Von Peter Rabbeni

Auf derEDI CON China 2016, die vom 19. bis 21. April in Peking stattfindet, stehen 80 Vorträge, 30 Workshops und sieben Keynotes auf dem Programm, darunter ein neuer Track zur Silicon-on-Insulator (SOI)-Halbleitertechnologie. Am Dienstag, dem 19. April, werde ich den Hauptvortrag über das Aufkommen von SOI in der HF-/Mikrowellenindustrie halten.

Heutzutage enthalten Smartphones und Tablets Hochfrequenz (HF)-Front-End-Module (FEM), die in der Regel aus Leistungsverstärkern (PAs), Schaltern, abstimmbaren Kondensatoren und Filtern bestehen. Technologien wie Radio Frequency Silicon-on-Insulator (RF SOI) helfen mobilen Geräten bei der Abstimmung und Aufrechterhaltung von Mobilfunksignalen, so dass drahtlose Geräte an immer mehr Orten gleichbleibend starke und klare Verbindungen erhalten.

Der Mobilfunkmarkt bevorzugt weiterhin RF SOI, da es geringe Einfügedämpfung, reduzierte Oberwellen und hohe Linearität über einen breiten Frequenzbereich zu einem kostengünstigen Preis bietet. RF SOI ist eine Win-Win-Technologie, die die Leistung und die Datengeschwindigkeiten in Smartphones und Tablets verbessern kann, und es wird erwartet, dass sie auch im Internet der Dinge eine wichtige Rolle spielen wird.

Für die Hersteller von HF-Chips bringt es die Vorteile des Siliziumdesigns und der Integration in das HF-Frontend und ist eine kostengünstige Alternative zu anderen teuren Technologien, die nicht über die Größenordnung und Integrationsfähigkeit verfügen, die RF SOI für HF-Frontend-Modullösungen bieten kann. Und für Designer bietet RF SOI Design-Flexibilität durch die Integration mehrerer RF-Komponenten auf einem einzigen Chip, ohne dass wertvoller Platz auf der Leiterplatte verloren geht.

Diese Integration ermöglicht eine geringere Anzahl von Chips und eine kleinere Grundfläche für mobile Anwendungen, so dass die Hersteller von Mobilfunkgeräten weniger komplexe Funkgeräte mit den fortschrittlichen Funktionen entwickeln können, die ihre Kunden erwarten. Mobile Geräte, die RF SOI-Technologien für RF-Frontend-Anwendungen nutzen, profitieren von der gleichen oder besseren Linearität und Einfügedämpfung im Vergleich zu konkurrierenden Technologien, was sich in einer längeren Akkulaufzeit, weniger Gesprächsabbrüchen und höheren Datengeschwindigkeiten niederschlägt.

Eine weitere gute Nachricht für RF-Marktteilnehmer: Technologien wie FD-SOI haben einzigartige Eigenschaften und Fähigkeiten, die RF-Schaltungsinnovationen ermöglichen und Integrationsniveaus erreichen können, die es bei siliziumbasierten Technologien noch nie gegeben hat. Der Schlüssel dazu ist die Ausnutzung der Niederspannungsbetriebsfähigkeit und der Well-Bias-Merkmale von FDSOI. Die dynamische Steuerung von Vdd und die Verwendung von Well-Bias-Techniken können nicht nur zur Senkung des Gesamtstromverbrauchs beitragen, sondern auch als Mittel zur Optimierung des HF-Schaltungsbetriebs eingesetzt werden. Dies ist etwas, das bei Bulk-Technologien nicht so einfach möglich ist.

Ein weiterer Vorteil bei der Entwicklung eines komplexen SoC ist die Möglichkeit, mehrere Funktionen zu integrieren, was zu einem kleineren Formfaktor und einem einfacheren Gehäuse führt, das wesentlich kostengünstiger und in Bezug auf den Stromverbrauch effizienter für IoT-Anwendungen ist, was absolut notwendig ist, um die wirtschaftlichen Anforderungen dieses Marktes zu erfüllen und mit den sich entwickelnden Netzwerkherausforderungen Schritt zu halten. Obwohl aufkommende Standards wie 5G noch einige Jahre entfernt sind, sehen wir bereits jetzt ein Interesse an den Vorteilen, die Technologien wie FDSOI/RFSOI bei der Bewältigung der Herausforderungen von Systemen bringen können, die hohe Geschwindigkeiten/Bandbreiten bei geringem Stromverbrauch liefern müssen.

