全耗盡型絕緣上覆矽(FD-SOI)製程技術正從原本的「遲到」(too-late)位置搖身一變,成為可望在物聯網(IoT)與汽車市場取代鰭式場效電晶體(FinFET)的理想替代方案了。對於許多人來說,業界主導廠商代表出席一場相關領域的業界活動,象徵著為這項技術背書。

「我認為,FD-SOI正蓄勢待發。也許還得經過幾年的時間,但它終將獲得新的動能,並發展成為一項關鍵技術,」International Business Strategies (IBS)創辦人兼執行長Handel Jones指出。

相較於FinFET,FD-SOI具備更多優點。雖然FinFET的性能極高,但少了成本效率。FD-SOI基板雖然較昂貴,但製程卻較低功耗、bulk性能更好,也更適用於RF——而這正是IoT的關鍵。從設計的觀點來看,FD-SOI較簡單,讓工程師在矽後(post-silicon)仍能調整產品。

20160418 FDSOI NT01P1 VLSI Research調查選擇FD-SOI的主要原因

「如果全球最大的公司——英特爾(Intel)在進入真正的14nm時遇到困難,你就會知道這項技術並不簡單。」VLSI Research執行長Dan Hutcheson補充說,決定採用FD-SOI製程存在一些商業因素。「最重要的原因在於其設計較簡單,上市時程也變得更快了——特別是對於一家規模較小的組織而言。我知道有許多人反而不喜歡它像是便宜版的FinFET,但它確實如此。」

20160418 FDSOI NT01P2 VLSI Research針對半導體業者的FD-SOI發展藍圖展開調查

在日前於美國加州舉行的FD-SOI研討會上,業界大廠也支持Hutchenson的看法。恩智浦(NXP)詳述採用28nm FD-SOI成功打造i.MX 7和其它8款處理器;Sony宣佈正出貨0.65 Volt GPS晶片;新思(Synopsys)、益華(Cadence)、Ciena和意法半導體 (STMicroelectronics)也陸續發表相關產品或研究成果;三星(Samsung)宣佈今年有10款28nm製程的產品投片,而GlobalFoundries則將投入其於德勒斯登(Dresden)晶圓廠的大部份產能於22nm FD-SOI製程。

Soitec技術長Carlos Mazure說,對於FD-SOI產業來說,三星和GlobalFoundries發表的「有力聲明」可說是個好兆頭,「它主要在告訴這個領域,現在有兩種代工製程、有競爭、也有市場驅動力,他們正競相爭取無晶圓廠支持…而這對整個生態系統來說是良性的。」

雖然代工廠是整個議題的關鍵,ARM出現在這場研討會中更備受矚目。Mazure說,ARM大多都在場邊觀戰等待最終定局,但這次的現身更為此憑添可靠性。「只要ARM出聲,就像晶片已就緒了。”

「我們認為,22nm FD-SOI可讓你的性能提高一倍,並改善10倍的漏電問題。很顯然地,這相當具有說服力。」ARM實體設計部門總經理Will Abbey表示,「ARM的Cortex A32與A35核心具備低功率與高效能懮勢,能夠適當地為功率敏感的IoT應用進行反向閘極偏置,顯然是FD-SOI的理想方案。」

FD-SOI市場成形

從代工廠的立場來看,Jones估計,瞄準FD-SOI規劃的資金將在2020年以前達到150-200億美元左右,其中約有120億美元將用於28nm,而30億美元則分配於22nm。他預計,在同一期間的FD-SOI產品將有300-400億美元的規模。

20160418 FDSOI NT01P3 各製程節點的FDSOI代工市場規模預測(來源:International Business Strategies)

儘管如此,Hutchenson說,選擇FD-SOI存在複雜的風險,它取決於公司的目標市場,以及願意為此製程技術堅持到底的決心。

「我們需要業界一些真正強而有力的大廠登高一呼,而且必須由一些EDA公司、代工廠與感測器公司共同組成。」

這些業業巨擘們也必須發展一個IP生態系統。同時,工程師們必須學習新的設計技巧。

「FD-SOI提供了非常有趣的設計原則——即反向偏置。這個技巧在50年前有效地與微縮、摻雜技術並用,」Mazure指出,「但由於效率不高且久被遺忘,年輕一代的設計人員過去並未學習。因此,工程師社群必須重新學習這項設計技巧。」

此外,從較小的製程節點來看,這項技術也面臨著與FinFET類似的問題。三星現正研究開發20nm或14nm FD-SOI的「均衡成本要素」,而GlobalFoundries則在一年內投資了10億美元,用於研發下一代的製程幾何。

20160418 FDSOI NT01P4 VLSI Research眼中的SOI製程節點開發藍圖

雖然FD-SOI可望成為FinFET的實際替代方案,特別是針對需要微縮成本、類比優勢與可靠功率的市場;不過,Hutchenson總結說,FD-SOI還稱不上是真正的顛覆性技術。

Hutchenson強調,「FD-SOI並不具有顛覆性,但可望推動顛覆性進展。IoT才最具有顛覆力量:它將會像智慧型手機一樣帶來強大的顛覆性進展。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:FD-SOI Expands, But Is It Disruptive?,by Jessica Lipsky)