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

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®-R5lock 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。

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。

作者：Baljit Chandhoke巴尔吉特-钱德霍克

我们无法看到拥堵的实际情况，但电磁频谱在无线连接和数据通信常用频率上的流量已经变得如此拥挤，以至于数据流量拥堵的可能性和破坏性越来越大。使问题更加严重的是，目前的无线设备和网络工作频率低于 6 千兆赫，根本无法满足下一代应用的要求。

解决办法是利用频谱中的毫米波频段（30 至 300 千兆赫），它能提供更大的带宽。大家耳熟能详的正在制定中的 5G 标准旨在为使用这一所谓的毫米波频段建立一条共同的前进道路。

然而，要开发出能做到这一点的技术并非易事，尤其是针对移动应用。一个问题是，超高频的传播损耗很大。这意味着需要高功率输出，但在智能手机这样的电池供电设备中，高能效也很重要--要同时做到这一点很难。另一个问题是毫米波传输容易受到建筑物或其他物体的阻挡，因此必须能够形成精确的 "铅笔 "波束，辐射到相控阵天线或从相控阵天线辐射出来。

GF 的45 纳米射频 SOI 技术平台(45RFSOI) 面向下一代射频和毫米波应用，如 5G 基站和智能手机中的集成前端模块 (FEM) 和波束形成器、宽带卫星通信相控阵终端、汽车雷达以及其他不断发展的高性能有线和无线应用。

45RFSOI 技术已经完全合格，可以投入生产，我们已经与几家主要客户就这些应用开展了合作。我们预计，一些客户将在今明两年开始量产产品，并有望在今年晚些时候开始首次批量生产。

工艺设计工具包现已推出，还可按季度进行多项目晶圆运行，以实现快速原型开发，从而使客户能够尽早评估硬件结果。

技术要点

我们的 45RFSOI 的优点在于它是 45 纳米部分耗尽 SOI 服务器级基线 300mm 技术的产物，该技术已在多个 GF 工厂批量生产了十年。我们对其在毫米波应用中的使用进行了广泛评估，并增加了以射频为中心的使能、器件和技术特性，使其能够比竞争技术更好地满足即将到来的 5G 要求。

例如，为实现卓越的射频性能，45RFSOI 平台将高频晶体管（ft/fmax 分别为 305/380 GHz）与高电阻率 SOI 基底面和射频友好型金属互连器件相结合。超厚的顶层铜互连实现了最佳的传输线设计，这种互连还改善了噪声隔离和谐波抑制，从而实现了极低噪声放大器 (LNA)。

同时，为了降低功耗要求、物理尺寸和成本，45RFSOI 的设计易于集成功率放大器 (PA)、开关、低噪声放大器 (LNA)、移相器、上/下转换器和压控振荡器/锁相环 (VCO/PLL) 等功能。

SOI 技术将晶体管与基板进行了电气隔离，这与标准 CMOS 技术不同，后者的基板是一个公共节点。因此，射频 SOI 晶体管可以通过堆叠实现更高的击穿电压和功率处理能力，这对于功率放大器、低噪声放大器和开关等波束成形前端电路尤为重要。

此外，由于 45RFSOI 实现了功能强大、高度集成的芯片，因此与其他技术相比，天线阵列所需的芯片数量更少，从而使客户能够构建更小、更具成本效益的相控阵系统。

一系列射频解决方案

45RFSOI 是 GF 射频应用技术解决方案的最新成员，也是业界最广泛的射频代工工艺。它们包括 45RFSOI 和 8SW RFSOI、硅锗 (SiGe) 和 RF-CMOS 技术。

这些技术涵盖各种成熟和先进的节点，具有射频优化选项、广泛的 ASIC 设计服务和基础知识产权 (IP)。

然而，它们最重要的特点是帮助我们的客户应对棘手的技术挑战，使他们有能力更好地把握眼前的市场机遇。

毫米波应用 - 相控阵天线系统

 

作者：巴米-巴斯塔尼博士巴米-巴斯塔尼博士

假期归来，我以为自己进入了时空隧道。难道我一觉睡到了一月，一觉醒来已接近二月底？我本以为会像往常一样看到大量关于即将到来的消费电子展（CES 2018）上的小玩意儿和装备的新闻。然而，我看到的却是一个又一个关于下一代 5G 移动网络的故事--通常都是巴塞罗那世界移动通信大会的内容。