Es besteht kein Zweifel, dass die Nachfrage nach unseren Netzen weiter steigen wird. Mehr denn je kommt es jetzt auf die zugrundeliegenden Kommunikationsnetze an, und der Bedarf an Geschwindigkeit ist unmittelbar. Die mobile Welt ruft, und es ist an der Zeit, dass Gerätehersteller und Komponentendesigner von der Designflexibilität, der Ermöglichung und Versorgung (Kapazitätssicherung) profitieren, die RF SOI bietet.

Von Dave Lammers

Wir freuen uns, heute eine neue Serie auf Foundry Files zu starten, mit Kommentaren von David Lammers, einem erfahrenen Reporter, der für Associated Press, EE Times, Semiconductor International und derzeit als freiberuflicher Journalist für verschiedene Industriepublikationen arbeitet.

Ich kann mir kein interessanteres Thema für den Beginn dieser Blogserie vorstellen als die Pläne von GLOBALFOUNDRIES für Automobil-ICs. Die Autos von morgen benötigen drei Technologien: viel schnellere Prozessoren auf der Basis von 22nm SOI, eingebettete MRAM-Speicher und 5G-Mobilfunkkommunikation.

Jede dieser drei Veränderungen - FD-SOI, MRAM und 5G - sollte ausreichen, um das Blut schneller in Wallung zu bringen, aber sie zusammenzubringen ist eine ebenso große Geschichte wie die stromsparenden Anwendungsprozessoren, die aus der Smartphone-Revolution vor 20 Jahren hervorgingen.

Und das ist auch dringend nötig, denn eine ultraschnelle Bildverarbeitung ist für die Einführung fortschrittlicher Fahrerassistenzsysteme (ADAS) unerlässlich. Nach 2020 werden Autos mit bis zu fünf Kameras pro Fahrzeug ausgestattet sein, und die Bildverarbeitungssysteme müssen schnell genug sein, um auf alles, was sich dem Auto in den Weg stellt, sofort zu reagieren.

Beginnen wir mit den Argumenten, warum sich GF für FD-SOI am 22-nm-Knoten für MCUs für den Einsatz im Automobilbereich entschieden hat.

FD-SOI zeichnet sich in zwei Bereichen aus: Da Leckströme durch die vergrabene Oxidschicht unterdrückt werden, ist der Stromverbrauch begrenzt, was die Einhaltung der Temperaturanforderungen von MCUs für die Automobilindustrie erleichtert. Zweitens bietet FD-SOI Vorteile für Hochfrequenzschaltungen in Bezug auf Linearität und Einfügedämpfung.

Jeff Darrow, Automotive Marketing Director bei GF, weist darauf hin, dass MCUs für Automobile bei 125-150 Grad Celsius Umgebungstemperatur zuverlässig arbeiten müssen, wobei die Sperrschichttemperaturen sogar noch höher liegen können. Bei MCUs für die Automobilindustrie, die in einer 55-nm-Bulk-Siliziumtechnologie gefertigt werden, machen Leckagen bereits 30 Prozent des gesamten Stromverbrauchs aus.

"Bei Bulk-CMOS steigt die Leckage exponentiell mit der Temperatur. Bei 55nm mussten wir mit 30 Prozent Leckage leben, aber dieser Trend war nicht haltbar. Wir sehen, dass 22nm FD-SOI sowohl den niedrigen Stromverbrauch von FDSOI als auch die digitale Schrumpfung der 22nm-Technologie bietet", so Darrow.

