2016年3月28日作者：Dave Lammers 今天，我们很高兴在Foundry Files上推出一个新的系列，由David Lammers发表评论，他是一位资深记者，曾在美联社、EE Times、Semiconductor International工作，目前是各种行业出版物的自由记者。 我想不出有什么比GLOBALFOUNDRIES的汽车集成电路计划更有趣的话题来开始这个博客系列。明天的汽车将拉动对三种技术的需求：基于22纳米全耗尽SOI的更快的处理器；MRAM嵌入式存储器；以及5G无线通信。 这三个变化中的任何一个--FD-SOI、MRAM和5G--都应该足以让血液加速流动，但把它们结合起来，就像20年前开始的智能手机革命所产生的低功耗应用处理器一样，是一个大事件。 这里有一些紧迫性，因为超快速的图像处理对于采用先进的驾驶辅助系统（或ADAS）至关重要。2020年后，每辆车将有多达五个摄像头，而汽车的图像处理器必须足够快，以对汽车路径上的任何东西作出即时反应。 让我们逐一分析，先从GF致力于在22纳米节点为汽车用MCU采用FD-SOI的理由开始。 FD-SOI 在两个方面表现出色：由于结点漏电被埋藏的氧化层所抑制，因此功耗受到限制，更容易满足汽车 MCU 的温度要求。其次，FD-SOI在线性度和插入损耗方面为射频（RF）电路带来好处。 GF的汽车营销总监Jeff Darrow指出，汽车MCU必须能够在125-150摄氏度的环境中可靠地运行，结温甚至更高。对于采用55纳米散装硅技术制造的汽车MCU，漏电已经占到总功耗的30%。 "对于散装CMOS来说，泄漏随着温度的升高而呈指数级增长。我们不得不忍受 55 纳米时 30% 的漏电率，但这种趋势是不可持续的。我们认为22纳米FD-SOI既能提供FDSOI的低功耗，又能提供22纳米技术的数字缩减，"Darrow说。 是的，在28纳米或22纳米的任何汽车技术解决方案中，也需要高K电介质的漏电情况得到极大改善。GF认为，与其他晶圆厂的替换栅极或最后栅极的方法相比，其采用的栅极优先的高k制造流程为汽车集成电路带来了优势。 "当我们的竞争对手试图将嵌入式闪存与门极高K集成在一起时，我们的分析是，生产的实施是非常困难的。产量将是可怕的；根据我们的估计，不到50%，"达罗说。 GF在2015年7月宣布了其平面22纳米FD-SOI技术，称之为22FDX®，Darrow emp认为，"22FDX是我们汽车战略的核心部分"。 由于车厢内的信息娱乐系统是一个单独的类别，博世、大陆、德尔福和电装等供应商生产的绝大多数汽车产品是用于动力系统、车身和安全系统。 "Darrow说："我们正在做的事情对行业来说至关重要，我们的客户绝对是在依靠我们。由于GF在为AMD和其他公司制造基于SOI的处理器方面拥有丰富的经验，因此它在SOI制造技术方面拥有先发优势。他补充说，在德国德累斯顿拥有一座主要的工厂也是一个很大的优势，特别是对德国的汽车制造商来说。 更换e-flash 新兴的存储器对于未来的汽车处理器也是至关重要的。今天，一个典型的汽车MCU将有2MB的嵌入式闪存，而高端解决方案可以有多达10MB的板载闪存。当存储器嵌入到处理器芯片上时，它的工作效果最好，一方面是为了提供瞬时响应时间，另一方面是为了屏蔽射频和其他辐射发射。 嵌入式闪存将继续被广泛使用，即使新兴的内存技术越来越多地被SOC设计者使用。虽然闪存的可靠性已得到充分证明，但它的生产成本很高，需要十几层额外的掩膜。在GF，电子闪存正在扩展到28纳米节点，但在这之后，晶圆厂致力于磁阻随机存取存储器（MRAM），用于包括汽车在内的各种应用的嵌入式处理器。 GF公司嵌入式存储器副总裁Dave Eggleston指出，半导体行业在 "e-flash方面有很多历史；它在非常恶劣的环境中能很好地保留数据。