SiP 和 eNVM: 哪一个是最好的选择?

作者: Yafeng Zhang

汽车电子和物联网应用的蓬勃发展,推动着市场对于MCU需求的增长。最新的预测表明,MCU在未来五年的年复合增长率会达到4%, 而汽车MCU的增长率会高达14%。

非挥发性存储器(NVM)是MCU芯片必不可少的组成部分,它不仅需要用来存储代码,而且需要用来存储使用过程中产生的数据。

两种方案

业界通常有两种MCU存储模块的解决方案:嵌入式存储器(eNVM)和系统级封装 (片外存储器–SIP)。eNVM工艺是在逻辑工艺平台的基础上开发的特殊工艺,通过这种工艺生产出带有非挥发存储器模块的的芯片。对于不同的eNVM工艺,需要增加不同层数的光罩,因此它的工艺成本相比于逻辑工艺有一定的增加。对于SIP解决方案,是通过封装的方法,把一颗NOR闪存芯片和逻辑芯片封装在一起,代码和数据存储在独立的、外挂的NOR闪存芯片上。

目前,世界领先的MCU厂商主要使用eNVM方案,但SIP方案对于新进入的公司很有吸引力,因为这种设计简单,设计周期短,从而使厂商降低设计成本,加快上市速度。然而,SIP解决方案无法满足特定应用场景的所有要求,综合考虑到成本、功耗、速度、安全性、稳定性和可靠性要求,很多应用场景下,使用eNVM是更好的解决方案。

综合评估

为了帮助MCU厂商选择最优的解决方案,我们从功耗、启动时间、速度、安全性、可靠性和成本等方面,结合客户目标的应用场景,比较一下两种方案。

  • 功耗:eNVM的功耗会比SIP低30%以上,因为SIP采用外挂的Flash芯片,在读写操作的时候,需要驱动IO,造成功耗的增加。因此,对于用于电池供电的低功耗应用,格芯推荐使用eNVM。
    GF and eVaderis are co-developing a low power MCU using 22FDX and eMRAM
  • 启动时间:eNVM的启动速度比SIP快20倍以上(Datasheet spec: 5us vs >100us)。而且,因为eNVM是XIP(eXecute In Place),主芯片可以直接从NVM模块读数据进行启动,而SIP Flash,系统通常需要将数据从外部存储器下载到片上SRAM,需要更长的时间。因此,对于需要快速启动的常闭应用,格芯推荐eNVM。
  • 速度:eNVM比SIP提供2X以上的更快的读取速度(10ns, x32的eFlash是400MB/s vs 最高端的SPI NOR, 400MHz, 8bit位宽速度是200 MB/s)。更进一步,eNVM模块的位宽可以很容易的扩展到X64,X128,甚至X256,所以,eNVM的速度更具优势。因此,对于需要高速/高带宽的应用,格芯推荐使用eNVM。
  • 安全性:eNVM比SIP提供更高的安全性,因为eNVM模块可以被定制,同时,工艺可以使用诸如PUF之类的IP来增强安全性。相反,SIP Flash是市场上的标准产品,很难增加额外的安全性设计。因此,对于需要高安全性的应用,格芯推荐eNVM。
  • 可靠性:eNVM提供了更高的可靠性。在嵌入式工艺开发的时候,eNVM和逻辑工艺作为一个整体,可以直接达到车规1级或者0级,因此对于严格可靠性要求的应用,格芯推荐eNVM。
    40nm Embedded Self-Aligned Split-Gate Flash Technology for High Density Automotive MCU
    CMOS Embedded STT-MRAM arrays in 2x nm Modes for GP-MCU applications
  • 成本:成本是最难比较的部分,牵涉范围广,通常需要考虑以下一些因素:
    • NVM的存储大小和整个芯片尺寸,它决定了每片晶圆上面的芯片颗粒的数量。
    • 逻辑工艺和eNVM工艺的晶圆价格。
    • SIP方案中,片上SRAM的容量,用于在系统启动的时候,从外部存储中下载代码。
    • SIP方案的闪存KGD价格
    • 晶圆测试成本
    • 其他因素如晶圆良率(逻辑工艺和嵌入式工艺),封装的良率损失,管理成本等

成本比较

我们选取了六个典型的NVM存储容量(2MB,4MB,8MB,16MB,32 MB,128MB),在格芯的40nm LP逻辑工艺和嵌入式工艺,22FDX®(22nm FD-SOI)逻辑工艺和嵌入式工艺,一共4种工艺平台上,进行成本的比较。