Und ja, die stark verbesserte Leckage von High-k-Dielektrika wird auch für alle automobilen Technologielösungen bei 28nm oder 22nm erforderlich sein. GF ist davon überzeugt, dass die Verwendung eines High-k-Fertigungsablaufs, bei dem das Gate zuerst hergestellt wird, Vorteile für Automobil-ICs bringt, verglichen mit dem Ansatz anderer Foundries, bei dem das Gate ersetzt oder zuletzt hergestellt wird.

"Wenn unsere Konkurrenten versuchen, einen eingebetteten Flash-Speicher mit einem Gate-Last-High-K zu integrieren, ist die Produktionsimplementierung unserer Analyse nach außerordentlich schwierig. Die Ausbeute wäre horrend, nach unserer Einschätzung weniger als 50 Prozent", so Darrow.

GF kündigte seine planare 22-nm-FD-SOI-Technologie im Juli 2015 unter dem Namen 22FDX® an, und Darrow betont: "22FDX ist ein Kernstück unserer Automobilstrategie."

Abgesehen von den Infotainment-Systemen im Fahrzeuginnenraum, die eine eigene Kategorie bilden, entfällt die überwiegende Mehrheit der von Zulieferern wie Bosch, Continental, Delphi und Denso hergestellten Produkte auf Antriebs-, Karosserie- und Sicherheitssysteme.

"Was wir tun, ist von entscheidender Bedeutung für die Branche, und unsere Kunden verlassen sich voll und ganz auf uns", so Darrow. Aufgrund der Erfahrung von GF bei der Herstellung von SOI-basierten Prozessoren für AMD und andere Unternehmen verfügt das Unternehmen über einen Wissensvorsprung bei der SOI-Fertigung. Die Tatsache, dass GF über eine große Produktionsstätte im erdbebensicheren Dresden verfügt, ist ebenfalls ein großer Vorteil, insbesondere für die deutschen Automobilhersteller, fügte er hinzu.

Ersetzen von e-Flash

Neue Speicher sind auch für künftige Automobilprozessoren unerlässlich. Heute verfügt eine typische MCU für Kraftfahrzeuge über 2 MB eingebetteten Flash-Speicher, und High-End-Lösungen können bis zu 10 MB an Bord haben. Der Speicher funktioniert am besten, wenn er auf dem Prozessorchip eingebettet ist, zum einen, um sofortige Reaktionszeiten zu ermöglichen, und zum anderen, um ihn vor Hochfrequenz- und anderen Strahlungsemissionen zu schützen.

Eingebetteter Flash-Speicher wird auch in Zukunft weit verbreitet sein, selbst wenn die SOC-Entwickler zunehmend auf neue Speichertechnologien zurückgreifen. Die Zuverlässigkeit von Flash ist zwar bewiesen, aber die Herstellung ist kostspielig, da etwa ein Dutzend zusätzlicher Maskenschichten erforderlich sind. Bei GF wird E-Flash auf den 28-nm-Knoten ausgeweitet, aber darüber hinaus setzt foundry auf magnetisch-resistiven Direktzugriffsspeicher (MRAM) für eingebettete Prozessoren, die für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich der Automobilindustrie, hergestellt werden.

Dave Eggleston, Vice President of Embedded Memory bei GF, merkt an, dass die Halbleiterindustrie "auf eine lange Erfahrung mit E-Flash zurückblicken kann; es bewahrt Daten auch in sehr rauen Umgebungen. Eine unserer Kernaussagen ist jedoch, dass wir glauben, dass die Skalierung von E-Flash unter 28 Nanometern aufhören wird. Sie wird bis 28 Nanometer weitergehen, aber unterhalb von 28 Nanometern brauchen wir eine neue Lösung, und wir glauben, dass sich die Branche um MRAM schart".

Angefangen bei IoT-Lösungen bis hin zu Speicher- und Datenverarbeitungslösungen wird MRAM bereits von wichtigen Automobilzulieferern eingesetzt, die seine Energieeffizienz und Kostenvorteile schätzen. Und während E-Flash in der Regel höhere Spannungen zum Schreiben von Informationen benötigt, ist dies bei MRAM nicht der Fall.

