作者:张国斌
加州大学伯克利分校的胡正明教授曾发明两个给半导体硅工艺续命的技术,一个是大家熟悉的FinFET(鳍式场效应晶体管)工艺,一个是大家正在熟悉的FD-SOI工艺(全耗尽型绝缘体上硅),这两个工艺技术一个主打高性能,一个主打低功耗,成为替代体硅CMOS(Bulk CMOS)工艺的完美演进工艺路线,几年前,我曾经数次撰文希望国内晶圆代工厂不要只盯着FinFET工艺,也要关注FD-SOI工艺--这个工艺将在物联网时代大放异彩(有兴趣的可以看看这篇被中科院微电子所转载我的《“芯”无远虑,必有近忧 ----FD-SOI与FinFET工艺,谁将接替Bulk CMOS?》一文,想了解详情的可以点击这个链接:
http://www.ime.cas.cn/icac/learning/learning_2/202007/t20200723_5643663....),相比FinFET工艺有台积电英特尔这些大厂在引路,FD-SOI有点“养在深闺无人识”的感觉,主要ST、三星、格芯、芯原微电子、Soitec等公司在推动,生态系统需要一点点构建,由于各种各样的原因,国内无一家晶圆厂去发展这个工艺,现在,一直深耕这个工艺的格芯终于品尝到了收获的快乐,在近日格芯GTC大会媒体会上,格芯透露其基于FD-SOI工艺的22FDX+平台累计获得75亿美元订单!这个工艺的订单比中国晶圆代工厂老大中芯国际全年的营收还要高出20亿美元!听到这个消息 ,我羡慕地要流口水!怪不得英特尔300亿美元收购格芯被格芯拒绝了,显然低估了格芯的价值嘛。
据格芯介绍,格芯22 FDX平台涵盖的产品非常广泛,接到的订单5G毫米波产品,汽车RF产品,以及IoT、WiFi 5、WiFi 6等,还有智能音频系统,OTT、消费电子处理单元,这也说明了FD-SOI确实有非常广泛的适用性。
最近格芯渐入佳境,就在GTC大会召开前格芯再从高通接到大单--格芯(GF)与高通技术公司子公司Qualcomm Global Trading PTE. Ltd.宣布,双方将延续在射频领域的成功合作,继续携手打造5G多千兆位射频前端产品,让新一代5G产品能够以小巧的外形尺寸提供用户所期望的高蜂窝速度、出色覆盖范围和优异能效。
高通高级副总裁兼射频前端业务总经理Christian Block表示:“随着5G领域对射频前端产品需求的不断增加,稳健的低功耗半导体解决方案至关重要。我们与格芯的合作,以及格芯在射频专用、功能丰富的晶圆厂解决方案方面的领导地位,有助于确保我们能够满足先进5G产品的高性能要求。”
3年前的2018年8月,格芯宣布将搁置7纳米FinFET项目,将一大部分顶尖技术人员部署到14/12纳米FinFET衍生产品和其他差异化工艺上,这个决定已经产生了积极的效果。
在媒体会上,格芯中国区销售总经理 Gary Wang 表示半导体行业已经发生重大转变,从一个高度以计算为中心的世界,转变为一个更加普及、多维、物联网的世界。半导体行业花了50年的时间才增长5000亿美元,而现在,它需要在未来的十年内实现同样的增长,这个增长的速度就(需要)加快5倍。
“2021年,全球晶圆厂收入中有650亿美元来自12nm及更大节点,占市场的73%。而大约73%的晶圆厂收入与移动、物联网和汽车等高增长市场有关,而传统的以计算为中心的模式,遵循摩尔定律和个位数纳米微缩,仅占半导体收入的27%。”他指出,“半导体制造业的创新是要让芯片变得更智能,而不仅仅是更小。”
他分享了格芯最近的三个战略重点:
第一,格芯正在投资60多亿美元为全球客户增加产能,其中包括新加坡40亿美元,美国和德雷斯顿各10亿美元,他表示格芯正通过一种新的经济模式来实现这一目标。“正如我们所说,我们行业的模式正在重新定义,它将基于半导体制造商和客户之间深厚的长期合作伙伴关系和共同投资。我们希望确保其战略供应,和主权安全的地方以及国家政府的投资和合作。”他解释说。