同时,对于SIP方案,因为每个产品都有不同启动方法,会用到不同的片上SRAM容量来“映射”外部闪存。下面的比较选择了最理想的情况:SIP解决方案和eNVM解决方案利用完全相同的SRAM容量。实际情况是,大多数常见的SIP解决方案会采用更大的SRAM容量。

Total Package Cost by NVM Density chart

来源: 格芯

从上图可以看到,对于采用40nm平台的产品,当NVM容量小于16Mb时,选择eNVM(eFlash)的方案,成本较低,而当NVM容量等于或高于16Mb时,SIP解决方案成本较低。

对于采用22nm FDX技术的产品,当NVM容量小于32 Mb时,eNVM(eMRAM)解决方案的成本较低,而当NVM容量等于或高于32 Mb时,SIP解决方案成本较低。

比较这两个平台,22FDX eNVM解决方案在所有NVM容量条件下的成本都比40nm SIP方案更低。与此同时在功率、速度、安全性和可靠性方面均优于SIP解决方案。

更重要的一点,当SIP选用更大的SRAM容量时,eNVM解决方案的优势更加明显。

最优选择

总之,eNVM和SIP解决方案都是设计制造MCU的可行方法。然而,基于优越的功耗、速度、安全性和可靠性,eNVM往往是MCU的更好选择。在成本方面,对于小容量,eNVM通常比SIP更低。MCU厂商通常需要权衡各种方案的利弊,来赢得市场。而格芯提供了多种解决方案,来协助我们的客户取得成功。格芯的eNVM技术,使用从主流的130nm平台到领先的22nm FDX平台,以满足新兴市场的多样化需求。低功耗的FDX平台加上低功耗的eMRAM的解决方案,是IoT应用的最优选择,而eMRAM超快的存储速度和高容量,使它同样适用于计算和存储市场。结合了RF和优越性能的LP + eFlash方案, 特别适用于汽车,工业,和消费类MCU市场。而格芯的成熟的SIP解决方案可以帮助客户加快产品面世的进程

请联系格芯为您的特定MCU架构提供更精确的的SIP与eNVM的比较分析。

关于作者

Yafeng Zhang

张亚峰

张亚峰在半导体行业有超过15年的经验,包括产品设计、应用和技术营销。他目前负责格芯eFlash产品的技术营销, 产品涵盖130 nm到40 nm,并专注于支持全球的MCU客户。在加入格芯之前,他曾任多个职务,包括在美光半导体(Micron SemSystems)负责45 nm NOR存储器设计和产品技术支持应用,以及在新思科技(Synopsys)和中芯国际担任了多个职务。张亚峰拥有复旦大学微电子硕士和材料科学学士学位。

GLOBALFOUNDRIES宣布推出业界最先进的汽车认证生产型FD-SOI工艺技术

安全性、可靠性和坚固性的制造认证为客户提供了汽车应用的性能和功率效率

加州圣克拉拉,2018年5月23日 - GLOBALFOUNDRIES今天宣布,其22纳米FD-SOI(22FDX®)技术平台已获得AEC-Q100 2级认证,可用于生产。作为业界最先进的汽车级FD-SOI工艺技术,GF的22FDX平台包括一套全面的技术和设计使能能力,专门用于提高汽车集成电路(IC)的性能和功率效率,同时严格遵守汽车安全和质量标准。

随着汽车电子内容的迅速扩散以及对能源效率和安全的规定,半导体器件的质量和可靠性比以往更加关键。作为AEC-Q100认证的一部分,器件必须在很宽的温度范围内成功地经受住长时间的可靠性压力测试,以获得2级认证。GF的22FDX工艺的认证体现了该公司为汽车行业提供高性能、高质量技术解决方案的承诺。

"VLSI Research首席执行官兼董事长Dan Hutcheson表示:"对于那些在功率、性能和成本方面寻求实时权衡的公司来说,FD-SOI具有优势。"GF的汽车级22FDX技术正是汽车制造商和供应商所需要的,可以实现高度集成的汽车级IC的快速集成。"

"GLOBALFOUNDRIES在为行业提供汽车解决方案方面已有10多年的经验。我们每年都通过一系列的认证和审核来证明我们对半导体质量和可靠性的承诺,"GF公司业务部门高级副总裁Bami Bastani博士说。"我们的22FDX技术的汽车认证再次证明了我们对扩大FD-SOI能力和产品组合以进入新市场和客户的承诺。我们现在有成熟的能力来制造我们的22FDX技术,以满足汽车市场严格的质量和性能要求。"

