彼得-拉贝尼著

EDI CON China 2016于4月19日至21日在北京举行，共安排了80场论文会议、30场研讨会、7场主题演讲，并新增了一个关于绝缘体上硅（SOI）半导体技术的分会场。4 月 19 日星期二，我将就 SOI 在射频/微波行业的应用发表主题演讲。

如今，智能手机和平板电脑都包含射频（RF）前端模块（FEM），通常内置功率放大器（PA）、开关、可调电容器和滤波器。射频绝缘体上硅（RF SOI）等技术可帮助移动设备调整和保持蜂窝信号，使无线设备能够在更多地方实现稳定、清晰的连接。

射频 SOI 具有插入损耗低、谐波少、线性度高等特点，而且价格经济实惠，因此继续受到移动市场的青睐。射频 SOI 是一种双赢的技术选择，可以提高智能手机和平板电脑的性能和数据传输速度，预计还将在物联网领域发挥关键作用。

对于射频芯片制造商来说，它为射频前端带来了硅设计和集成的优势，是其他昂贵技术的低成本替代品，因为其他技术缺乏射频 SOI 为射频前端模块解决方案带来的规模和集成能力。对于设计人员来说，射频 SOI 可将多个射频元件集成到单个芯片上，而不会损失宝贵的电路板空间，从而提高了设计灵活性。

这种集成使移动应用的芯片数量更少、占地面积更小，从而使移动制造商能够设计出复杂度更低的无线电产品，并提供客户所期望的先进功能。利用射频 SOI 技术实现射频前端应用的移动设备可获得与竞争技术相同或更好的线性度和插入损耗，从而延长电池寿命，减少掉线，提高数据传输速度。

对于射频市场的参与者来说，更多的好消息是，FD-SOI 等技术具有独特的特性和功能，可以实现射频电路创新，并达到硅基技术前所未有的集成水平。其关键在于利用 FDSOI 的低电压工作能力和阱偏压特性，动态控制 Vdd 和使用阱偏压技术不仅有助于降低总体功耗，还可作为优化射频电路工作的一种手段。这在散装技术中并不容易实现。

在设计复杂的 SoC 时，另一个优势是能够集成多种功能，从而实现更小的外形尺寸和更简单的封装，这对于物联网应用来说更具成本效益，在功耗方面也更高效，这对于满足该市场的经济要求和应对不断发展的网络挑战是绝对必要的。尽管距离 5G 等新兴标准的推出还有数年时间，但我们已经开始关注 FDSOI/RFSOI 等技术在应对需要以低功耗提供高速度/带宽的系统挑战方面所能带来的优势。

毫无疑问，对我们网络的需求将继续增长。现在，底层通信网络比以往任何时候都更加重要，对速度的需求也更加迫切。移动世界正在呼唤，现在是设备制造商和元件设计商利用射频 SOI 所提供的设计灵活性、功能和供应（容量保证）的时候了。

作者：戴夫-拉默斯

David Lammers 是一位资深记者，曾供职于美联社、《EE Times》、《国际半导体》，目前是多家行业出版物的自由撰稿人。

我想不出还有什么比环球晶圆厂的汽车集成电路计划更有趣的话题来作为本系列博客的开篇了。未来的汽车需要三种技术：基于 22 纳米全耗尽型 SOI 的更快处理器、MRAM 嵌入式存储器和 5G 无线通信。

FD-SOI、MRAM 和 5G 这三大变革中的任何一个都足以让血液加速流动，但将它们结合在一起，就像 20 年前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。

超快的图像处理技术对先进驾驶辅助系统（ADAS）的应用至关重要，因此，这一点显得尤为迫切。2020 年后，每辆汽车将配备多达五个摄像头，汽车的图像处理器必须足够快，才能对汽车行驶路径上的任何情况做出即时反应。