GF arbeitet seit langem mit dem MRAM-Technologielieferanten Everspin Technologies (Chandler, Ariz.) zusammen, und die Partner haben sich auf eine MRAM-Version mit senkrechtem Spin-Torque geeinigt, die einen wesentlich besseren Stromverbrauch und eine höhere Schreibgeschwindigkeit als frühere MRAM-Bitzellen aufweist.

"MRAM ist eine große Umstellung. Aber für uns ist das kein Fragezeichen. Wir haben unsere Wette abgeschlossen. Wir wissen, was die nächste eingebettete Speichertechnologie ist, und wir klären unsere Kunden darüber auf, wie diese Technologie ihre Systeme verbessert", so Eggleston.

Die Kosteneffizienz von MRAM ergibt sich aus der Tatsache, dass es innerhalb der Back-End-of-the-Line (BEOL)-Verbindungsschichten des Chips eingebaut werden kann. Während neue Abscheidungs- und Ätztechniken perfektioniert werden, um den komplexen Materialstapel des magnetischen Tunnelübergangs zu bewältigen, kann laut Eggleston MRAM mit nur drei zusätzlichen Maskenschichten hinzugefügt werden.

Die Bedeutung von 5G

Erst in den letzten Jahren hat sich die Verbindung zwischen Autos und RF - von Bluetooth in der Fahrerkabine bis zum Kfz-Radar, das dem Fahrer hilft, sicher die Spur zu wechseln - durchgesetzt.

Peter Rabbeni, Senior Director of RF Business Development bei GF, sagte, dass der 5G-Mobilfunkstandard mit Blick auf Automobilanwendungen entwickelt wurde, insbesondere auf die Notwendigkeit, die Umgebung des Fahrzeugs mit Latenzzeiten im Bereich einer Millisekunde zu "sehen".

"Um autonome Fahrzeuge Realität werden zu lassen, bedarf es ziemlich ausgeklügelter Kommunikationssysteme", sagte Rabbeni kurz nach seiner Rückkehr vom Mobile World Congress 2016, der Ende Februar in Barcelona (Spanien) stattfand. Der 5G-Standard, der in Barcelona im Mittelpunkt der Diskussion stand, soll "eine viel höhere Bandbreite, viel kürzere Latenzen und Unterstützung für mehrere gleichzeitige Nutzer" bieten, fügte er hinzu.

Damit ein System zur Unfallvermeidung die richtigen Entscheidungen treffen kann, sind sehr hohe Datenraten und viel größere Bandbreiten erforderlich. In nicht allzu ferner Zukunft werden Fahrzeuge "viele Daten übertragen und sehr schnell auf diese Daten reagieren, was sehr niedrige Latenzzeiten voraussetzt", sagte er.

Entfernungsmessung und Objekterkennung auf allen Seiten eines Fahrzeugs sind das Herzstück von Fahrerassistenzsystemen. Die ADAS-Systeme erfordern, wie Rabbeni es nennt, "eine Ausweitung über 6 GHz hinaus auf das Millimeterwellenradar, das das Militär schon seit vielen Jahren einsetzt".

Schnellere Datenübertragungsraten hängen von mehr Funkgeräten und mehr digitaler Signalverarbeitung ab, was eine Skalierung der Linienbreite erforderlich macht. Rabbeni argumentiert, dass der Stromverbrauch von MCUs für Kraftfahrzeuge mit integriertem RF einen Vorteil von FD-SOI darstellt. Wir können die Back-Gate-Biasing-Technologie nutzen, um das Verhältnis von Leistung und Stromverbrauch zu optimieren".

 

Quelle: GLOBALFOUNDRIES

FD-SOI Body-Biasing ermöglicht Leistungs-/Leistungsabgleich und Abstimmung von RF/Analog-Parametern

Damit ADAS funktioniert, so Rabbeni, "brauchen wir komplexere Funkgeräte, um eine höhere Leistung zu erzielen. Wir arbeiten sehr hart an der Entwicklung einer neuen Generation von Angeboten mit höherer Linearität, geringerer Einfügedämpfung und besseren Oberwellen, die alle zu einer Leistungskennzahl für ein bestimmtes Funkgerät beitragen.