作为公司AutoPro™平台的一部分,22FDX允许客户轻松地将其汽车微控制器和ASSP迁移到更先进的技术,同时利用比竞争技术更显著的面积、性能和能效优势。此外,该优化平台为汽车雷达应用提供了高性能的射频和毫米波能力,并支持在MCU和高压器件中实现逻辑、闪存、非易失性存储器(NVM),以满足车载IC的独特要求。

GF的AutoPro平台包括广泛的汽车AEC-Q100合格技术解决方案组合,由强大的服务包支持,符合GF在新加坡的工厂和最近在德国德累斯顿的工厂1严格的ISO汽车质量标准,取得了ISO-9001/IATF-16949认证,现在能够满足汽车工业严格和不断发展的需求。

22FDX PDK和一系列经过硅验证的IP现在已经上市。客户现在可以开始优化他们的芯片设计,开发差异化的低功耗和高性能汽车解决方案。

欲了解更多信息,请访问: globalfoundries.com/market-solutions/automotive。

关于GF

GLOBALFOUNDRIES是一家领先的全方位半导体代工企业,为世界上一些最具灵感的技术公司提供独特的设计、开发和制造服务。凭借横跨三大洲的全球制造足迹,GLOBALFOUNDRIES使改变行业的技术和系统成为可能,并使客户有能力塑造他们的市场。GLOBALFOUNDRIES为穆巴达拉投资公司所有。欲了解更多信息,请访问https://www.globalfoundries.com。

GF联系人。

Erica McGill
GLOBALFOUNDRIES
(518) 795-5240
[email protected]

格芯宣布推出业内符合汽车标准的先进 FD-SOI工艺技术

制造安全性、可靠性和鲁棒性认证为客户提供了汽车应用所需的性能和能效

加利福尼亚州圣克拉拉,2018年5月23日–格芯今日宣布,其22nm FD-SOI (22FDX®)技术平台已通过AEC-Q100(2级)认证,准备投入量产。作为业内符合汽车标准的先进FD-SOI工艺技术,格芯的22FDX平台融合全面的技术和设计实现能力,旨在提高汽车集成电路(IC)的性能和能效,同时仍然遵循严格的汽车安全和质量标准。

随着汽车电子器件产品的迅速普及,关于能效和安全性的法规不断增多,半导体器件组件的质量和可靠性变得比以往更加关键。作为AEC-Q100认证的组成部分,器件必须在一段时间和广泛的温度范围内,成功完成可靠性压力测试,以获得2级认证。对格芯22FDX工艺的认证体现了公司秉持的承诺:为汽车行业提供高性能、高品质的技术解决方案。

“对于那些寻求实时权衡功率、性能和成本的公司来说,FD-SOI颇具优势”,VLSI Research的首席执行官兼董事长Dan Hutcheson表示。“格芯符合汽车标准的22FDX技术正是汽车制造商和供应商实现高度集成的汽车级IC快速集成所需的技术。”

“10多年以来,格芯一直为汽车行业提供解决方案。我们每年都会通过一系列的认证和审计证明我们对半导体质量和可靠性的承诺”,格芯业务部高级副总裁Bami Bastani表示。“我们22FDX技术所获的汽车认证再次确认了我们将FD-SOI功能和产品组合进一步扩展至新市场和客户的承诺。现在,我们制造22FDX技术的能力已经得到验证,能够满足汽车市场严格的质量和性能要求。”

作为公司AutoPro™平台的组成部分,22FDX让客户能够轻松将其汽车微控制器和ASSP迁移至更加先进的技术,同时充分利用显著超越竞争技术的尺寸、性能和能效优势。此外,这个经过优化的平台为汽车雷达应用提供高性能射频和毫米波功能,并支持在MCU中实施逻辑、Flash、非易失性存储器(NVM),也支持高压器件,以满足车用IC的独特要求。

格芯的AutoPro平台由诸多符合AEC-Q100汽车标准的技术解决方案组成,并提供符合严格的ISO汽车质量标准的稳健服务包支持,格芯新加坡的晶圆厂和德国德累斯顿1号晶圆厂都遵循ISO汽车质量标准,后者刚刚通过ISO-9001/IATF-16949认证,现在能够满足汽车行业严格且不断变化的需求。

