂商之一，GlobalFoundries这几年一直在大力推广FD-SOI技术。该公司于2015年提出了22FDX（22nm工艺）产品规划，并于2016年举行的第三届上海FD-SOI与RF-SOI论坛上，发布了12FDX（12nm工艺）平台计划和路线图。该公司也是业界第一个推出下一代FD-SOI技术路线图的厂家。

GlobalFoundries计划在2019年量产12FDX。据说，12FDX的工作电压将低于0.4伏，该技术的优势是能够改变体偏压，相比16nm和14nm的FinFET工艺，12FDX的能耗降低了50%。据说，12FDX可实现接近于7LP工艺的性能，具体如下图所示。

该公司首席执行官Sanjay Jha表示，22FDX很好地整合了RF，这也是它相对于FinFET工艺最大的优势所在，还有很重要的一点是能够实现智能缩放，无需三重/四重曝光。对比10nm 的FinFET，它的掩膜成本降低了40%，并且在模拟设计方面也更加灵活，降低40%，这就意味着降低成本，并减少了设计周期。

目前，FD-SOI推广的最大障碍就是不完善的生态系统以及缺少相关的IP，因此，GlobalFoundries在这些方面做了不少工作。Sanjay Jha表示，我们的22FDX已经有20个IP合作伙伴，包括INVECAS、Synopsys、Verisilicon、Uniquify等。

目前，整个FDX的生态系统不断壮大，成员已经由去年的7家，增长到现在的33家。

随着嵌入式MRAM（eMRAM）的兴起，SOI又有了新的用武之地。22FDX® eMRAM是一个典型代表，其在物联网、汽车电子等新兴应用方面，有着很不错的发展前景。

近期，格芯就推出了基于22FDX平台的eMRAM技术，主要面向消费领域、工业控制器、数据中心、物联网及汽车等应用的MCU。据悉，22FDX eMRAM的存储单元尺寸在业界处于领先位置，拥有在260°C回流焊中保留数据的能力，同时能使数据在125°C环境下保留10年以上。FDX平台和eMRAM的能效连同RF连接功能和毫米波IP，使得22FDX成为电池驱动的物联网和自动驾驶汽车雷达SoC的首选。

22FDX还在ARM的Cortex-A53和Mali-T820上进行了验证，结果是：与28nm的HKMG工艺相比，Cortex -A53可将面积减少25%，功耗降低43%，从而使得整体性能提升了11%。