但我们的一个关键信息是，我们认为电子快闪的规模将在28纳米以下停止。它将持续到28纳米，但在28纳米以下，我们需要一个新的解决方案，我们相信行业正围绕着MRAM而凝聚。" 从物联网解决方案开始，并延伸到存储和计算领域，MRAM已经被重视其电源效率和成本优势的主要汽车供应商所接受。电子闪存通常需要更高的电压来写入信息，而MRAM则不需要；它可以直接从逻辑电源中运行。 GF与MRAM技术供应商Everspin Technologies（亚利桑那州钱德勒市）有着长期的合作关系，双方在垂直自旋扭矩版本的MRAM上达成共识，该版本的功耗和写入速度比早期的MRAM位单元要好得多。 "MRAM是一个很大的过渡。但对我们来说，这并不是一个问号。我们已经下了赌注。我们知道下一个嵌入式内存技术是什么，我们正在教育我们的客户，让他们了解这种技术如何改善他们的系统，"Eggleston说。 MRAM的成本效益来自于它可以建立在芯片的后端（BEOL）互连层内。虽然新的沉积和蚀刻技术正在完善，以处理磁隧道结的复杂材料堆，但Eggleston说MRAM只需增加三个掩膜层就可以了。 5G的重要性 只是在最近几年，汽车和射频之间的联系--从车厢内的蓝牙到帮助司机安全变道的汽车雷达--才变得普遍起来。 GF射频业务开发高级总监Peter Rabbeni说，5G蜂窝标准在设计时考虑到了汽车应用，特别是需要以一毫秒的延迟 "看到 "汽车周围的情况。 "要使自动驾驶汽车成为现实，需要一些相当复杂的通信系统，"拉贝尼在从2月底在西班牙巴塞罗那举行的2016年世界移动通信大会回来不久说。他补充说，5G标准是巴塞罗那的讨论中心，预计将提供 "更高的带宽，更短的延迟，并支持多个同步用户"。 为了使避免碰撞系统做出正确的决定，非常高的数据速率和更宽的带宽是必不可少的。他说："在不远的将来，车辆将 "传输大量的数据，并非常迅速地对这些数据采取行动，这取决于非常低的延迟。 汽车各方面的范围感应和物体探测能力是驾驶辅助系统的核心。ADAS系统将需要拉贝尼所说的 "超越6GHz，扩展到毫米波雷达，这是军方已经使用多年的东西"。 更快的数据速率取决于更多的无线电和更多的数字信号处理，这就促使人们需要扩大线宽。Rabbeni认为，在车载射频 MCU 的功率范围内，"这是 FD-SOI 等产品的优势所在。我们可以利用背栅偏压技术来优化器件的功率与性能。" 来源。Globalfoundries FD-SOI体偏压实现了功率/性能权衡和射频/模拟参数的调控 为了使ADAS发挥作用，Rabbeni说："我们需要更复杂的无线电来推动更高的性能。我们正在非常努力地开发新一代的产品，具有更高的线性度、更低的插入损耗和更好的谐波，这些都有助于特定无线电的功绩数字。" 当GF收购IBM的微电子业务时（这基本上创造了射频SOI和SiGe市场），它获得了基于射频SOI的开关和天线调谐领域的专业知识和制造能力。它还获得了一种广泛用于Wi-Fi功率放大器、微波无线回程和汽车雷达前端解决方案的 硅锗技术。 由于无线领域的发展，对GF射频技术的需求持续增长，公司将继续投资增加产能，以满足对其技术不断增长的需求。射频SOI技术将在佛蒙特州伯灵顿和新加坡生产，而22纳米FD-SOI产品将在德累斯顿生产。 "我们正在积极研究用于下一代系统的先进节点射频SOI，包括45纳米和22纳米。拉贝尼说："22纳米FD-SOI平台从一开始就考虑到了射频问题，带有嵌入式射频的产品已经出炉；测试结构已经建模和测量，以进一步加强工艺开发工具包（PDK），使客户能够可靠地在其中进行设计。"我们有重点射频块、开关和PLL的模型，以证明该技术可以如何使用。我们对这项技术感到非常兴奋，并继续向前推进。"
