22FDX在MWC 2018上展示物联网的魅力

作者：Dave Lammers戴夫-拉默斯

物联网领域的竞争者将在即将于西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会（MWC 2018）上描述他们的芯片设计，其中包括几家使用GLOBALFOUNDRIES的22FDX®工艺的初创公司。

Nanotel Technology公司的首席技术官Anup Savla说，他的年轻公司正在设计几个用于窄带（NB）物联网领域的芯片。Savla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，他在高通公司工作了11年，曾在英特尔工作过三年。

"我们有一个数字引擎，一个处理器，围绕物联网应用而设计，重点是低功耗和低泄漏。有了22FDX，就有了可以调低功率和泄漏的旋钮。他说："这样做的机会是无可比拟的，你无法从散装CMOS中获得这样的机会。

Nanotel收发器的设计在第一批22FDX设计套件正式发布之前就开始了，使用0.5 PDK，但库的目标是0.4 V工作电压。"从一开始我们就肯定是以0.4V的库为目标。原因是在0.8V的水平上，相对于散装CMOS工艺，你在功率上的差异性不够大。他说："在0.4伏时，你才能真正获得明显更低的功耗水平，而且成本与块状CMOS工艺相似。

当被问及FD-SOI工艺的设计时，Savla说："我们只是遇到了典型的早期采用者的问题。部分原因是使用后门需要额外的建模和测试，但无论工艺的成熟度如何，这都是事实。这不一定是负面的。 如果你真的想利用这个工艺所能做到的，那么你就想改变后门的电压，但这伴随着额外的建模。"

Savla说，Nanotel芯片组的设计在数字和模拟之间平分秋色。"在同一个设计中，我们可以使用带有背门控制的开关，在器件基本上处于睡眠状态和不使用时切断漏电电流，其程度在块状CMOS中不容易实现。另一方面，我们可以在有源模式器件中使用背门，使有源操作在非常、非常低的电源下成为可能。"

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有办法降低成本，并为其客户定制独特的功能。

双模连接解决方案

据ABI研究公司称，领先的低功耗广域（LPWA）连接标准--正在美国市场获得牵引力的LTE-M和正在欧洲和亚洲采用的窄带物联网（NB-IoT）--预计将在2021年将物联网部署量提高到近5亿个。

GF和芯原正在开发一套IP，使客户能够创建单芯片LPWA解决方案，支持LTE-M或NB-IoT的双模解决方案。该IP能够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）的知识产权，使其客户能够专注于差异化的功能。芯原首席执行官Wayne Dai表示，中国政府已将NB-IoT作为未来一年的全国性部署目标。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IoT和AIoT（物联网人工智能）产业产生重大影响。"

每微米有一个皮安培

GF的物联网、人工智能和机器学习战略营销和业务发展总监Anubhav Gupta说，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堆叠实现了高功率PA和高开关线性度，在22FDX中转向单芯片有面积、功率和成本优势。我们看到，与28纳米散装的同等设计相比，短通道效应很低，跨导增益更高，失配情况明显改善，噪声更低。"

在数字方面，Gupta说，体偏压能力使客户的工作电压低至0.4V，每微米的待机泄漏电流小于1皮安。另外，GF现在提供的嵌入式MRAM具有非常快的唤醒速度，其读取速度与闪存相似，但写入速度却比闪存高1000倍。当eMRAM与片上SRAM结合使用时，客户可以完全避免片外闪存，Gupta说。

需要一个路线图

Hutcheson说，他相信有的公司正在进行设计，他们把自己的底牌紧紧握在手里。"自2016年以来，有了更多的IP，而且GF已经用12FDX解决了路线图的问题，所以那22个不只是一站式的东西。"

意法半导体在28纳米工艺下有多个FD-SOI设计正在生产，最近宣布将转向GF的22FDX工艺作为其FD-SOI路线图的下一站。

意法半导体公司的一位发言人说："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个节点技术，此前我们已经在使用28nm FD-SOI技术。"