让我们逐一分析，首先是 GF 为何致力于在 22 纳米节点上为汽车用 MCU 采用 FD-SOI 的理由。

FD-SOI 在两个方面表现出色：由于结漏电被埋入的氧化层所抑制，因此功耗受到限制，从而更容易满足汽车 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）电路带来了优势。

GF 汽车营销总监 Jeff Darrow 指出，汽车 MCU 必须能够在 125-150 摄氏度的环境温度下可靠运行，结温甚至更高。对于采用 55 纳米散装硅技术制造的汽车 MCU，漏电已占总功耗的 30%。

"对于块状 CMOS 而言，漏电会随着温度的升高而成倍增加。我们不得不忍受 55 纳米 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，又能实现 22 纳米技术的数字收缩，"Darrow 说。

当然，任何 28 纳米或 22 纳米的汽车技术解决方案也都需要高介电系数电介质大大改善的漏电性能。GF 相信，与其他代工厂采用的更换栅极或最后栅极的方法相比，其采用的栅极先行高介电制造流程能为汽车集成电路带来优势。

"当我们的竞争对手试图将嵌入式闪存与栅极末端高K值集成在一起时，我们的分析是，生产实施异常困难。据我们估计，产量将低于 50%，"Darrow 说。

GF 于 2015 年 7 月发布了其平面 22nm FD-SOI 技术，称之为 22FDX®，Darrow emp hasizes 说："22FDX 是我们汽车战略的核心部分。"

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都用于动力总成、车身和安全系统，而车厢内的信息娱乐系统则作为一个单独的类别。

"Darrow说："我们正在做的事情对整个行业至关重要，我们的客户绝对依赖我们。由于 GF 拥有为 AMD 和其他公司制造基于 SOI 处理器的经验，因此在 SOI 制造技术方面占尽先机。他补充说，在抗震能力较强的德国德累斯顿拥有一座大型晶圆厂也是一大优势，尤其是对德国汽车制造商而言。

更换 e-Flash

新兴存储器对于未来的汽车处理器也至关重要。如今，典型的汽车 MCU 将有 2 MB 的嵌入式闪存，高端解决方案的板载闪存可达 10 MB。存储器嵌入处理器芯片后效果最佳，这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。

嵌入式闪存将继续得到广泛应用，即使 SOC 设计人员越来越多地采用新兴内存技术。虽然闪存的可靠性已得到充分验证，但它的生产成本很高，需要大约十几层额外的掩膜层。在 GF，电子闪存正在扩展到 28nm 节点，但在 28nm 节点之后，该代工厂将致力于为包括汽车在内的各种应用制造嵌入式处理器的磁阻随机存取存储器 (MRAM)。

GF 公司嵌入式存储器副总裁 Dave Eggleston 指出，半导体行业 "在电子闪存方面有很多历史；它能在非常恶劣的环境中很好地保留数据。但我们的一个重要启示是，我们认为电子闪存的扩展将在 28 纳米以下停止。它将持续到 28 纳米，但在 28 纳米以下，我们需要一种新的解决方案，我们相信业界正在围绕 MRAM 形成合力"。

从物联网解决方案开始，到存储和计算，MRAM 已经得到了重视其能效和成本优势的主要汽车供应商的青睐。电子闪存通常需要更高的电压来写入信息，而 MRAM 则不需要，它可以直接使用逻辑电源。

GF 与 MRAM 技术供应商Everspin Technologies（美国亚利桑那州钱德勒市）建立了长期合作关系，双方共同开发了一种垂直自旋扭矩型 MRAM，其功耗和写入速度远远优于早期的 MRAM 位元。

"MRAM 是一个重大的转变。但对我们来说，这不是一个问号。我们已经下了赌注。我们知道下一个嵌入式存储器技术是什么，而且我们正在向客户介绍该技术如何改进他们的系统，"Eggleston 说。

MRAM 具有成本效益，因为它可以内置在芯片的后端 (BEOL) 互连层中。虽然新的沉积和蚀刻技术正在不断完善，以处理磁隧道结的复杂材料堆栈，但 Eggleston 说，只需增加三个掩膜层，就可以添加 MRAM。