22FDX PDK现已上市,同时提供各种通过芯片验证的IP。客户现在可以开始优化其芯片设计,以开发低功耗、高性能的差异化汽车解决方案。

如需了解更多信息,请访问:https://www.globalfoundries.com/cn/market-solutions/automotive。

关于格芯

格芯是全球领先的全方位服务半导体代工厂,为世界上最富有灵感的科技公司提供独一无二的设计、开发和制造服务。伴随着全球生产基地横跨三大洲的发展步伐,格芯促生了改变行业的技术和系统的出现,并赋予了客户塑造市场的力量。格芯由阿布扎比穆巴达拉投资公司(Mubadala Investment Company)所有。欲了解更多信息,请访问 https://www.globalfoundries.com/cn。

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邢芳洁(Jay Xing)
86 18801624170
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Presto Engineering加入格芯生态系统 成为格芯的新ASIC合作伙伴

2018年5月15日,加州圣何塞--半导体产品工程和供应链管理的全球领导者Presto工程公司今天宣布加入GF的合作伙伴生态系统GLOBALSOLUTIONS®,提供从构思到生产的服务。作为生态系统的合作伙伴,Presto将基于GF的技术和服务为全球客户提供其硅片后工程和生产的交钥匙解决方案。

Presto工程公司作为ASIC合作伙伴加入GLOBALFOUNDRIES生态系统

2018年5月15日,加州圣何塞--半导体产品工程和供应链管理的全球领导者Presto工程公司今天宣布加入GF的合作伙伴生态系统GLOBALSOLUTIONS®,提供从构思到生产的服务。作为生态系统的合作伙伴,Presto将基于GF的技术和服务为全球客户提供其硅片后工程和生产的交钥匙解决方案。

格芯认证Synopsys IC Validator用于核签物理验证

Synopsys, Inc.(纳斯达克:SNPS)今天宣布,GLOBALFOUNDRIES(GF)已认证Synopsys IC Validator工具在GF 14LPP工艺技术上进行物理签收。通过这项签收认证,设计人员可以利用IC Validator的速度和可扩展性,同时确保高水平的可制造性和最大产量。经过认证的运行集,包括DRC、LVS和金属填充技术文件,今天可以从GF获得。

Synopsys IC验证器通过GLOBALFOUNDRIES的物理验证签名认证

Synopsys, Inc.(纳斯达克:SNPS)今天宣布,GLOBALFOUNDRIES(GF)已认证Synopsys IC Validator工具在GF 14LPP工艺技术上进行物理签收。通过这项签收认证,设计人员可以利用IC Validator的速度和可扩展性,同时确保高水平的可制造性和最大产量。经过认证的运行集,包括DRC、LVS和金属填充技术文件,今天可以从GF获得。

SiP 与 eNVM:哪个最适合我的 MCU?

作者:张亚峰作者:张亚峰

蓬勃发展的汽车和物联网市场推动了对微控制器 (MCU) 日益增长的需求。最新预测显示,未来五年MCU整体复合年增长率(CAGR) 将达到 4%,尤其是汽车 MCU 的复合年增长率将接近 14%。

非易失性存储器 (NVM) 是微控制器的关键元件,因为它不仅需要存储代码,还需要在产品的整个生命周期内存储操作数据。

两种 NVM 解决方案

有两种 NVM 解决方案通常用于制造 MCU:直接嵌入片上系统 (SoC) 的 NVM 或作为系统级封装 (SiP) 解决方案与逻辑芯片组装在一起的独立外部 NVM 芯片。带有嵌入式 NVM(eNVM)的 MCU 采用包含 eNVM 的特殊逻辑工艺制造,MCU 运行所需的一切均在该单芯片内完成。对于使用 SiP 解决方案的 MCU,NOR 闪存芯片和逻辑芯片封装在一起。因此,代码和数据脱离逻辑芯片,存储在独立的 NOR 闪存芯片上。

顶级 MCU 供应商主要在其产品中使用 eNVM 解决方案,但 SiP 解决方案对较小的公司来说可能是一个有吸引力的选择。这些公司可能会缩短产品上市时间,部分原因是使用现成的标准逻辑工艺可以简化和缩短设计周期。然而,SiP 解决方案可能无法满足许多物联网和汽车应用的所有要求。考虑到高增长 MCU 应用对成本、功耗、速度、安全性、稳定性和可靠性的要求,使用 eNVM 通常是更优的解决方案。

