工藝多元化這場(chǎng)豪賭，格羅方德勝算幾何？

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純邏輯先進(jìn)工藝方面，格羅方德（GLOBALFOUNDRIES）半導(dǎo)體公司應(yīng)該是全世界擁有最多選項(xiàng)的半導(dǎo)體代工廠。既有獲得三星授權(quán)的14nm FinFET工藝，又在準(zhǔn)備由收購(gòu)的原IBM微電子部門來獨(dú)立開發(fā)10nm與7nm工藝，還有其獨(dú)家力推的FD-SOI工藝。

在英特爾、三星與臺(tái)積電等都堅(jiān)持走FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)管）路線時(shí)，格羅方德一直兩線作戰(zhàn)，在推進(jìn)向FinFET工藝轉(zhuǎn)進(jìn)的同時(shí)，持續(xù)在FD-SOI工藝上進(jìn)行投入，那么FD-SOI工藝究竟有何魔力呢？

右：格羅方德全球設(shè)計(jì)解決方案部門副總裁Subramani Kengeri

左：格羅方德RF部門業(yè)務(wù)開發(fā)與產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Peter Rabbeni

FD-SOI是物聯(lián)網(wǎng)芯片最佳工藝平臺(tái)？
FD-SOI即二維全耗盡平面晶體管工藝，相對(duì)于三維FinFET工藝追求性能至上，F(xiàn)D-SOI工藝在性能、功耗和成本方面更為均衡。格羅方德全球設(shè)計(jì)解決方案部門副總裁Subramani Kengeri表示，隨著PC市場(chǎng)與移動(dòng)計(jì)算市場(chǎng)增速放緩，控制成本與降低功耗已經(jīng)取代單純強(qiáng)調(diào)性能成為未來半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，在服務(wù)器、PC與高端手機(jī)等強(qiáng)調(diào)性能的市場(chǎng)FinFET工藝還是首選，但是FinFET工藝功耗相對(duì)較高，價(jià)格也很昂貴，并不適合高端市場(chǎng)之外的應(yīng)用，在這些應(yīng)用場(chǎng)合FD-SOI工藝更有優(yōu)勢(shì)。

格羅方德對(duì)于FDSOI和FinFET工藝的對(duì)比

以格羅方德最新推出的命名為22FDX的22nm FD-SOI工藝為例，其浸沒式光刻層比FinFET工藝少近50%，流片成本與28nm的28HKMG工藝相當(dāng)，在性能上與功耗表現(xiàn)上均大幅領(lǐng)先于28HKMG工藝。以實(shí)現(xiàn)一顆1.2GHz的ARM Cortex A7處理器為例，與28SLP-HKMG工藝相比，采用22FDX工藝制造的芯片在功耗降低18%的基礎(chǔ)上，性能提升了50%。

22FDX與28SLP-HKMG相比優(yōu)勢(shì)明顯

在功耗方面，22FDX工藝有兩點(diǎn)值得關(guān)注。Subramani指出，僅從功耗方面來考慮， 0.4V是現(xiàn)在所有工藝的最佳工藝電壓。22FDX提供0.4V電壓工藝，通過降低供電電壓，可以減小芯片的動(dòng)態(tài)功耗與靜態(tài)漏電流。此外22FDX還提供軟件控制晶體管偏置電壓功能（Software-controlled transistor body-biasing），可使用戶在芯片運(yùn)行時(shí)，根據(jù)應(yīng)用情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)體偏置電壓，從而在性能和功耗之間達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡，利用這個(gè)功能，用戶可以在系統(tǒng)級(jí)別實(shí)現(xiàn)更省電的效果。

低功耗是22FDX的優(yōu)勢(shì)

目前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用芯片多采用相對(duì)成熟的工藝制程（例如40nm或65nm），雖然晶圓廠會(huì)對(duì)這種成熟工藝進(jìn)行優(yōu)化，以降低芯片的功耗，但是這種改造所能夠達(dá)到的效果與FDSOI工藝相比，還是存在巨大的差距。

此外22FDX平臺(tái)也整合了嵌入式閃存與射頻（RF）工藝，所以從性能、功耗、成本等參數(shù)來看，F(xiàn)D-SOI工藝有成為物聯(lián)網(wǎng)最佳工藝平臺(tái)的潛質(zhì)。

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欲與GaAs一爭(zhēng)高下的RF SOI工藝

相比新推出的22nm FD-SOI工藝22FDX，格羅方德在RF SOI工藝上更為成熟。自2007年推出RF SOI工藝以來，格羅方德已經(jīng)交付的RF SOI產(chǎn)品超過165億件，與全球80%以上的頂級(jí)射頻前端模塊供應(yīng)商在該工藝上進(jìn)行了合作，其中包括中國(guó)的一些公司。