5G 的重要性

从车厢内的蓝牙到帮助驾驶员安全变道的汽车雷达，汽车与射频之间的联系直到近几年才开始变得普遍。

GF 射频业务开发高级总监 Peter Rabbeni 说，5G 蜂窝标准的设计考虑到了汽车应用，特别是需要以毫秒级的延迟 "看到 "汽车周围的情况。

"拉贝尼刚从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就说："要实现自动驾驶汽车，需要一些相当复杂的通信系统。他补充说，5G 标准是巴塞罗那大会讨论的焦点，预计将提供 "更高的带宽、更短的延迟，并支持多个用户同时使用"。

避撞系统要做出正确的决策，就必须要有极高的数据传输速率和更宽的带宽。在不远的将来，车辆将 "传输大量数据，并迅速根据这些数据采取行动，这取决于极低的延迟时间，"他说。

汽车四面八方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 Rabbeni 所说的 "扩展到 6 GHz 以上，即毫米波雷达，这是军方多年来一直在使用的"。

更快的数据传输速率取决于更多的无线电和更多的数字信号处理，这就推动了线宽扩展的需求。Rabbeni 认为，将车载射频 MCU 的功率控制在一定范围内 "是 FD-SOI 等器件的优势所在。我们可以利用后栅偏压技术来优化器件的功耗与性能。

 

资料来源全球半导体公司

FD-SOI 体偏压实现了功率/性能权衡以及射频/模拟参数的调整

Rabbeni 说："为了使 ADAS 能够发挥作用，我们需要更复杂的无线电来驱动更高的性能。我们正在努力开发新一代产品，它们具有更高的线性度、更低的插入损耗和更好的谐波，这些都有助于提高特定无线电的性能。

当 GF 收购 IBM 的微电子业务时（基本上创造了射频 SOI 和硅锗市场），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生产能力。它还获得了广泛应用于 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。

由于无线技术的发展，对 GF 射频技术的需求持续增长，公司继续投资增加产能，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。

"我们正在积极开发用于下一代系统（包括 45 纳米和 22 纳米）的先进节点射频 SOI。22 纳米 FD-SOI 平台的设计从一开始就考虑到了射频，嵌入式射频的产品已经面世；测试结构已经建模并进行了测量，以进一步增强工艺开发工具包 (PDK)，从而使客户能够可靠地进行设计"，Rabbeni 说。Rabbeni 说："我们有重点射频模块、开关和 PLL 的模型，以证明如何使用该技术。我们对这项技术感到非常兴奋，并将继续向前推进。

作者：拉吉夫-拉詹

在我的上一篇博客《物联网就是现在！》中，我鸟瞰了物联网的全貌。在这篇文章中，我将通过数字深入探讨物联网，慢慢剥开洋葱，揭示我们在物联网、网络和数据中心中扮演的角色。

根据麦肯锡的报告《 物联网》：在 "炒作 "之外描绘价值，到 2025 年，物联网每年将产生 3.9-11.1 万亿美元的经济影响，其中汽车行业 2,000-7,000 亿美元，家居行业 2,000-3,500 亿美元，工厂运营和设备优化 1.2-3.7 万亿美元。这一价值并非单纯以售出的技术来衡量，而是以产生的显著效率来衡量。

我们目前正处于移动计算或智能手机时代，这个时代正在向普适计算--主要是物联网--转变，并将最终演变为智能计算。

难道我们忘记了物联网并不是什么新鲜事物吗？它已经存在了 十多年。而且，它的进步和发展是由一个至今仍在使用的基础技术架构推动的。

这种增长在很大程度上受到持续技术发展的影响。其核心是，我们正在使各行各业在我们所赋予的能力基础上不断发展壮大。我们通过保持技术优势、方便客户与我们开展业务，以及保持行业内具有竞争力的成本结构，实现进步和增长。

