2018年9月16日，由SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、芯原控股有限公司、上海新傲科技股份有限公司、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所聯(lián)合主辦的第七屆上海FD-SOI論壇又一次如約而至。上海FD-SOI論壇始于2013年，之所以持續(xù)舉行FD-SOI論壇的原因之一就是，通過產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共同協(xié)作，建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈，以便更好的推進FD-SOI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
但是FD-SOI產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，究竟是什么情況？與會專家表示，FD-SOI技術(shù)基于其低功耗、低成本等優(yōu)勢，已經(jīng)在汽車、AIoT和5G通信領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用。
FD-SOI的希望在哪里
經(jīng)過多年的爭論，FD-SOI技術(shù)的支持者開始有所改變，不再強調(diào)和FinFET技術(shù)的比較，而是推廣FD-SOI制程在模擬射頻器件的制造方面的特性。
但尷尬的是，格芯22FDX全球從2018年開始提供代工服務(wù)，當(dāng)年僅有14個項目Tape out。盡管格芯在2018年FD-SOI論壇上表示，格芯22FDX工藝已有全球50多家客戶簽約，簽約金額超過20億美元，目前，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋物聯(lián)網(wǎng)、通信、工業(yè)、加密貨幣、汽車與國防軍工等不同方向。但2019年也只有26個項目Tape out，而且一半以上來自中國?？磥硐喈?dāng)多的客戶還在猶豫。
三星雖然沒有透露其具體的FD-SOI出貨量，但指出2019年已有超過21款產(chǎn)品在出貨，包括消費電子11款、IoT和可穿戴各4款、汽車/工業(yè)2款；相比2016年、2017年、2018年分別 是7、7、14款?？蛻糁幸舶▉碜詺W洲的NXP。
盡管三星表示其FD-SOI工藝的先進性，但畢竟FD-SOI業(yè)務(wù)在其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)版塊中占比微乎其微，而且三星和臺積電在FinFET工藝上的競爭不敢停止，必須要投入大量的資金去研發(fā)FinFET工藝，一旦在FD-SOI進展不順，三星應(yīng)該不會豪賭FD-SOI。
歐洲目前沒有先進的3D FinFET工藝，所以希望在先進的3D FinFET工藝之外，擁有一點自己的特殊化工藝，于是把目光瞄向了FD-SOI。期待在FD-SOI上取得突破，于是在2013年5月，由意法牽頭啟動Places2Be先進技術(shù)試制項目，支持全耗盡型絕緣層上硅（FD-SOI）技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。但時至今日，意法在FD-SOI上僅僅停留在28納米工藝上，未來也可能采用格芯的22FDX工藝進行生產(chǎn)，估計自身的工藝研發(fā)在放緩。
不過，IBS總裁Handel Jones通過一系列數(shù)據(jù)表示，由于人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的廣泛應(yīng)用，對于半導(dǎo)體有巨大的變革，將會催生半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長。Handel Jones表示，隨著技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備折舊的不同，單位邏輯門成本方面，22FDX工藝可與28nm HKMG體硅工藝相當(dāng)，而12FDX工藝則比FinFET工藝（16nm、10nm或7nm）都要低。特別要提到的是，受益于FD-SOI工藝光罩工藝簡化，所需掩膜版層數(shù)較少，綜合下來，盡管FD-SOI工藝所用襯底價格相對較高，整體成本比FinFET要低。
那實際狀況如何，我們來看看FD-SOI的發(fā)展現(xiàn)狀。
FD-SOI發(fā)展現(xiàn)狀
任何工藝技術(shù)離不開生態(tài)系統(tǒng)的支持。實際上，FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)在逐漸成形，圍繞FD-SOI工藝，已經(jīng)形成了工藝研究、襯底制造、EDA/IP、晶圓代工、IC設(shè)計服務(wù)公司、IC設(shè)計公司的產(chǎn)業(yè)鏈。
在FD-SOI襯底制造方面，目前有法國Soitec、日本信越半導(dǎo)體（SHE）兩家公司采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SOI晶園制造技術(shù)“智能剝離（Smart Cut）”進行生產(chǎn)。中國的新傲科技已經(jīng)開始布局FD-SOI襯底。
法國Soitec在歐洲和亞洲都有布局生產(chǎn)基地，是“智能剝離（Smart Cut）”技術(shù)的發(fā)明人和擁有者，是全球SOI晶圓的扛把子，已實現(xiàn)SOI晶園的高良率成熟量產(chǎn)。產(chǎn)品包括FD-SOI、RF-SOI（RFeSI-SOI）、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI。其中12英寸FD-SOI襯底廠能夠支持28納米、22納米及更為先進的節(jié)點上大規(guī)模采用FD-SOI技術(shù)；而RF-SOI可提供8英寸和12英寸襯底，可以滿足全球RF-SOI的商用。2019年1月和6月分別和三星、格芯簽署了SOI的供應(yīng)保障合約。根據(jù)Soitec年報，可知其FD-SOI的產(chǎn)能利用率從之前的50%爬升到了80%，產(chǎn)品銷售收入也取得了30%的增長。