无论是否时空穿梭，有一点是明确的：2018 年将是 5G 大发展的一年。预计到 2020 年，市场上将出现84 亿台联网设备，因此对连接这些设备的超高速、高带宽、低时延网络的需求正在加速增长。5G 即将到来，而且不会太快。

高通公司 1 月 10 日的主题演讲必将成为 2018 年 CES 上 5G 热议的一个高潮。高通公司总裁克里斯蒂安诺-阿蒙将分享高通公司在5G时代的领导愿景。今年 9 月，克里斯蒂安诺在 GLOBALFOUNDRIES 技术大会（GTC 2017）上发表主题演讲时，我们有幸提前听到了他的故事。他的主要观点之一是，5G 网络的苛刻要求正在推动芯片级复杂性的增加。这意味着硅创新对于实现向 5G 的过渡至关重要。

在 GF，我们提供广泛的半导体技术，旨在帮助客户过渡到下一代 5G 无线网络。我们为一系列 5G 应用提供业界最广泛的技术解决方案，包括毫米波前端模块 (FEM)、独立或集成的毫米波收发器和基带芯片，以及用于移动和网络的高性能应用处理器。

我们的路线图包括 RF-SOI、硅锗 (SiGe) 和 CMOS 产品，其中包括各种成熟和先进的节点，这些节点具有射频优化选项，并与广泛的 ASIC 设计服务和 IP 相结合。这些针对特定应用的解决方案支持从超低能耗传感器到具有长电池寿命的超高速器件，再到支持片上存储器的更高集成度等各种功能，从而满足客户对 5G 的各种需求。

• 5G RF and mmWave Transceivers and Baseband Processing: Whether it’s for 5G <6GHz applications or the new 5G mmWave bands, GF’s broad range of CMOS technologies with FinFET, FD-SOI and more mature bulk CMOS technologies have optimized RF and mmWave offerings that allow our customers to make the best design trade-offs between cost, power consumption and performance. GF’s FD-SOI technologies (22FDX and 12FDX) are truly differentiated CMOS platforms that provide the lowest power consumption solution for any RF or mmWave transceiver. In addition, FDX is very well suited to address another part of the 5G standard, massive IoT networks. GF’s optimized solutions provide customers a flexible and cost-effective solution to integrate RF and mmWave transceivers with baseband modem or digital “calibration” processing in 5G handsets and base stations, NB-IoT solutions and other high-performance applications.
• 5G 毫米波前端模块：GF 的 RF-SOI 和 SiGe 解决方案（130 纳米-45 纳米）为带有集成开关的 FEM、低噪声放大器和功率放大器应用提供了性能、集成度和能效的最佳组合。对于某些应用，如 5G 毫米波手机和小型基站，GF 的 22FDX 毫米波优化产品可将 FEM 和收发器集成到单个芯片上，在成本、功耗和占地面积方面具有显著优势。GF 的毫米波解决方案专为 6 GHz 以下到毫米波频段的应用而设计。
• 先进的应用处理：GF 基于 FinFET 工艺的先进 CMOS 技术为下一代智能手机处理器、低延迟网络和大规模 MIMO 网络提供了性能、集成度和能效的最佳组合。GF 现已推出先进的 CMOS 解决方案。
• 5G 无线基站定制设计：公司的专用集成电路 (ASIC) 设计系统（FX-14 和 FX-7）通过支持高速 SerDes 上的无线基础设施协议、集成先进封装的解决方案、单片机、ADC/DAC 和可编程逻辑，实现了优化的 5G 解决方案（功能模块）。

毫无疑问，5G 将在帮助下一代网络提供用户与其设备之间的 "零距离连接 "方面发挥不可或缺的作用，使人们能够充分利用云的处理能力以及边缘到边缘的连接。随着 5G 需求的快速增长，GF 将继续与合作伙伴合作，提供解决方案，帮助我们的客户在这一竞争激烈的领域取得成功。明年，我们将继续推出有关 5G 技术解决方案的新细节，敬请期待。