2018年2月22日
作者： Dave Lammers戴夫-拉默斯
在即将于西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会 （MWC 2018）上，物联网领域的竞争对手将介绍他们的芯片设计，其中包括采用 GLOBALFOUNDRIES 的22FDX® 工艺的几家初创公司。
Nanotel Technology 公司首席技术官Anup Savla 说，这家年轻的公司正在设计几款用于窄带 (NB) 物联网领域的芯片。Savla 曾在英特尔工作过三年，之后在高通公司从事了 11 年的无线集成电路设计工作，他说，Nanotel 选择使用 22FDX 工艺是为了降低其混合信号 NB-IoT 调制解调器的功耗。
"我们有一个数字引擎，一个处理器，是围绕物联网应用设计的，重点是低功耗和低泄漏。有了 22FDX，就有了降低功耗和漏电的旋钮。他说："这样做的机会是无与伦比的，批量 CMOS 无法提供这样的机会。
Nanotel 收发器的设计在首批 22FDX 设计套件正式发布之前就已开始，使用的是 0.5 PDK，但使用的是针对 0.4 V 工作电压的库。"从一开始，我们就确定了 0.4 V 库的目标。原因是相对于体 CMOS 工艺而言，0.8 V 水平的功率差异不够大。他说："在 0.4 伏的情况下，功耗水平会大大降低，而成本却与块状 CMOS 工艺相似。
在被问及如何设计 FD-SOI 工艺时，Savla 说："我们只是遇到了典型的早期采用型问题。部分原因是使用后浇口需要额外的建模和测试要求，但无论工艺成熟与否，这都是事实。这不一定是负面的。 如果你真的想利用这种工艺，那么你就想改变后栅极电压，但这需要额外的建模"。
Savla 说，Nanotel 芯片组的设计在数字和模拟之间平分秋色。"在同一设计中，我们可以使用具有背闸控制功能的开关，在器件基本上处于休眠状态而不使用时切断漏电流，这在体CMOS中是不容易实现的。另一方面，我们可以在有源模式器件中使用背闸，从而在非常非常低的电源供应下实现有源操作"。
Nanotel 的主要重点不是销售集成电路--它是一家以解决方案为重点的公司，为客户设计设备和数据包，使他们能够使用长距离、低成本的蜂窝网络连接，而不必依赖 WiFi。他说，拥有自己的芯片组使 Nanotel 能够降低成本，并为客户定制独特的功能。
双模连接解决方案
据 ABI Research 公司称，领先的低功耗广域（LPWA）连接标准--LTE-M 和窄带物联网（NB-IoT）--预计到 2021 年将推动物联网部署达到近 5 亿。
GF和芯原 正在开发一套IP，使客户能够创建 支持LTE-M或NB-IoT双模解决方案的单芯片LPWA解决方案 。该IP可在单芯片上实现完整的蜂窝调制解调器模块，包括集成基带、电源管理、射频无线电和前端组件。
芯原提供硅平台即服务（SiPaaS）知识产权，使客户能够专注于差异化功能。芯原首席执行官戴伟立（Wayne Dai）表示，中国政府已将NB-IoT作为明年全国部署的目标。GF在成都为FDX新建的300毫米晶圆厂，以及集成NB-IoT和LTE-M的单芯片解决方案等IP平台，"将对中国的物联网和AIoT（物联网人工智能）产业产生重大影响"。
每微米一个皮康
GF 物联网、人工智能和机器学习战略营销和业务开发总监Anubhav Gupta 表示，一些客户正在采用旧的多芯片设计，并在 22FDX 中创建单芯片解决方案。"由于高效的 SOI FET 堆叠可实现高功率 PA 和高开关线性度，因此在 22FDX 中采用单芯片具有面积、功耗和成本优势。与 28nm 体系中的同等设计相比，我们发现短沟道效应低、跨导增益高、失配明显改善、噪声更低。"
在数字方面，Gupta 说，体偏压能力使客户可以在低至 0.4V 的电压下工作，待机漏电流小于 1 微安/微米。此外，GF 现在提供的嵌入式 MRAM 具有极快的唤醒速度，读取速度与闪存相似，但写入速度提高了 1000 倍。Gupta 说，当 eMRAM 与片上 SRAM 结合使用时，客户可以完全避免使用片外闪存。
需要一份路线图
Dan Hutcheson 总部位于加州圣克拉拉的市场研究公司 VLSI Research Inc、 的首席执行官 Dan Hutcheson 调查，询问他们对全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）与体CMOS相比的看法。"当时人们说，问题在于他们不知道是否有路线图。从那以后，GF 在 22FDX 的基础上又开发出了 12FDX™ 平台，所以这个问题应该不存在了。" Hutcheson 说，他相信有一些公司正在进行设计，但他们的底牌还没有亮出来。"自 2016 年以来，可用的 IP 多了很多，GF 通过 12FDX 解决了路线图的问题，因此 22 不只是一站式的东西。"
意法半导体公司（STMicroelectronics ）在 28 纳米工艺上生产了几款 FD-SOI 设计，该公司最近宣布 将把 GF 的 22FDX 工艺作为其 FD-SOI 路线图的下一站。