“移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從2G、3G發(fā)展到4G，對(duì)射頻的要求越來越高，手機(jī)的射頻架構(gòu)也越來越復(fù)雜，如今的智能手機(jī)需要更高性能的射頻解決方案，RF-SOI工藝可以滿足智能手機(jī)對(duì)于射頻器件的需求?！备窳_方德RF部門業(yè)務(wù)開發(fā)與產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Peter Rabbeni說道。

手機(jī)射頻模塊越來越復(fù)雜，對(duì)于射頻器件提出越來越高的要求

Peter認(rèn)為，雖然目前射頻功率放大器（RF PA）的主流工藝還是GaAs（砷化鎵），但是RF SOI工藝已經(jīng)在奮起直追，之所以有越來越多的射頻產(chǎn)品選擇了RF-SOI工藝，是因?yàn)镽F SOI工藝有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

首先，RF SOI可以實(shí)現(xiàn)器件堆疊（device stacking），從而同時(shí)提高了功率與能效比；其次，RF SOI工藝采用的襯底降低了寄生效應(yīng)，這樣制造出來的射頻芯片品質(zhì)因數(shù)更高、損耗更低、噪聲系數(shù)更好，同時(shí)這種襯底也提高了產(chǎn)品的絕緣水平與線性度；第三，RF SOI可以集成邏輯與控制功能，這是GaAs工藝無(wú)法做到的，所以GaAs器件在應(yīng)用當(dāng)中需要再搭配一顆控制芯片，采用RF SOI工藝就可以把PA和控制功能集成到一顆芯片上，在降低成本的同時(shí)又節(jié)省了寶貴的PCB面積；最后與GaAs工藝相比RF SOI工藝更便宜，該工藝現(xiàn)在非常成熟，格羅方德也做好了足夠的產(chǎn)能儲(chǔ)備。

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RF SOI工藝的優(yōu)勢(shì)

Peter強(qiáng)調(diào)RF SOI技術(shù)尤其適合中國(guó)市場(chǎng)，他說：“TD-LTE系統(tǒng)采用分時(shí)收發(fā)的策略，不會(huì)同時(shí)雙向收發(fā)數(shù)據(jù)，這就降低了射頻前端模塊的復(fù)雜度，采用RF SOI技術(shù)可以有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)更高的集成度從而進(jìn)一步降低4G設(shè)備的成本?！?/p>

RF射頻前端模塊工藝發(fā)展趨勢(shì)

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工藝多元化，冒險(xiǎn)還是必然選擇？

開發(fā)與運(yùn)行一條先進(jìn)半導(dǎo)體工藝產(chǎn)線的成本越來越高昂，這也是無(wú)晶圓模式越來越流行的原因，不過格羅方德在先進(jìn)工藝上的選項(xiàng)看起來有點(diǎn)多。當(dāng)被問道為何堅(jiān)持提供FinFET與FD-SOI兩種工藝時(shí)，Subranmani并沒有直接回答這個(gè)問題，他先是比較了FinFET與FD-SOI工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，指出FD-SOI工藝相比FinFET具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，然后話鋒一轉(zhuǎn)，談到臺(tái)積電與三星也曾開發(fā)過28nm FD-SOI工藝，雖然不清楚臺(tái)積電與三星是否也在研究第二代FD-SOI技術(shù)（即22nm FD-SOI），但是Subranmani認(rèn)為現(xiàn)在的先進(jìn)工藝在各個(gè)晶圓廠之間已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)兼容（除了格羅方德與三星合作14nm FinFET工藝這種情況，這實(shí)際上是源于一家的技術(shù)），設(shè)計(jì)公司也很難無(wú)縫從一家代工廠遷移到另外一家代工廠。

一方面隨著工藝越來越接近物理極限，出現(xiàn)分叉是正?，F(xiàn)象，英特爾已經(jīng)在10nm遇到了麻煩，目前沒有人敢肯定FinFET就是唯一正確的道路；另一方面隨著流片成本的增高，設(shè)計(jì)公司選擇工藝會(huì)越來越謹(jǐn)慎，如果晶圓廠能夠提供多樣化工藝選擇，這樣對(duì)于設(shè)計(jì)公司的長(zhǎng)期發(fā)展是有利的，模擬、射頻工藝早就呈現(xiàn)多元化發(fā)展，數(shù)字邏輯呈現(xiàn)多樣化也并非不可能。

當(dāng)然工藝的多樣化也孕育著很大的風(fēng)險(xiǎn)，是否有足夠的資源支撐一種新工藝的生存便是最大的風(fēng)險(xiǎn)。持續(xù)的資金投入只是必要條件之一，如何調(diào)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈圍繞這種新工藝運(yùn)轉(zhuǎn)起來才是最重要的。從原料到設(shè)備，從工具到IP，從產(chǎn)能到良率，缺一不可，關(guān)鍵還要有設(shè)計(jì)公司愿意當(dāng)小白鼠來嘗試新工藝。

據(jù)說，這一屆的FD-SOI論壇比以往熱鬧了很多。

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