Mit der Übernahme der Mikroelektroniksparte von IBM (die im Wesentlichen die Märkte für HF-SOI und SiGe geschaffen hat) erwarb GF Know-how und Fertigungskapazitäten für die Segmente HF-SOI-basierte Schalter und Antennenabstimmung. Außerdem erwarb es eine Silizium-Germanium-Technologie, die in Wi-Fi-Leistungsverstärkern, drahtlosen Mikrowellen-Backhaul- und Kfz-Radar-Frontend-Lösungen weit verbreitet ist.

Aufgrund des Wachstums im Bereich der drahtlosen Kommunikation steigt die Nachfrage nach RF-Technologien von GF weiter an, und das Unternehmen investiert in zusätzliche Kapazitäten, um die steigende Nachfrage nach seinen Technologien zu befriedigen. Während die RF-SOI-Technologien in Burlington, VT und Singapur hergestellt werden, werden die 22-nm-FD-SOI-Produkte in Dresden gefertigt.

"Wir arbeiten aktiv an fortgeschrittenen RF-SOI-Knoten für die nächste Generation von Systemen, einschließlich 45nm und 22nm. Die 22-nm-FD-SOI-Plattform wurde von Anfang an mit Blick auf RF konzipiert und Produkte mit eingebetteten RF wurden bereits entwickelt. Teststrukturen wurden modelliert und gemessen, um die Prozessentwicklungskits (PDKs) weiter zu verbessern, damit die Kunden zuverlässig damit entwickeln können", sagte Rabbeni. "Wir haben Modelle von fokussierten RF-Blöcken, Schaltern und PLLs, um zu beweisen, wie die Technologie eingesetzt werden kann. Wir sind von dieser Technologie sehr begeistert und werden sie weiter vorantreiben."

Von Rajeev Rajan

In meinem letzten Blog "IoT is Now!" habe ich einen Überblick über die IoT-Landschaft aus der Vogelperspektive gegeben. In diesem Beitrag werde ich das IoT anhand von Zahlen näher beleuchten und langsam die Zwiebel abziehen, um zu enthüllen, in welchem Teil der Dinge, Netzwerke und Rechenzentren wir uns befinden.

Laut dem McKinsey-Bericht The Internet of Things: Mapping the Value Beyond the Hype wird das IoT bis 2025 jährlich 3,9 bis 11,1 Billionen Dollar an wirtschaftlichen Auswirkungen haben, darunter 200 bis 700 Milliarden Dollar im Automobilbereich, 200 bis 350 Milliarden Dollar im Haushalt und 1,2 bis 3,7 Billionen Dollar in der Optimierung von Fabrikabläufen und Anlagen. Dieser Wert wird nicht nur in verkauften Technologien gemessen, sondern auch in erheblichen Effizienzgewinnen.

Wir befinden uns derzeit in einer Ära der mobilen Datenverarbeitung oder des Smartphones, die sich zu einer allgegenwärtigen Datenverarbeitung - in erster Linie IoT - entwickelt und sich schließlich zu einer intelligenten Datenverarbeitung weiterentwickeln wird.

Haben wir vergessen, dass das IoT nichts Neues ist? Es gibt es schon seit mehr als einem Jahrzehnt. Und seine Fortschritte und sein Wachstum wurden von einer grundlegenden Technologiearchitektur angetrieben, die auch heute noch verwendet wird.

Dieses Wachstum wird maßgeblich von der kontinuierlichen technologischen Entwicklung beeinflusst. Im Kern ermöglichen wir es der Industrie, sich auf der Grundlage der Fähigkeiten, die wir ihr bieten, zu entwickeln. Wir ermöglichen Fortschritt und Wachstum, indem wir einen technologischen Vorsprung aufrechterhalten, es den Kunden leicht machen, mit uns Geschäfte zu machen, und eine wettbewerbsfähige Kostenstruktur für die Branche aufrechterhalten.