选择最佳解决方案

要为应用选择最佳解决方案,可以考虑根据终端市场对功耗、开机时间、速度、安全性、可靠性和成本的主要要求,对这两种解决方案进行以下比较:

  • 功耗:eNVM 的有功功耗比 SiP 低 30% 以上,因为 SiP 闪存需要持续的 IO 切换。因此,GF 建议将 eNVM 用于需要低功耗的电池供电物联网应用。GF 和 eVaderis 正在共同开发一种使用 22FDX 和 eMRAM 的低功耗 MCU。
  • 上电时间:eNVM 的上电时间和访问第一个数据的时间比 SiP 快 20 倍(5µs 对 100µs),因为 eNVM 是 XIP,而 SiP 闪存则需要将数据复制到片上 SRAM。因此,对于需要极快上电和读取时间的常关断应用,GF 推荐使用嵌入式 eNVM。
  • 速度:eNVM 的读取速度是 SiP 的 2 倍(400MB/秒对 200MB/秒),因为 eNVM 宏具有 x32 至 x128 位 IO 总线宽度,而 SiP 使用的是 x4 或 x8 位。
  • 安全性:eNVM 比 SiP 具有更高的安全性,因为 eNVM 宏可以定制,而且 SoC 可以使用 PUF 等 IP 来增强安全性。相比之下,SiP 闪存是市场上的标准产品,无法增加额外的安全性。因此,GF 建议高安全性应用采用 eNVM。
  • 可靠性:eNVM 具有更高的可靠性,因为它作为单个 SoC 达到了所需的可靠性水平,而 SiP 闪存只能通过对已知好芯片 (KGD) 和封装进行严格的测试筛选来实现高可靠性。用于 GP-MCU 应用的 2x 纳米模式 CMOS 嵌入式 STT-MRAM 阵列
  • 成本:要比较两种解决方案的成本,必须考虑几个因素:
    • NVM 存储器密度和整个芯片尺寸,决定了有无 eNVM 的单晶片毛重
    • 晶圆价格,含或不含 eNVM
    • 为 SiP 解决方案提供额外的片上 SRAM 密度,用于在开机时从外部闪存下载代码
    • 用于 SiP 解决方案的闪存 KGD 价格
    • 晶圆测试成本,含或不含 eNVM
    • 其他因素,如晶圆良品率、有无 eNVM、SiP 解决方案 FT 良品率损失、管理成本等

成本比较

下面的成本比较包括六种典型的 NVM 存储器密度(2Mb、4Mb、8Mb、16Mb、32Mb、128Mb),分别在带有 eFlash 的 GF 40nm LPx 平台和带有 eMRAM 的 22FDX®(22nm FD-SOI)平台上实现。

由于每家公司的 SiP 解决方案都有不同的上电方法,因此会使用不同的片上 SRAM 密度来 "隐藏 "外部闪存。以下结果假设了 SiP 的理想情况,即 SiP 解决方案和 eNVM 解决方案使用相同的 SRAM 大小。请注意,大多数常见的 SiP 解决方案都会增加 SRAM 容量,以便从外部闪存进行代码阴影处理。

资料来源资料来源:全球半导体公司,2018 年

上图显示,当 NVM 密度小于 16Mb 时,采用 eNVM(eFlash)的 40 纳米平台成本较低,而当 NVM 密度等于或大于 16Mb 时,SiP 解决方案成本较低。

对于采用 22nm FDX 平台的设计,当 NVM 密度小于 32Mb 时,eNVM 解决方案(eMRAM)的成本较低;而当 NVM 密度等于或大于 32Mb 时,SiP 解决方案的成本较低。

比较这两个平台,22FDX eNVM 解决方案(eMRAM)在所有 NVM 密度下的成本均低于 40 纳米 SiP 解决方案。此外,就 22 纳米平台而言,eMRAM 在较高密度(32Mb 以上)下的额外成本为 4% 或更低,同时在功耗、速度、安全性和可靠性方面也优于 SiP 解决方案。

对于更大的 SRAM 密度,eNVM 解决方案的优势就更大了。

那么,哪种解决方案最适合我的 MCU?