信越半導(dǎo)體于1988年開始供應(yīng)SOI襯底，于1997年開始自Soitec獲得“智能剝離（Smart Cut）”授權(quán)，開始供應(yīng)FD-SOI襯底。目前可提供6英寸、8英寸、12英寸FD-SOI襯底。
在FD-SOI晶圓代工方面，主推FD-SOI工藝的是格芯半導(dǎo)體、三星電子、意法半導(dǎo)體（STM）等公司，目前都開始提供FD-SOI代工服務(wù)。國內(nèi)中芯國際、華力微也在開始涉足FD-SOI工藝。
意法半導(dǎo)體在2012年在啟動FD-SOI項目，主要用于多元化市場。公司在28nm FD-SOI技術(shù)上展示了基于ARM的3GHz以上工作頻率的智能手機應(yīng)用處理器。意法半導(dǎo)體表示，FD-SOI能效表現(xiàn)出色，可提高便攜式設(shè)備每瓦計算能力，降低散熱量，延長電池續(xù)航能力。意法半導(dǎo)體也和格芯達成用22FDX作為新一代工業(yè)和消費應(yīng)用的處理器解決方案的協(xié)議。
2014年三星獲得了STM的28納米FD-SOI工藝許可，并宣布進行多項試產(chǎn)，在2016年就推出了多種28nm工藝，其中28LPP+eFlash+RF早已成熟；而相比28LPP，28FDS+eMRAM+RF更具競爭力，其速度提升了25%。2018年9月，被亞馬遜（Amazon）收購的專注于家用安全系統(tǒng)領(lǐng)域的Blink公司，也利用28FDS技術(shù)推出了一款芯片。ARM在Semicon West2019上展示了業(yè)界首款采用三星28nm FD-SOI技術(shù)與eMRAM構(gòu)建并經(jīng)PSA認證的IoT設(shè)備。在第六屆FD-SOI論壇上，三星表示將在2018年年底或2019年年初，會推出18FDS工藝，相比28FDS，面積將減少35%，速度提升20%。而在今年的論壇上，卻是一筆帶過，可見技術(shù)前行的艱難。
格芯之前并不做FD-SOI工藝，是在2015年7月收購IBM晶圓廠，同年推出一種名為22FDX的22nm FD-SOI技術(shù)，其定位是能夠提供最佳性能/成本比。據(jù)稱22FDX技術(shù)平臺的性能接近16nm/14nm FinFET，成本接近28nm bulk silicon工藝。2017年2月，公司和Dream Chip Technologies發(fā)布了第一個商業(yè)產(chǎn)品ADAS芯片。目前公司22FDX主力生產(chǎn)廠位于歐洲德累斯頓的FAB1。根據(jù)公司技術(shù)發(fā)展藍圖（Roadmap），正在研發(fā)12nm FD-SOI工藝（12FDX）。
2018年11月，瑞薩電子（Renesas）推出一款創(chuàng)新能量采集嵌入式控制器，無需使用或更換電池，克服了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的用電限制。采用瑞薩的突破性SOTB?（薄氧化埋層上覆硅）制造工藝開發(fā)的新型嵌入式65nm超低功耗能量采集芯片組中也使用了一個特殊版本的FD-SOI工藝。
目前FD-SOI工藝集中在28nm和22nm，雖然有專家表示，未來走向18nm和12nm的路線圖非常清晰。但從三家的發(fā)展來看，其實非常艱難。
在FD-SOI設(shè)計服務(wù)方面，可以看到有芯原、Synapse Design。
芯原從2013年就與意法半導(dǎo)體在28nm FD-SOI上合作，2014年開始和三星在28nm FD-SOI上合作；2015年開始和格芯在22nm FD-SOI上合作，現(xiàn)在能夠在28nm和22nm提供IP平臺和設(shè)計服務(wù)。
在FD-SOI EDA/IP方面，我們看到了更多的中國公司的身影。芯禾科技提供RF相關(guān)支持，銳成芯微、和芯微、納能微都在提供相關(guān)IP。
物聯(lián)網(wǎng)如何拯救FD-SOI
根據(jù)IBS數(shù)據(jù)分析，預(yù)計2019年全球半導(dǎo)體市場將會下降13.5%，但到2020年會回升，增長6.08%，到2023年預(yù)計市場規(guī)模達到1萬億美元，中國市場將占據(jù)50%，達到5000億美元。
IBS首席執(zhí)行官 Handel Jones指出，在AI、智能手機、電動汽車、自動駕駛等領(lǐng)域，中國將成為全球的領(lǐng)先者，AI的發(fā)展將會改變很多行業(yè)，產(chǎn)品的處理能力需要在功率、成本、性能和可用算法中做出平衡，而基于FD-SOI工藝的芯片在這方面是最佳選擇。
而瑞芯微電子高級副總裁陳鋒在則指出，AIoT是一個高度分散的市場，單一市場的芯片出貨量并不高，這樣會導(dǎo)致研發(fā)成本增高，而且不同的產(chǎn)品對于高性能、計算能力以及連接性能都有著很高的要求，這對芯片的設(shè)計研發(fā)帶來了很大挑戰(zhàn)。但FD-SOI技術(shù)能夠很好的解決這些問題，不但簡化了工藝的復(fù)雜性，還能在成本、性能、功耗和定制化方面取得很好的平衡。
從論壇中各路嘉賓的發(fā)言可以看出FD-SOI的客戶群體包括：IoT需要超低功耗、RF系統(tǒng)集成的趨勢；汽車ADAS需要系統(tǒng)級集成器件；人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也需要更高性能更低功耗；5G日益成熟，需要RF高集成，相信未來更多芯片采用FD-SOI技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)市場看在似相當(dāng)龐大，但是FD-SOI能搶到多少生意，那還是要看整個生態(tài)圈是否足夠強大了。
