評(píng)估FD-SOI工藝，看新恩智浦下一步如何布局！

　　在恩智浦公司大獲成功并得到廣泛部署應(yīng)用的i.MX平臺(tái)中，最新一代的具功率效率和全功能的應(yīng)用處理器正在采用28nm FD-SOI工藝生產(chǎn)。新的i.MX 7系列采用了32位ARM v7-A內(nèi)核，主要面向功率效率至關(guān)重要的通用嵌入式應(yīng)用、電子閱讀器、醫(yī)療、可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)市場。而其新的i.MX 8系列采用了64位ARM v8-A內(nèi)核，主要面向汽車應(yīng)用，特別是駕駛員信息系統(tǒng)，以及高性能通用嵌入式應(yīng)用和高級(jí)圖形應(yīng)用。

　　自從飛思卡爾于2001年首次推出i.MX產(chǎn)品線以來，至今為止，已經(jīng)出貨了六代產(chǎn)品，i.MX SoC的總出貨量已經(jīng)超過2億顆。今天，這些SoC被部署在3500萬輛以上的汽車中，它們不僅是電子閱讀器市場的領(lǐng)導(dǎo)者，并在通用嵌入式應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。但是，i.MX 7和i.MX 8產(chǎn)品線針對(duì)的市場領(lǐng)域相比之下出現(xiàn)了根本上的改變，雖然高性能自然是必須的，但是這次，i.MX 7和i.MX 8更加注重的是功率效率。

　　為什么轉(zhuǎn)向FD-SOI工藝？

　　芯片制造的重點(diǎn)永遠(yuǎn)是成本。從28nm HKMG工藝轉(zhuǎn)換到14nm FinFET工藝，將會(huì)增加50%的成本，這個(gè)代價(jià)值得嗎？雖然FinFET能實(shí)現(xiàn)令人印象深刻的性能數(shù)據(jù)，但是，對(duì)面向物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式和汽車應(yīng)用的應(yīng)用處理器來講，除了關(guān)注性能數(shù)據(jù)之外，還需要考慮以下事項(xiàng)：

　　什么時(shí)候需要高性能，它的使用方式是什么？

　　什么時(shí)候最需要考慮節(jié)能效果？

　　RF和模擬特性是怎么被集成的？

　　芯片會(huì)在什么樣的環(huán)境條件下運(yùn)行？

　　總體制造風(fēng)險(xiǎn)有多大？

　　事實(shí)上，恩智浦和之前的飛思卡爾公司在SOI上都有著極深的專業(yè)知識(shí)。在過去十年中，飛思卡爾曾經(jīng)基于部分耗盡SOI工藝開發(fā)了20多款處理器，恩智浦在高電壓應(yīng)用中一直是部署SOI技術(shù)的先行者，也擁有幾十個(gè)基于SOI工藝的產(chǎn)品線。所以，我們大家都很清楚SOI將怎么幫助我們?nèi)〉霉暮托阅苌系膽?zhàn)略平衡。FD-SOI只是已經(jīng)應(yīng)用許久的SOI技術(shù)的最新技術(shù)，這次的設(shè)計(jì)流程和基板CMOS工藝幾乎完全相同，但是卻可以采用超薄的SOI晶圓，同時(shí)還有一些諸如負(fù)偏壓的額外好處。

　　當(dāng)總結(jié)了新的i.MX處理器需要考慮的所有因素之后，很顯然，F(xiàn)D-SOI非常適合這款新處理器。

　　FD-SOI：為功耗、性能而設(shè)計(jì)，且不止于此

　　對(duì)于我們的設(shè)計(jì)師而言，下面就是為什么FD-SOI是針對(duì)不斷變化的市場需求帶來的工程挑戰(zhàn)的正確解決方案的原因。

　　在功耗方面，你可以降低供電電壓（Vdd）-這樣一來便可以少消耗一些電能-同時(shí)保持同樣優(yōu)異的性能。再加上FD-SOI所具備（而FinFET所不具備）的動(dòng)態(tài)反向偏壓技術(shù)（正向負(fù)偏壓可以提高性能，反向負(fù)偏壓可以降低漏電），你可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的工作范圍。

　　通過大幅度降低漏電，反向負(fù)偏壓（RBB）可以讓您在非常低的電壓和寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的功耗-性能特性。這一點(diǎn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品特別重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)品的應(yīng)用場景是，在短時(shí)間的高性能應(yīng)用活動(dòng)之后便長時(shí)間處于非常低功耗的靜態(tài)模式下。我們可以通過正向負(fù)偏壓（FBB）技術(shù)滿足這些高性能要求，同時(shí)因?yàn)槲覀兛梢詣?dòng)態(tài)地實(shí)施負(fù)偏壓技術(shù)，所以我們可以在線實(shí)時(shí)地指定物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品規(guī)格以滿足變化的工作負(fù)載需求。

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一般都具備較多的模擬和射頻組件，它們無法像芯片的數(shù)字組件那樣實(shí)現(xiàn)工藝尺寸的等規(guī)?？s減。此外，模擬和射頻組件對(duì)電壓變化非常敏感。同時(shí)，一個(gè)非常重要的要求是，在數(shù)字組件部分進(jìn)行大負(fù)荷且突然的信號(hào)開關(guān)操作時(shí)，芯片的模擬和射頻組件部分不會(huì)受到數(shù)字部分的影響。我們的模擬/射頻設(shè)計(jì)工程師所考慮的主要因素包括增益、匹配、多變性、噪聲、功耗和抵抗力。之前他們使用專門的技術(shù)來達(dá)到這些要求，現(xiàn)在有了FD-SOI技術(shù)，他們的工作變得容易多了，并且可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)越的模擬性能。

　　在射頻方面，F(xiàn)D-SOI大大簡化了將WiFi、 Bluetooth或Zigbee等RF模塊集成到一顆SoC內(nèi)的工作。

　　軟錯(cuò)誤率（SER）是另外一項(xiàng)非常重要的考量因素，特別是SoC存儲(chǔ)器陣列的大小和密度在不斷增加時(shí)。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，基板工藝得到的軟錯(cuò)誤率更加惡劣，而FD-SOI則可以在每次幾何尺寸縮減時(shí)提供甚至比之前工藝尺寸更好的SRR可靠性。實(shí)際上，與基板工藝相比，28nm FD-SOI的抗軟錯(cuò)誤性能能夠提高10到100倍。

　　一直以來，我們的工藝發(fā)展戰(zhàn)略都是利用代工廠標(biāo)準(zhǔn)工藝，將之根據(jù)我們的目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整適配，并重點(diǎn)關(guān)注性能和功能的差異化技術(shù)。我們通常會(huì)復(fù)用自家80%的技術(shù)平臺(tái)，并擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）。這一次，通過考察移植現(xiàn)有平臺(tái)技術(shù)的難易性、IP，并分析硅片尺寸和成本，顯然，F(xiàn)D-SOI這個(gè)選擇很正確。

　　在制造方面，F(xiàn)D-SOI這個(gè)方案的風(fēng)險(xiǎn)也更低。集成變得更簡單，而且周轉(zhuǎn)時(shí)間（TAT）快得多。28nm FD-SOI是一種平面工藝，所以復(fù)雜度更低，并能利用我們自有的已經(jīng)得到應(yīng)用的28nm平臺(tái)。在整個(gè)設(shè)計(jì)周期內(nèi)，我們與代工合作伙伴三星公司密切合作，他們給我們提供了出色的支持，并且很快就達(dá)到了極好的良率水平，對(duì)我們快速擴(kuò)張我們的i.MX處理器的應(yīng)用來說，這當(dāng)然是至關(guān)重要的。