总之,eNVM 和 SiP 解决方案都是结合逻辑和 NVM 的可行方法。不过,eNVM 在功耗、速度、安全性和可靠性方面更胜一筹,通常是 MCU 的最佳选择。在成本方面,eNVM 通常比 SiP 成本更低,尤其是 NVM 密度低于 32Mb。在 MCU 制造商考虑其产品的所有权衡因素时,GF 随时准备协助客户选择合适的解决方案,以赢得市场。

在最近的一段技术交流视频中,GF 谈到了嵌入式非易失性存储器与系统封装的利弊。

GF 利用从 130 纳米到 22 纳米的前沿和主流技术平台提供各种eNVM 和 SiP 解决方案,以满足新兴市场的各种需求。单元核心 eMRAM 系列功耗低,是 MCU 和物联网市场的理想之选,超快的存取速度和高存储容量使其成为计算和存储市场的完美伴侣。eFlash 解决方案(以及射频和模拟模块以及各种 IP)针对可穿戴设备、物联网、汽车、工业和消费电子等特定应用进行了优化。 GF SiP 解决方案采用成熟技术,可快速上市。

如需针对您的特定 MCU 架构进行 SiP 与 eNVM 的精确比较,请联系 GF。

关于作者

张亚峰

张亚峰

Yafeng 在半导体行业拥有约 15 年的经验,擅长 NOR 闪存的设计、应用和技术营销。Yafeng 负责 eFlash 130 纳米到 40 纳米产品的技术营销,尤其关注汽车和工业 MCU 客户。

在加入 GF 之前,Yafeng 曾在美光半导体担任高级工程职务,主要负责 45 纳米 NOR 闪存的设计和产品应用。在此之前,Yafeng 曾在 Synopsys 和中芯国际担任多个职位。

Yafeng 拥有中国上海复旦大学微电子工程硕士学位和材料科学学士学位。

VLSI Research 调查显示,FET 与 FD-SOI 相得益彰

作者: Dave Lammers戴夫-拉默斯

"相比过去两年,现在持偏执想法的人少了很多。"VLSI Research 首席执行官 Dan Hutcheson

两年前,市场调研公司VLSI Research Inc.(加利福尼亚州圣克拉拉市)的首席执行官DanHutcheson就全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)主题采访了具有影响力的IC和知识产权经理,发现两个主要问题:设计团队是否能够将外部IP与内部知识产权相结合,以及因此而出现的工艺技术路线图短缺。

Hutcheson今年再次进行该VLSI调研,发现情况已大有改观:2018年受访者表示,由于格芯致力于为其FDX技术提供12nm节点,已大大缓解对路线图问题的担忧。Hutcheson在参加2018年4月下旬举办的SOI硅谷研讨会,向与会者展示2018年度的调查结果时表示,"IP问题也不再如此严峻"。

Dan G. Hutcheson在2018年4月举办的SOI硅谷年度研讨会上展示了其FD-SOI和FinFET调查结果(照片来源:格芯)。

Hutcheson共采访24位调查对象(占据IC和知识产权一半以上市场份额的公司决策者),以期了解在晶体管设计中采用FD-SOI的原因。近四成受访者表示首要原因是 "更出色的模拟增益",另外近四成受访者表示 "可以降低泄露和实现更好的寄生效应"。

2018年的调查参与者现在已经意识到,RF和混合信号技术在FD-SOI中更容易实施,并且普遍认为FD-SOI是更适合5G和毫米波RF SoC的解决方案。

时代已经改变

开展2016年调研时,基于FinFET的工艺才刚刚问世。当时大家认为,FinFET和FD-SOI,只能二择其一。随着FinFET应用的普及,人们开始产生更加多样化的想法。"现在,大多数人认为FinFET和FD-SOI技术相辅相成,可根据具体的应用需求选择使用。"Hutcheson表示。

基于 FinFET 的技术提供更高的性能、集成度和密度。但是,即使过去两年 FinFET 成本因为设备跌价而降低,其设计和掩膜成本仍高于 FD-SOI。

许多受访者表示,FD-SOI的主要优势在于RF,或者模拟、数字和RF集于同一芯片的 "高混合SoC"。正如Hutcheson所言,在重视RF和传感器集成的产品市场中,FD-SOI被视为 "远超过去 "的解决方案。

受访者告诉Hutcheson,SOI上的全耗尽平面晶体管能够提供 "更出色的模拟增益、更合理的匹配,而且更容易匹配。

Hutcheson表示,"因为具备出色的寄生效应,FD-SOI在5G应用中,具有得天独厚的优势。有些人尝试在5G应用中使用鳍片,但鳍片寄生效应起到了决定性的作用。正如受访者所言:'万事万物,总能找到解决办法。

2018年调查选择FinFET的主要原因。首要原因在于先进的FinFET所具备的性能和密度优势。近30%的受访者表示 "从结构基础上说,FD在这些领域不具备成本效益"。约15%的受访者表示他们认为毫米波IC "可以用于体硅"。其他受访者给出了各种各样的理由,包括采用背栅极偏压的设计挑战,认为FinFET生态系统 "没有对手"、缺乏FD-SOI IP,以及 "管理层拒绝 "等。

受访者看到了 FD-SOI晶体管的优势。(资料来源:VLSI Research Inc.)