该发言人说，意法半导体对 "德累斯顿22FDX技术节点的发展持积极态度，该技术节点现在已经具备了批量生产的资格，并已准备就绪，因此它可以立即被意法半导体用于开发产品"。德累斯顿制造团队的晶圆能力和经验 "使我们对GF的资格认证和批量生产的能力充满信心"。

性能优化的 "视觉处理器

Dream Chip Technologies GmbH（德国汉诺威）的首席运营官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锁定步骤、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在一年前的2017年MWC上首次亮相。从那时起，该设计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，他们可以从中创建定制的衍生产品。

"汽车行业意识到，他们的辅助驾驶解决方案，除了雷达和激光雷达，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，而不是任何反向偏压，"Benndorf说。结果是一个计算机视觉处理器解决方案，尺寸为64平方毫米，估计有10亿个晶体管，功耗为4瓦，他说这是 "考虑到芯片上有多少视觉处理，这是一个非常积极的功耗数字。"

瑞特微公司押注于蜂窝网络链接

虽然Nanotel的设计在数字和模拟之间平分秋色，但另一家使用22FDX工艺的初创公司有一个全数字的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，他的公司的方法不使用数字信号处理（DSP）方法，允许物联网客户关闭芯片的大部分以节省电力。这对电池供电的物联网边缘设备尤其受欢迎，这些设备可能需要靠电池运行十年。

Riot Micro的第一个设计是用一个竞争者的代工厂的55纳米散装CMOS完成的，但后续的芯片是采用22FDX工艺。Riot Micro的LTE Cat-M/NB-IoT调制解调器包括一个运行协议栈的超低功率处理器。"我们借用了蓝牙世界的设计方法来降低功率和成本。PHY的设计是使用门而不是DSP，具有紧密耦合和高度优化的原型协议栈，这使我们能够对调制解调器进行非常精细的功率控制。"，Wong说。

"通过22FDX，我们的价值主张是潜在的功率和面积节省，"Wong说。"此外，利用22FDX工艺中日益增长的IP可用性生态系统，有助于加快上市时间。"

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说Riot Micro调制解调器将在今年获得几个主要蜂窝运营商的认证。中东地区的一个客户正计划将其用于紧急警报系统。

"有许多方法可以将事物连接到互联网。WiFi、蓝牙、Zigbee、蜂窝等......而且有适合所有这些方式的用例，但对于许多应用来说，蜂窝有很多优势。 蜂窝网络本质上更安全，易于部署，提供移动性，而且频谱得到许可和管理。 只要打开它，它就会连接起来。他说："你不必担心频谱问题，这都是由运营商管理的。"他说，资产追踪器和资产管理是关键应用。

集成式电源管理

Gupta说，GF看到一些混合信号物联网客户的趋势是数字电路采用0.4伏电源，模拟部分采用0.8至1.8伏。"22FDX中的LDMOS的可用性消除了低功率物联网应用对外部PMU（电源管理单元）的要求。通常在散装工艺中，他们没有高电压的LDMOS，由于很多物联网应用都是在锂离子电池上工作，这些应用需要一个外部电源转换芯片，用于电池供电的应用。"

Gupta说，0.4V的设计有足够的数字性能来支持一个ARM内核，例如，从100兆赫运行到500兆赫以下的速度。

GF的分部营销总监Tim Dry说，工程师们开始通过使用动态体偏压更充分地了解22FDX技术的模拟设计能力。"事实证明，SOI体偏压实现了很多我们直到最近才了解的模拟扩展功能。对于ADC（模数转换器）、无线电和电源元件，我们相信我们可以使芯片面积比现有的平面和潜在的FinFET小得多。"

用于物联网系统的22FDX解决方案，如智能电表、增强现实和虚拟现实头盔、公用事业控制和安全摄像机，可以降低功耗。"智能音箱是另一个得到大量关注的应用，"Dry说。

有关GF的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，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 "的新时代，或者访问globalfoundries.com。