电子发烧友网报道（文/吴子鹏）全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）是一种平面工艺技术，能利用衬底偏压（body bias）提供广泛的性能以及功耗选项，兼具低功耗、近二维平面、高性能、低成本的特点，特别适用于面临性能和功耗双重挑战的相关应用，比如自动驾驶、AIoT、先进传感器和边缘智能等应用。 在2024年第九届上海FD-SOI论坛上，来自芯原股份、三星电子、意法半导体和IBS等公司的嘉宾着重分享了当前FD-SOI发展的前沿信息，以及这些重点公司的布局。 IBS：FD-SOI是≥12nm和≤28nm区间更好的选择第九届上海FD-SOI论坛上，IBS首席执行官Handel Jones分享的主题是《人工智能的影响，以及为何FD-SOI技术如此重要》。这和他去年的演讲主题比较像，去年他分享的主题是《为什么FD-SOI对生成式人工智能时代的边缘设备非常重要》，当时他主要谈到FD-SOI技术的市场发展现状与趋势，尤其是该技术在AIGC时代的应用前景。通过具体分析和比较FD-SOI、Bulk CMOS和FinFET三种技术在不同工艺节点的晶体管成本，Handel Jones指出FD-SOI工艺在成本上更具优势。 在今年的分享中，Handel Jones则主要提到了FD-SOI的重点应用，其中一个是人工智能加速器，2020年这一市场规模为57亿美元，到2030年将暴涨到1328亿美元。目前，边缘AI加速器正在加速开发，高吞吐量和低功耗是主要的挑战，虽然产业界也在开发低功耗版本的CMOS和FinFET工艺，不过FD-SOI是更好的选择。 第二个典型应用是智能手机和可穿戴设备市场，智能手机是汇集可穿戴设备信息的枢纽。在下一代设备开发的过程中，更出色的传感器是获得竞争力的关键，其中图像传感器可用于数字健康、智能交通和机器人等应用，而FD-SOI是打造领先图像传感器的理想工艺。 此外，Handel Jones还提到了电源管理、智能显示器、智能驾驶域处理器等案例，在这些案例中FD-SOI工艺都能够获得不错的市场机会。Handel Jones表示，当前全球半导体仍处于高速发展的过程中，到2030年半导体市场将强劲增长至1.3万亿美元，其中生成式AI是主要的推动力量，将会广泛影响智能手机等终端设备。为了推动AI更好的发展，在≥12nm和≤28nm这个工艺区间，FD-SOI是更好的选择。 芯原股份：已向40家客户授权260多次FD-SOI IP核第九届上海FD-SOI论坛上，芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民博士做开幕致辞，并分享了过往和当前FD-SOI发展的一些情况，以及芯原在FD-SOI提供的解决方案。 戴伟民博士回顾了过去很多年FD-SOI发展的重要的历史节点，如下图所示，其中主要包括： 2012年意法半导体推出28nm工艺平台；2013年Soitec突破了FD-SOI高质量衬底的技术瓶颈；2014年芯原和三星宣布联合开发FD-SOI技术；2016年上海NSIG宣布收购Soitec 14.5%股权。他指出，“过去很多年，我们一直在畅想FD-SOI工艺的发展和前景。不过，现在FD-SOI已经成为当前的主流工艺之一，芯原也参与其中。”目前，芯原在FD-SOI方面拥有丰富的解决方案。芯原22nm FD-SOI IP包括模数混合IP、RF IP和接口IP等。其中，模数混合IP包含59种不同方案，包括基础IP、DAC IP和接口等，目前已经向40家客户授权260多次FD-SOI IP核，为全球主要客户提供约30个芯片设计项目，25个项目正在生产中。比如，瑞萨RA 32位Cortex-M系列中的首款22nm MCU就采用了芯原的FD-SOI IP。 同时，戴伟民博士也分享了目前FD-SOI发展的一些前沿进展。首先是欧盟已经决定投资12nm FD-SOI——2022年7月12日，法国总统马克龙、欧盟专员、GlobalFoundries首席执行官托马斯·考尔菲尔德和意法半导体总裁兼首席执行官让-马克·奇瑞共同宣布，意法半导体和GlobalFoundries将在法国建造一座新的12英寸晶圆厂，用于12纳米FD-SOI，以推进FD-SOI生态系统。 其次是此前意法半导体与三星联合推出18nm FD-SOI技术——2024年3月19日，意法半导体和三星联合宣布采用18nm FD-SOI技术用于ePCM。 