近期,22nm製程領域烽火再起!

之所以「烽火再起」,一方面22nm在半導體產業鏈中已存在較長時間,並再次獲得了代工廠以及IDM大廠的青睞;另一方面,各方蓄勢待發,大戰迫在眉睫。

三大陣營,GlobalFoundries的22FDX、英特爾(Intel)的22FFL以及台積電(TSMC)的22ULP,開始在22nm較力。

為什麼是22nm?

「這是能採用單次光罩的最小製程節點,而且是適合物聯網(IoT)、可攜式電子設備等低功耗、低成本應用的長壽命製程節點,」GlobalFoundries執行長Sanjay Jha在參加第五屆上海FD-SOI論壇時對我說到。

一句話道出了22nm大戰的真髓:市場需求。

而更值得關注的是,這場大戰的主戰場是在中國。

在這三大陣營中,GlobalFoundries的22FDX,採用FD-SOI技術,已進入量產階段。在2016年的第四屆上海FD-SOI論壇上,該公司CEO高調宣佈12FDX將是其下一個節點,一掃業界對FD-SOI是否具備可持續發展能力的疑問,並隨後於2017年2月宣佈在成都高新區建設22FDX產線,在業界造成轟動。

20170930_FDSOI_NT61P1 GlobalFoundies的製程開發藍圖

20170930_FDSOI_NT61P2 22FDX導向的主流應用

Sanjay Jha表示:「對於FD-SOI技術,我個人是充滿信心、非常樂觀,至少是針對我們專注的這些市場,而這些細分市場正好是發展非常快的市場。」

今年9月19日「Intel精尖製造日」上,英特爾在強調公司在製程領域處於領先地位的同時,宣佈了22FFL製程,其是一種採用FinFET實現低功耗的技術。英特爾將其賦予了挖掘和發展新業務的使命,但並未披露具體的時間表和晶圓廠位址等資訊。

而作為代工業龍頭的台積電視乎仍然保持著以往的謹慎風格。對於22ULP,我基本沒有什麼資訊來源,而業界的評論是其「從20nm退回到22nm」,據聞還需要1至2個季才能推出。大約2年前,台積電曾推出了專門針對低功耗市場的平台,具體業績也不明了。

性能比拼

以下的比較資料來自在上海FD-SOI論壇中GlobalFoundries CEO的演講。鑒於目前其他兩家的資料不明,作為參考。

20170930_FDSOI_NT61P3 三大製程性能比較

基於此次上海論壇,本文更多地給出了基於FD-SOI製程的多項比較。

IBS執行長Handel H. Jones在論壇中分享了不同製程時的每閘極成本、總體成本以及設計成本的對比。

20170930_FDSOI_NT61P4 不同製程每閘極成本分析

20170930_FDSOI_NT61P5 總體成本比較

20170930_FDSOI_NT61P6 設計成本比較

20170930_FDSOI_NT61P7 GlobalFoundries成都廠已完成上樑階段,即將封頂

殺手鐧:RF和記憶體

針對物聯網和可穿戴電子等應用,RF和記憶體的整合能力會對一個製程的壽命帶來很大的影響。

按照GlobalFoundries CEO的表述,22FDX有效地整合了RF功能,這也成為其抗衡FinFET製程的一個殺手鐧。而在記憶體方面,22FDX也具備整合eMRAM的能力。

20170930_FDSOI_NT61P8 eMRAM整合能力

在英特爾推出22FFL製程時,也特別強調了包括一個完整的RF套件,並結合了多種類比和RF元件支援高度整合。

在此需要提及一下三星(Samsung),其半導體製造業務已成為集團內獨立核算的部門。三星和意法半導體(STMicroelectronics)是最早進入到28nm FD-SOI領域的兩家公司。

在此次論壇上,以前表現相對靜默的三星宣佈了其下一個FD-SOI製程節點18nm,為FD-SOI陣營再加了一把柴。

而其eMRAM的整合能力是該公司的強項。

20170930_FDSOI_NT61P9 三星開發藍圖,強調eMRAM

FD-SOI生態鏈建設

作為FD-SOI的資深人士,VeriSilicon總裁戴偉民認為IP和FD-SOI基底晶圓對於FD-SOI未來的發展舉足輕重。

經過幾年的孕育和發展,這兩項均取得了可喜的進步。

目前,全球有三家公司能夠供應FD-SOI晶圓,包括法國Soitec、日本信越半導體(SHE)以及美國SunEdison。其中,法國Soitec最早實現FD-SOI晶片的高良率成熟量產。現在,上海矽產業投資有限公司NSIG收購了Soitec 14.5%的股份。

但中國的腳步沒有停止。

上海新傲科技投資超過20億人民幣,計畫利用其二期工廠推出12吋FD-SOI基底晶圓,預計未來總產能可達到60萬片/年。另外,考慮到成熟製程的設備折舊費以及未來新傲在FD-SOI晶片的投產,FD-SOI的成本還會進一步探底。

20170930_FDSOI_NT61P10 基底的部份產能介紹

而在IP領域,可以說是近幾年變化最大的部份。

GlobalFoundries CEO Sanjay Jha表示,「在增加的生態鏈合作夥伴中,IP佔據了很大部份。」

20170930_FDSOI_NT61P11 FDX的生態鏈

20170930_FDSOI_NT61P12 IP列表

20170930_FDSOI_NT61P13 VeriSilicon的部份IP

在2016年的上海FD-SOI論壇中,ARM首次表態接受FD-SOI製程。儘管今年ARM並沒有出席,但基於FD-SOI的ARM產品已經推向了市場。

GlobalFoundries給出了幾款基於ARM核心的設計,分析了採用其它製程和FD-SOI製程時,在晶片面積、功耗等方面的比較。

M4

在中國,很多業界人士認為FD-SOI是實現中國IC產業彎道超車的機會。目前,對GlobalFoundies而言,已有10家中國客戶在一年內投片或推出測試晶片。

20170930_FDSOI_NT61P15 22FDX用戶分析

20170930_FDSOI_NT61P16 FD-SOI全球使用者實例

進步還是後退?

無疑,回答這個問題的答案在於市場。

在演講中,IBS執行長Handel H. Jones表示,以現有28nm產品為例,90%均適合FD-SOI製程,市場相當龐大。

面對這個市場,GlobalFoundies、英特爾、台積電以及三星都在行動中。