In diesem Sinne sind jedes Quäntchen Effizienz, das wir in der Fertigung finden können, jede einzelne technologische Innovation, die hilft, den Stromverbrauch zu managen - selbst im kleinsten Bereich -, und jeder Durchbruch bei der RF-Implementierung für die Konnektivität wichtige Schritte, um das Potenzial des IoT voll auszuschöpfen.

Der Erfolg im IoT ist ein grundlegend vielfältiges Unterfangen, wobei der anhaltende Erfolg auf Partnerschaften zwischen großen und kleinen Unternehmen beruht, die das IoT in einer Reihe von Branchen definieren können.

Auf der SEMICON China ist IoT ein heißes Thema, dem ein Forum gewidmet ist: Technology Shapes the Future - Sensor Hub Solution for Wearable and IoT am 17. März. In dieser Sitzung werde ich über Halbleitertechnologien sprechen, die das IoT und die "Atome der Intelligenz" vorantreiben, die zu Intelligent Computing führen.

Und in meinem nächsten Blog werden wir die erstaunlichen IoT-Anwendungen untersuchen, die ohne eine starke Prozesstechnologie, die die Halbleiter "unter der Haube" betreibt, nicht möglich wären. Es ist eine unglaubliche Geschichte der vertikalen Integration mit vielen sich drehenden Zahnrädern, und wir werden die wichtigsten Abschnitte dieser Geschichte "unter der Haube" in jedem Blog analysieren. Ich lade Sie ein, mitzumachen.

Von Peter Rabbeni

Nach Abschluss der Woche auf dem Mobile World Congress in Barcelona ist eines klar geworden: 5G ist in aller Munde und der Wettlauf um die Entwicklung von Technologien, die 5G in den nächsten fünf Jahren Wirklichkeit werden lassen, ist in vollem Gange. Während der Konferenz konnte ich zwischen den Meetings und Demos durch die Hallen gehen und eine Reihe von 5G-Technologien, Innovationen und Anwendungsfällen besichtigen, die 5G nicht nur realer machen, sondern auch die Versprechen nutzen, die 5G mit sich bringen wird, nämlich niedrige Latenzzeiten, hohe Datenraten, Konnektivität für unterwegs, hohe Nutzerdichte und äußerst zuverlässige und sichere Kommunikation.

Bei einem Rundgang über die Messe hatte man das Gefühl, dass die Möglichkeiten der fünften Generation von Mobilfunknetzen unendlich sind. Mobilfunkanbieter und WiFi-Firmen stellten ihre 5G-Lösungen und eine ganze Reihe von Chipsatzangeboten für das Internet der Dinge (IoT) vor und bewiesen damit, dass die Konvergenz zu einer gemeinsamen 5G-Spezifikation zwar noch einige Jahre entfernt ist, wir aber das Stadium erreicht haben, in dem die Pipeline der 5G-Anwendungen dem Standard weit voraus ist und somit neue Geschäftsmodelle und Anwendungsfälle entstehen. Viele der Anwendungsfälle nutzen Technologien wie virtuelle Realität, standortbezogene Dienste und Push-Werbung für Anwendungen wie Echtzeitspiele und autonome Fahrzeuge, um nur einige zu nennen. Und die jüngsten Ankündigungen von US-Telekommunikationsunternehmen, 5G-Netze unter "realen" Bedingungen zu testen, markieren den offiziellen Einstieg in das 5G-Rennen. Viele Experten nutzten die Olympischen Spiele 2018 in Seoul als Prüfstein für die Bereitstellung von 5G-Infrastrukturen, wobei Medien und Kommunikation das Netz in vollem Umfang testen konnten. Ein denkwürdiger Moment der Show war während der Keynote des Panels, als Ericsson-CEO Hans Vestberg ein lenkbares Phased-Array-Funkfrontend mit mehreren Elementen plus Antenne aus seiner Tasche zog. Nicht größer als ein Kartenspiel, erklärte Vestberg, dass drei dieser Elemente eine 5G-Basisstation mit drei Sektoren bilden würden, um Datenraten von mehreren GBit/s in einer massiven MIMO-Umgebung zu unterstützen.