从这个意义上说，我们在制造过程中发现的每一丝效率，每一个有助于管理电力（即使是最小部分）的技术创新，以及用于连接的射频实施方面的每一个突破，都是充分发挥物联网潜力的重要步骤。

物联网的成功从根本上说是一种多元化的努力，持续的成功来自于大小公司之间的合作，使他们有能力在各行各业定义物联网。

在 SEMICON China 上，物联网是一个热门话题，并将于 3 月 17 日举办一场专门讨论这一主题的论坛：技术塑造未来--可穿戴设备和物联网传感器集线器解决方案 "论坛将于 3 月 17 日举行。在这一环节中，我将讨论推动物联网发展的半导体技术，以及实现智能计算的 "智能原子"。

在下一篇博客中，我们将探讨令人惊叹的物联网应用，如果没有强大的制程技术为 "引擎盖下 "的半导体提供动力，这些应用就不可能实现。这是一个令人难以置信的垂直整合故事，其中有许多转动的齿轮，我们将在每篇博客中剖析这个 "引擎盖下 "故事的关键部分。我邀请您加入我的行列。

彼得-拉贝尼著

在巴塞罗那举行的世界移动通信大会结束了本周的工作之后，有一件事变得很清楚--5G 已成为每个人的心头大事，而开发使能技术使 5G 在未来 5 年内成为现实的竞赛正在进行之中。大会期间，在会议和演示的间隙，我参观了展厅，看到了一系列 5G 技术、创新和用例，它们不仅使 5G 更加真实，而且利用了 5G 将带来的承诺，即低延迟、高数据速率、随时随地的连接、高用户密度以及高度可靠和安全的通信。

在展会现场，我们仿佛看到了第五代移动网络的无限可能。蜂窝运营商和 WiFi 公司重点展示了他们的 5G 解决方案和一系列物联网（IoT）芯片组产品，这证明，尽管 5G 通用规范的融合尚需数年时间，但我们已经到了 5G 应用远远领先于标准的阶段，从而创造出新的商业模式和用例。许多用例利用了虚拟现实、位置感知服务和推送广告等技术，解决了从实时游戏到自动驾驶汽车等应用问题。最近，美国电信公司宣布在 "真实世界 "条件下测试 5G 网络，这标志着美国正式加入 5G 竞赛。许多专家将 2018 年首尔奥运会作为 5G 基础设施部署的验证点，通过媒体和通信来充分演练网络。爱立信首席执行官汉斯-维斯特伯格（Hans Vestberg）从口袋里掏出一个多元素可转向相控阵无线电前端加天线，这是展会上一个令人难忘的时刻。Vestberg 解释说，这三个天线将组成一个三扇区 5G 基站，在大规模 MIMO 环境中支持多 GBps 数据传输速率。

如今，整个射频（RF）芯片市场炙手可热。其核心是，5G 和物联网都需要无线电技术的创新，而这反过来又将推动半导体技术的进步。这些创新将包括低功耗、集成毫米波无线电前端、天线相控阵子系统、高性能无线电收发器以及高速 ADC 和 DAC。随着原始设备制造商在智能手机和平板电脑中集成更多射频内容，以及新的高速网络标准的推出，最新设备需要额外的射频电路来支持更新的操作模式。这包括支持更多 LTE 频段、载波聚合和包络跟踪的芯片。

射频绝缘体上硅（RF SOI）作为砷化镓的一种成本更低、灵活性更高的替代技术，已成为当今大多数射频开关和天线调谐器的首选技术。射频 SOI 有助于解决确保用户无缝、始终可用的连接以及从几乎任何地方访问强大的互联网所带来的挑战，因此继续受到移动市场的青睐。人们对硅锗（SiGe）技术的兴趣和使用也在不断增长。硅锗技术具有出色的射频增益、噪声和线性度特性，即使在毫米波频率下也是如此，因此有助于满足射频前端模块和高性能细分市场的需求。SiGe 使客户能够在更少的芯片中集成更多的功能，同时获得更高的性能，并扩大其可覆盖的细分市场。从长远来看，随着 LTE 智能手机、平板电脑和其他移动消费应用的强劲增长，预计代工厂的产能也将随之增加。