第二,格芯与客户的协作。“我们卷起袖子并肩工作,了解他们的需求,以便我们能够提供解决方案,帮助他们解决最大的设计挑战。在GTC峰会上,我们合作的许多公司将讨论我们如何合作,推动创新。这包括Qorvo的首席执行官,他谈到了我们的在5G领域的合作以及Qorvo在这领域的创新工作。我们还将与大众集团首席采购官向汽车行业提供技术和供应链创新所需的合作进行交谈。”他强调,“第三,我们相信半导体制造业的创新是让芯片变得更智能,而不仅仅是更小。我们与客户密切合作,共同开发和制造功能丰富的解决方案,为许多不断增长的市场提供至关重要的领先性能。与以计算为中心的芯片不同,功能丰富的芯片支持触摸屏、流媒体电影和安全支付等特定功能,新一代芯片将要求更高的安全性和更低的功耗,进而它们赋能我们的客户推动创新。格芯创新和半导体制造专业知识使这成为可能。”
他强调格芯专注于客户最关心的市场,包括智能移动设备、家庭和工业物联网、通讯基础设施和数据中心、汽车和个人计算在内的高增长终端市场。格芯不以节点和晶体管尺寸来谈论业务,而是以终端市场解决方案来谈论业务,与产品要求相一致。
“为了解决广泛的应用和终端市场,我们正在重新定义创新和半导体制造,为模拟、混合信号、电源、嵌入式储存器跟光子开发丰富的功能结合。今天,我们宣布推出新的解决方案、功能和能力,以推动5G、音频、图像和量子计算和下一代汽车领域的下一波创新。”他指出。
格芯推出的创新解决方案涵盖智能移动设备、数据中心、物联网和汽车芯片等。
在智能移动设备方面,已经有1000亿台设备采用了格芯的技术:格芯宣布推出新一代5G和Wi-Fi 6/6e手机与智能设备所需的先进功能组合。 格芯的RF-SOI Sub 6GHz解决方案包含新的功能,使芯片设计人员现在可以提供更强大的5G连接,减少盲区,从而增加通话、游戏和观看流媒体的时间,并且单次充电工作时间更长。 格芯FDX-RF解决方案包含新的功能,可为5G毫米波设备提供更可靠的连接和更多的联接体验。
格芯Wi-Fi解决方案现在包含新的增强型RF和功率放大(PA)功能,使Wi-Fi 6和6e芯片设计人员可以为支持Wi-Fi的新一代产品提供更高性能、更强大的Wi-Fi连接,从而扩大信号覆盖范围并增加连接数量。
在显示解决方案方面,包含的新功能有使显示驱动器IC设计人员能够在OLED显示屏上支持可变刷新率,以便为游戏提供超快刷新率,从而提高沉浸感,并在浏览时提供较慢的刷新率,以便节省电池电量。
在音频解决方案方面,包含新的功能和非易失性存储器选项,使音频放大器设计人员能够提供更逼真的音质,并显著减少噪声或失真,从而带来清晰的播放和通话音频。
在图像解决方案方面,包含新的功能有使图像传感器设计人员能够实现分辨率大于2亿像素且具有高动态范围、慢动作和较低功耗的堆叠CMOS图像传感器,从而打造新一代的智能手机摄像头。
针对数据中心格芯发布了一个新的平台和功能,可以实现更高的功率和能源效率,用以扩大了其硅光制造的领先地位。格芯在硅光领域已经有15年的积累,格芯的硅光解决方案在全新格芯45nm硅光平台上可提供,该新平台已通过关键的技术里程碑,并且将在2022年第一季度获得完整技术认证。该单晶片平台将射频CMOS和光学元件结合在同一芯片上,包括一项创新的新功能,即300毫米晶圆技术中的第一个微环谐振器(MRR)光学元件。格芯已经在新平台上与领先的客户和合作伙伴进行合作。
在物联网领域:针对物联网的格芯微显示解决方案包括优化和提高处理速度、减少漏电的新功能,并提供增强的像素驱动程序功能,以实现更小、更轻的增强现实(AR)眼镜,并延长单次电池充电使用时间。
在汽车芯片方面,格芯宣布推出的22FDX平台在德国德累斯顿的Fab 1已通过Grade 1一级的自动驾驶认证,能够帮助客户缩短产品上市时间。格芯已宣布在德累斯顿投资10亿美元,并将额外投资50亿美元用于扩大全球产能。针对目前全球汽车芯片短缺问题,格芯表示相比于2020年,2021年的格芯提供给汽车的晶圆已经增长了一倍以上,格芯在持续提高产能来解决汽车的晶圆供应不足的问题。
背景知识:FD-SOI工艺小知识
FD-SOI其实还是一种平面工艺技术,依赖于两项主要技术创新。首先,在衬底上面制作一个超薄的绝缘层,又称埋氧层。其次是用一个非常薄的硅膜制作晶体管沟道。因为沟道非常薄,无需对通道进行掺杂工序,耗尽层充满整个沟道区,即全耗尽型晶体管。这两项创新技术合称“超薄体硅与埋氧层全耗尽型绝缘体上硅”,简称UTBB-FD-SOI。
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