意法半导体发言人表示："由于 22FDX 集成了第二代有源器件（晶体管），意法半导体很自然地选择 GF 的 22FDX 技术作为我们的下一节点技术，在此之前我们已经在使用 28 纳米 FD-SOI 技术。
该发言人表示，意法半导体对 "德累斯顿 22FDX 技术节点的发展持积极态度，该节点现已具备批量生产的资格，并已准备就绪，意法半导体可立即将其用于开发产品"。德累斯顿生产团队的晶圆生产能力和经验 "让我们对 GF 的合格和批量生产能力充满信心"。
性能优化 "视觉处理器
Dream Chip Technologies GmbH （德国汉诺威）首席运营官 Jens Benndorf 说，他的团队在其 "性能优化 "的汽车视觉处理器中使用了 0.8V 库。Dream Chip 是欧盟支持的设计项目的牵头公司，该项目包括 ARM 的A53 Quad 和用于功能安全的Cortex®-R5 lock step、Cadence 的quad Vision P6 、Arteris IP 的 FlexNOC、INVECAS 的 LPDDR4 控制器以及其他 IP 合作伙伴。由此产生的基于 22FDX 工艺的多核视觉处理器于一年前在 2017 MWC 上首次亮相 。从那时起，该设计就为欧洲汽车制造商和一级汽车零部件 供应商提供了一个平台，他们可以在此基础上创建定制衍生产品。
"汽车行业意识到，除了雷达和激光雷达，他们的辅助驾驶解决方案还需要更多的摄像头信息，整合来自多个摄像头的信息。由此产生的多处理器芯片设计使用正向偏压来提高性能，而不使用任何反向偏压，"本多夫说。由此产生的计算机视觉处理器解决方案面积为 64 平方毫米，拥有约 10 亿个晶体管，功耗为 4 瓦特。
Riot Micro 押注蜂窝链接
Nanotel的设计在数字和模拟之间平分秋色，而另一家采用22FDX工艺的初创公司则采用了全数字NB-IoT调制解调器设计。总部位于温哥华的Riot Micro 公司首席执行官Peter Wong 说，该公司的方法没有采用数字信号处理 (DSP) 方法，因此物联网客户可以关闭芯片的大部分，以节省电能。这对于电池供电的物联网边缘设备来说尤其受欢迎，因为这些设备可能需要使用电池运行十年之久。
Riot Micro 的首款设计采用了竞争对手代工厂的 55nm 块状 CMOS，但后续芯片则采用了 22FDX 工艺。Riot Micro LTE Cat-M/NB-IoT 调制解调器包括一个运行协议栈的超低功耗处理器。"我们借鉴了蓝牙领域的设计方法，以降低功耗和成本。PHY 的设计使用了门电路而不是 DSP，并采用了紧密耦合和高度优化的原协议栈，这使我们能够对调制解调器进行非常精细的功率控制。
"使用 22FDX，我们的价值主张是节省潜在的功耗和面积，"Wong 说。"此外，利用 22FDX 工艺中不断增长的 IP 可用性生态系统，有助于加快产品上市时间。
Riot Micro设计是一种数字蜂窝调制解调器，支持LTE Cat-M和NB-IOT蜂窝标准；Wong表示，Riot Micro调制解调器今年将获得几家主要蜂窝运营商的认证。中东的一家客户正计划将其用于紧急报警系统。
"将物体连接到互联网的方法有很多：WiFi、蓝牙、Zigbee、蜂窝等......所有这些都有适用的用例，但对于许多应用而言，蜂窝具有许多优势。 蜂窝技术本身更安全、易于部署、提供移动性，而且频谱是经过许可和管理的。 只要打开就能连接。你不必担心频谱问题，所有这些都由运营商管理。
来源：Riot Micro -Riot Micro -
集成电源管理
Gupta 表示，GF 发现一些混合信号物联网客户倾向于为数字电路提供 0.4V 电源，为模拟部分提供 0.8 至 1.8 伏电源。"22FDX 中的 LDMOS 使低功耗物联网应用不再需要外部 PMU（电源管理单元）。通常在散装工艺中，他们没有高压 LDMOS，而且由于很多物联网应用都是在锂离子电池上工作，因此这些应用需要一个外部电源转换芯片来实现电池供电应用。"
Gupta 说，0.4 V 设计的数字性能足以支持 ARM 内核等从 100 Mhz 到 500 Mhz 以下的运行速度。
GF 分部营销总监Tim Dry 说，工程师们开始通过使用动态体偏压技术更充分地了解 22FDX 技术的模拟设计能力。"事实证明，SOI 本体偏压实现了许多我们直到最近才理解的模拟扩展。对于 ADC（模数转换器）、无线电和功率元件，我们相信我们可以获得比现有的平面和潜在的 FinFET 小得多的芯片面积"。
22FDX 解决方案适用于物联网系统，如智能电表、增强现实和虚拟现实耳机、公用事业控制和安防摄像头，可以降低功耗。"智能扬声器是另一个备受关注的应用，"Dry 说。
欲了解有关GF FDX™解决方案的更多信息，请参加2月27日至3月2日在西班牙巴塞罗那Fira Gran Via举行的MWC大会，了解GF的技术平台如何在向5G过渡的过程中实现 "互联智能 "新时代，或访问globalfoundries.com 。
关于作者
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。