最近，GLOBALFOUNDRIES 的射频业务部门跨过了一个新的产能门槛，我们的射频 SOI 芯片出货量突破了 200 亿片，证明行业需求强劲。

随着物联网的发展和新兴的 5G 试验，对我们网络的需求无疑将继续增长。利用射频 SOI 和 SiGe 技术的客户所开发的解决方案可提升用户体验，包括更广泛的地理移动性和更快的数据传输速率，以满足日益增长的日常应用互联需求。

因此，一场全球性的竞赛正在进行，从世界移动通信大会上展示的技术可以清楚地看出，射频和 SiGe 技术在推动降低复杂性、提高性能和降低总体成本方面比竞争技术发挥着更重要的作用。

毫无疑问，物联网（IoT）有望成为微电子技术的下一个重要应用领域。到 2020 年，将有 500 亿台设备联网--这就是物联网发展模式的愿景。

物联网系统的功能和形状将呈现出高度的多样性。一些系统可能很小，而另一些系统则可能扩大到与今天的移动互联网 SoC 系统一样大。问题是，物联网系统组件需要速度快，但不使用时静态待机功耗低，我们该如何解决这个问题？

GLOBALFOUNDRIES 22FDX技术非常适合此类系统和成本要求。这种 22 纳米全耗尽型 SOI（FD-SOI）技术的决定性新特性是形成有源晶体管的薄硅层。在传统的 SOI 技术中，传统晶体管是在一个孤立的孔中形成的，在数字电路中通常是浮动的。FD-SOI 晶体管要薄得多，而且不形成孔。此外，器件隔离更加简单，也减少了植入步骤。

在工程师考虑下一个节点时，他们需要牢记 22FDX 工艺流程能以与 28 纳米平面技术相当的成本提供类似 FinFET 的超低功耗性能。以下是有关该技术的其他一些值得注意的数据点：

• 与 28 纳米高 K 金属栅极 (HKMG) 相比，功耗降低 70
• 芯片尺寸比 28 纳米批量平面芯片小 20
• 芯片成本低于 FinFET

创意设计师的沙盒

软件控制的体偏压为管理高性能和低功耗提供了灵活的权衡，为 22FDX 的系统和电路设计提供了额外的自由度。实时功耗权衡可在器件级实现，主要是通过为主要功能块供电来实现。这也是行业分析师 Dan G. Hutcheson 认为GF 的 22FDX 将是一场 "重大革命 "的原因之一。

22FDX：同一芯片上有多个本体偏置点和 Vt 点

此外，22FDX 还具有设计灵活性和智能控制能力，可实现过去无法实现的创新。这些功能包括

• 硅后调谐可降低功耗，同时保持较高的电路性能
• 集成射频包括调谐 "旋钮"，可将射频功率最多降低 50%，因此无需单独的射频芯片

22FDX 技术设计生态系统正在迅速建立。11 月，所有主要的 EDA 供应商，特别是 Synopsys、Cadence 和 Mentor Graphics，都宣布推出适用于 22FDX 的工具套件。它们是生态系统的重要组成部分，该生态系统正在不断扩大，以支持我们的客户取得成功。

设计从批量节点迁移到 22FDX

22FDX 是一项突破性的技术，具有强劲的发展前景，它通过减小芯片尺寸、降低功耗、提高性能和增加功能，扩展了摩尔定律，而且无需更复杂的制造工艺。

GF公司CMOS平台业务部综合管理副总裁Subramani Kengeri将于2016年1月21日星期四在 日本东京举行的FD-SOI论坛上发表关于利用22FDX实现下一代创新的演讲。