第三个进展是CEA-Leti宣布推出10nm和7nm FD-SOI中试生产线——2024年6月11日，CEA-Leti（法国）宣布推出FAMES中试生产线，该生产线将开发包括10nm和7nm FD-SOI在内的五套新技术。 格罗方德：2028年后将推出下一代FD-SOI技术第九届上海FD-SOI论坛上，格罗方德亚洲区总裁兼中国区主席洪启财分享的主题《解锁未来：推动 FDX®（FD-SOI）技术进步》。去年，格罗方德的嘉宾也谈到了该公司了22FDX工艺当时的进展，主要包括面向AI应用的22FDX平台融合了最新的AI和机器学习技术；面向IoT应用的22FDX平台能够支持包括蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等在内的广泛的无线通信协议；另外，格罗方德优化了车规级的22FDX平台，先进的毫米波雷达解决方案已被博世等公司采用。 洪启财表示，目前格罗方德依然在积极优化22FDX的产能，比如将22FDX平台的生产地进行调整，从德国扩展到了马其他和纽约；同时，格罗方德也在优化22FDX工艺的多样性，并强大生态系统。 关于22FDX的优化细节，格罗方德首先强化了其功能丰富性，面向更多特征应用推出22FDX工艺；在FD-SOI特征性能方面，主要是优化性能和功耗，帮助打造更高性能和更低功耗的产品；在RF-SOI方面，主要帮助RF器件提供射频性能，提升器件的功率密度、效率，并降低能耗。 通过这些优化，22FDX目前的应用领域已经非常广泛，包括智能移动设备、无线MCU、HMI、智能传感器和卫星通信等。 今年，格罗方德更加明确了FD-SOI后续的发展路线，在2025年到2027年该公司主要致力于进行22FDX的功能创新和eNVM应用创新，2028年之后格罗方德将推出下一代FD-SOI技术。 三星电子：18FDS将成为物联网和MCU领域的重要工艺第九届上海FD-SOI论坛上，三星电子18FDS工艺集成与项目经理Jinha Park分享的主题为《FD-SOI 的合作与新突破》。 今年上半年，三星在FD-SOI工艺上面再进一步。3月份，意法半导体（STMicroelectronics）宣布与三星联合推出18nm FD-SOI工艺。该工艺支持嵌入式相变存储器（ePCM）。 在FD-SOI领域，三星已经深耕多年，其和意法半导体之间的合作也已经持续多年。早在2014年，意法半导体就曾对外宣布，选择三星28nm FD-SOI工艺来量产自己的产品。意法半导体表示，相较于其现在使用的40nm eNVM技术，采用ePCM的18nm FD-SOI工艺大幅提升了性能参数：其在能效上提升了50%，数字密度上提升了3倍，同时可容纳更大的片上存储器，拥有更低的噪声系数。 Jinha Park进一步分享了三星18FDS的一些特征性能。首先，三星18FDS工艺原生支持3.3V，可以让外部设备使用更高的3.3V进行传输，相较于1.8V传输有着更高的传输速度和效率。 其次，三星18FDS工艺提供混合STD（LVT/RVT/HVT），当前先进工艺都会提供不同的cell library，分为：LVT、RVT、SVT（ Standard V threshold ）、HVT ( High V threshold ) 等，让设计人员可以通过改变器件工艺角的方式来修复set up/hold violation等问题。三星18FDS工艺的这一特征能够帮助设计人员在不影响性能的情况下进一步优化芯片的功耗。 第三点，三星18FDS工艺提供PPA（功率、性能和面积/成本）分析功能。PPA的优化一直是芯片设计的核心目标。然而，随着技术的不断进步和复杂系统的兴起，这些传统指标的相关性正逐渐减弱。也就是说，在当前的芯片设计工程中，PPA优化更具挑战性，三星18FDS工艺平台提供的分析功能可以帮助设计人员。 Jinha Park表示，当前FD-SOI工艺已经成为自动驾驶、消费电子、通讯、机器人和工业等领域的优质选择。三星18FDS工艺提供原生3.3V和低泄漏电流等核心功能，将会成为物联网和MCU领域的重要平台节点。 结语FD-SOI在≥12nm和≤28nm区间有更好的成本和功耗优势，使其在广泛的人工智能和物联网市场有着巨大的市场空间。目前，晶圆代工厂都已经在22nm FD-SOI方面有非常成熟的方案，且应用方向在逐步扩展，同时芯原股份等公司也提供了广泛的IP。不过，FD-SOI是否会走向10nm或以下，目前还值得探讨。