Der gesamte Markt für Hochfrequenzchips (RF) ist derzeit heiß. Im Kern werden sowohl 5G als auch IoT Innovationen in der Funktechnologie erfordern, die wiederum Fortschritte in der Halbleitertechnologie vorantreiben werden. Zu diesen Innovationen gehören integrierte mmWave-Funk-Frontends mit geringem Stromverbrauch, Antennen-Phased-Array-Subsysteme, Hochleistungs-Funk-Transceiver und Hochgeschwindigkeits-ADCs und -DACs. Da die OEMs immer mehr HF-Inhalte in ihre Smartphones und Tablets integrieren und neue Hochgeschwindigkeitsnetzstandards eingeführt werden, benötigen die neuesten Geräte zusätzliche HF-Schaltkreise, um neuere Betriebsarten zu unterstützen. Dazu gehören Chips, die mehr LTE-Bänder, Carrier Aggregation und Envelope Tracking unterstützen.

Als kostengünstigere und flexiblere Alternative zu GaAs hat sich RF SOI (Silicon-on-Insulator) als Technologie der Wahl für die Mehrzahl der heute hergestellten RF-Schalter und Antennentuner etabliert. Der Mobilfunkmarkt bevorzugt RF SOI weiterhin, da es dazu beiträgt, die Herausforderungen zu lösen, die damit einhergehen, den Nutzern eine nahtlose, stets verfügbare Konnektivität und den Zugriff auf die Leistungsfähigkeit des Internets von praktisch überall aus zu gewährleisten. Auch das Interesse an Silizium-Germanium-Technologien (SiGe) und deren Einsatz nehmen zu. SiGe-Technologien tragen dazu bei, sowohl die Marktsegmente für HF-Frontend-Module als auch für Hochleistungsmodule zu bedienen, da sie hervorragende HF-Verstärkungs-, Rausch- und Linearitätseigenschaften bieten, selbst bei Millimeterwellenfrequenzen. SiGe ermöglicht es den Kunden, mehr Funktionen in weniger Chips zu integrieren und dabei eine bessere Leistung zu erzielen und ihre adressierbaren Marktsegmente zu erweitern. Längerfristig wird erwartet, dass die Kapazität von foundry mit dem starken Anstieg von LTE-Smartphones, Tablet-PCs und anderen mobilen Verbraucheranwendungen zunehmen wird.

Kürzlich hat der Geschäftsbereich RF von GLOBALFOUNDRIES eine neue Kapazitätsschwelle überschritten: Unsere Lieferungen von RF-SOI-Chips haben die Marke von 20 Milliarden Stück überschritten, was beweist, dass die Nachfrage in der Branche stark ist.

Mit dem Wachstum des Internet der Dinge und den sich abzeichnenden Versuchen für 5G besteht kein Zweifel, dass die Nachfrage nach unseren Netzen weiter steigen wird. Kunden, die RF SOI- und SiGe-Technologien nutzen, entwickeln Lösungen, die das Nutzererlebnis verbessern, einschließlich einer breiteren geografischen Mobilität und schnelleren Datenraten für die zunehmende Vernetzung von Alltagsanwendungen.

Es ist also ein globaler Wettlauf im Gange, und die auf der Mobile World gezeigten Technologien machen deutlich, dass RF- und SiGe-Technologien eine noch wichtigere Rolle spielen, wenn es darum geht, die Komplexität zu verringern, die Leistung zu steigern und die Gesamtkosten gegenüber konkurrierenden Technologien zu senken.

Es steht außer Frage, dass das Internet der Dinge (IoT) die nächste große Anwendung für die Mikroelektronik sein wird. Bis zum Jahr 2020 sollen 50 Milliarden Geräte miteinander verbunden sein - das ist die Vision des IoT-Entwicklungsparadigmas.