"我询问了关于体偏置的问题,发现大家表示它被过度吹捧。"Hutcheson说道。一位受访者说道,"如果我对老板说,我们应该采用体偏置只是因为想用,他很可能会说,这太复杂也太冒险,所以就用体硅吧。最好是先向管理层推销FD独特的晶体管特性,然后再补充体偏置功能作为额外优势。"

受调查者表示,FD-SOI具有商业吸引力,其中约30%表示采用FD-SOI实施设计的首要商业原因就是其设计成本更低。 之后则是更低的制造成本、更少的掩膜,以及更快的周期/上市时间。

Hutcheson注意到,物联网标签涵括几大细分市场。对于非常注重功耗的边缘物联网市场-他将其称为 "通过开/关任务坡面,更聪明地使用功率"-FD-SOI具有 "巨大优势"。此外,他说根据调查,对于产品寿命短暂的市场,以及 "芯片设计预算较低 "的公司而言,FD-SOI颇具优势。

基于2018年调查得出的主要结论就是:现在经理和工程师更愿意将FD-SOI视为FinFET的补充,或者在某些情况下,作为符合其公司产品要求的唯一工艺路线图。受调查者中占整整75%的人员表示:他们可能考虑运行两种路线图,一种适用于FinFET,一种适用于FD-SOI。

"两年前,在这个问题上,人们很难抉择:到底该使用FinFET?还是FD-SOI? 彼时,这是一个非此即彼的问题,现在,它更像是一个两者皆选的问题。

关于作者

戴夫-拉默斯
Dave Lammers是固态技术特约撰稿人,也是格芯的Foundry Files的特约博客作者。他于20世界80年代早期在美联社东京分社工作期间开始撰写关于半导体行业的文章,彼时该行业正经历快速发展。他于1985年加入E.E. Times,定居东京,在之后的14年内,足迹遍及日本、韩国和台湾。1998年,Dave与他的妻子Mieko以及4个孩子移居奥斯丁,为E.E Times开设德克萨斯办事处。Dave毕业于美国圣母大学,获得密苏里大学新闻学院新闻学硕士学位。

 

VLSI 研究调查受访者认为鳍片和 FD-SOI 相辅相成

作者: Dave Lammers戴夫-拉默斯

"现在的偏执狂比两年前少多了"。VLSI Research 首席执行官 Dan Hutcheson

两年前,当市场研究公司 VLSI Research Inc.(加利福尼亚州圣克拉拉市)首席执行官Dan Hutcheson 开始就绝缘体上全耗尽硅(FD-SOI)问题采访有影响力的集成电路和知识产权经理时,他发现了两个最受关注的问题:一是是否有设计团队可以与内部知识产权相结合的外部知识产权,二是当时缺乏工艺技术路线图。

Hutcheson 今年重新进行了 VLSI Research 调查,发现情况有所不同:既然 GLOBALFOUNDRIES 已承诺其 FDX 技术采用 12nm 节点,那么 2018 年的调查对象对路线图问题的关注度就大大降低了,而且 "IP 已不再是一个问题,"Hutcheson 在 4 月底举行的 2018SOI 硅谷研讨会上介绍 2018 年调查结果时说。

Dan G. Hutcheson 在 2018 年 4 月举行的 SOI 硅谷年度研讨会上介绍其 FD-SOI 和 finFET 调查结果(图片来源:GF)

Hutcheson 向占集成电路和知识产权市场一半以上的公司的 24 位决策者询问了使用 FD-SOI 设计晶体管的原因。将近 40% 的人认为 "模拟增益更好 "是首要原因,同样多的人认为漏电更低和寄生性更好。其次是噪声更低、晶体管匹配性更好、热特性、可靠性问题和辐射防护更好。

2018 年的调查参与者现在意识到,射频和混合信号技术更容易在 FD-SOI 中实现,包括普遍认为 FD-SOI 是 5G 和毫米波射频 SoC 的更好解决方案。