IoT-Systeme werden eine große Vielfalt an Funktionen und Formen aufweisen. Während einige Systeme klein sein mögen, könnten andere so groß werden wie die heutigen SoC-Systeme für das mobile Internet. Es stellt sich die Frage, wie wir mit IoT-Systemkomponenten umgehen, die schnell sein müssen, aber nur wenig statische Standby-Leistung verbrauchen, wenn sie nicht in Gebrauch sind.

GLOBALFOUNDRIES 22FDX-Technologie eignet sich hervorragend für solche System- und Kostenanforderungen. Das entscheidende neue Merkmal dieser 22nm Fully Depleted SOI (FD-SOI) Technologie ist die dünne Siliziumschicht, in der der aktive Transistor gebildet wird. Bei herkömmlichen SOI-Technologien wird ein konventioneller Transistor in einer isolierten Vertiefung gebildet, die in digitalen Schaltungen in der Regel frei bleibt. FD-SOI-Transistoren sind viel dünner, und es wird keine Wanne gebildet. Außerdem ist die Isolierung der Bauelemente viel einfacher, wodurch sich auch die Implantationsschritte verringern.

Wenn Ingenieure über ihren nächsten Knotenpunkt nachdenken, müssen sie bedenken, dass der 22FDX-Flow eine FinFET-ähnliche Leistung mit extrem niedrigem Stromverbrauch zu Kosten bietet, die mit 28-nm-Planartechnologien vergleichbar sind. Nachfolgend finden Sie einige weitere bemerkenswerte Daten zu dieser Technologie:

• 70% weniger Stromverbrauch im Vergleich zu 28nm High K Metal Gate (HKMG)
• 20% kleinerer Chip als 28nm Bulk Planar
• Niedrigere Chipkosten als bei FinFETs

Ein Sandkasten für kreative Gestalter

Das softwaregesteuerte Body-Biasing, das einen flexiblen Kompromiss zwischen hoher Leistung und niedrigem Stromverbrauch ermöglicht, bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad für das System- und Schaltungsdesign mit 22FDX. Kompromisse beim Stromverbrauch können in Echtzeit auf der Bauelementeebene getroffen werden - vor allem bei der Stromversorgung der wichtigsten Funktionsblöcke. Dies ist einer der Gründe, warum der Branchenanalyst Dan G. Hutcheson glaubt, dass 22FDX von GF eine "große Revolution" darstellen wird.

22FDX: Mehrere Body-Bias- und Vt-Punkte auf demselben Chip

Darüber hinaus bietet der 22FDX Funktionen für Designflexibilität und intelligente Steuerung, die Innovationen ermöglichen, die in der Vergangenheit nicht möglich waren. Diese Fähigkeiten umfassen:

• Post-Silicon-Tuning ermöglicht geringeren Stromverbrauch bei gleichbleibend hoher Schaltkreisleistung
• Integrierter RF enthält Abstimmknöpfe" zur Reduzierung der RF-Leistung um bis zu 50 Prozent, wodurch ein separater RF-Chip überflüssig wird

Das Design-Ökosystem für die 22FDX-Technologie entwickelt sich schnell. Im November kündigten alle großen EDA-Anbieter, insbesondere Synopsys, Cadence und Mentor Graphics, an, dass sie für 22FDX angepasste Tool-Suiten anbieten werden. Sie sind ein wichtiger Teil eines Ökosystems, das sich erweitert, um den Erfolg unserer Kunden zu unterstützen.

Entwurfsmigration zu 22FDX von Bulk Node

22FDX ist eine bahnbrechende und zukunftsträchtige Technologie, die das Mooresche Gesetz erweitert, indem sie eine Verringerung der Chipgröße, eine Verringerung des Stromverbrauchs, eine Steigerung der Leistung und eine Erhöhung der Funktionalität ermöglicht, und das ohne komplexere Herstellungsprozesse.

Subramani Kengeri, Vice President, General Management, CMOS Platforms Business Unit bei GF, wird am Donnerstag, 21. Januar 2016, auf dem FD-SOI Forum in Tokio, Japan, einen Vortrag über die nächste Generation von Innovationen mit 22FDX halten.