时代变了

2016 年进行调查时,基于 finFET 的工艺刚刚面世。当时人们的思维模式是非此即彼:要么是 finFET,要么是 FD-SOI,非此即彼。现在,随着 finFET 的广泛应用,人们开始考虑更多细微的问题。"Hutcheson 说:"现在,大多数人都认为,finFET 和 FD-SOI 是互补技术,使用哪一种取决于应用需求。

基于 FinFET 的技术具有更高的性能、集成度和密度。然而,尽管在过去两年中,由于工具套件的折旧,finFET 成本有所下降,但其设计和掩膜成本仍高于 FD-SOI。

许多受访者表示,FD-SOI 的主要优势集中在射频或 "高混合 SoC",即在同一芯片上集成模拟、数字和射频。他说,在射频和传感器集成非常重要的产品市场,FD-SOI 被视为 "比以前更有价值 "的发展方向。

受访者告诉 Hutcheson,SOI 上的全耗尽平面晶体管能提供 "更好的模拟增益、更好的匹配,而且更容易匹配。在汽车环境中,"汽车行业的人看到了更好的热范围和更稳定的运行"。此外,与鳍式场效应晶体管的增强型模式晶体管相比,FD-SOI 耗尽型晶体管能提供更好的增益,从而使模拟设计受益匪浅。

"FD-SOI具有更好的寄生性能,因此在5G领域具有独特的优势。有些人试图将鳍片用于 5G,但鳍片寄生是一个决定性因素。用受访者的话说,'你总能找到绕过任何东西的工程方法。他说:"但问题是:你想花多少钱进行工程改造?

2018 年的调查询问了青睐 finFET 的首要原因。最大的原因是前沿 finFET 所拥有的性能和密度优势。近 30% 的受访者表示,"在这些领域,FD 在结构上不具成本效益"。 约 15% 的受访者表示,他们认为毫米波集成电路 "有可能采用块状结构"。其他受访者则提出了各种偏好鳍式场效应晶体管的原因,包括背偏压设计的挑战、鳍式场效应晶体管生态系统 "没有同行"、缺乏 FD-SOI IP 以及 "管理层说不"。

调查对象认为 FD-SOI 晶体管具有优势。(来源:VLSI Research Inc.)

"Hutcheson 说:"我询问了有关体细胞生物学的情况,发现有人说它被过度推销了。一个人说:"如果我对我的老板说,我们应该这样做,因为我们想做体偏压,他很可能会说这太复杂,风险太大,所以就做散装吧。最好是先向管理层推销 FD 独特的晶体管功能,然后再把体偏压作为额外奖励。

受访者表示,FD-SOI 具有商业吸引力,约 30% 的受访者将降低设计成本作为使用 FD-SOI 进行设计的首要商业原因。其次是更低的制造成本、更少的掩膜和更快的周期/上市时间。

Hutcheson 指出,物联网标签包括几个大型细分市场。对于功耗非常重要的边缘物联网市场--他称之为 "具有开/关任务曲线的智能功耗"--FD-SOI "具有巨大的优势"。他还说,调查显示,FD-SOI 在产品寿命短的市场和 "芯片设计预算低 "的公司具有优势。

2018 年调查的主要结论是,管理人员和工程师更愿意考虑将 FD-SOI 作为 finFET 的补充,或者在某些情况下将其作为唯一符合公司产品要求的工艺路线图。有近 75% 的调查对象表示,他们会考虑运行两个路线图,一个用于 finFET,另一个用于 FD-SOI。

"两年前,人们对这一问题的看法颇具戏剧性:是finFET?还是 FD-SOI?当时的情况是OR门,但现在更像是AND门。人们愿意同时使用这两种器件。他说:"现在的偏执狂比两年前少多了。

关于作者

戴夫-拉默斯

戴夫-拉默斯

Dave Lammers 是 Solid State Technology 的特约撰稿人,也是 GF's Foundry Files 的特约博主。Dave 于 20 世纪 80 年代初在美联社东京分社工作时开始撰写有关半导体行业的文章,当时正值该行业快速发展时期。1985 年,他加入了《电子时报》,在东京工作的 14 年中,他报道了日本、韩国和台湾的情况。1998 年,戴夫和妻子美惠子以及四个孩子搬到奥斯汀,成立了《电子时报》德克萨斯分社。戴夫毕业于圣母大学,并在密苏里大学新闻学院获得新闻学硕士学位。