晶圆代工厂扩大平面的努力

随着供应商开始加快他们新的16nm/14nm finFET工艺，领先的代工业务的竞争正在升温。

但这并不是代工领域的唯一行动。他们还通过推出新的28纳米和22纳米工艺，扩大了在前沿平面市场的努力。

一方面，台积电推出了基于批量CMOS技术的新型28纳米芯片。在另一方面，三星正在加紧开发28纳米完全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)技术。GlobalFoundries正在准备22nm的芯片FD-SOI平面技术。

铸造厂正在开发新的平面工艺，这是有充分理由的。中国仍有相当大的代工客户基础，他们永远不会转移到中国finFET16nm/14nm及以上工艺。许多其他公司可能最终会转向finfet，但由于成本和其他因素，他们正在推迟迁移。

无论是哪种情况，许多晶圆代工客户都将在28nm和其他平面节点上停留比预期更长的时间。高德纳(Gartner)分析师Samuel Wang表示:“28nm是一个流行的节点，它应该会至少再持续五年或更长时间。”“这是提供各种速度和功率选择的最后一代平面技术。晶圆价格持续下降，因为越来越多的代工供应商提供28纳米芯片。”

展望未来，许多芯片制造商正在为一系列新兴应用开发新一波前沿平面芯片，如可穿戴设备和平板电脑物联网(物联网)。汽车、无线等应用也很热门。

和以前一样，芯片制造商希望设计出新的平面芯片，在低功耗的情况下性能有明显的提升。但代工客户面临着许多困难(如果不是令人困惑的话)的技术选择。

那么，桌面上的新前沿平面选择是什么呢?最好的流程是什么?

大量的选项
基本上，在领先的平面市场上有两种类型的技术-大块CMOS和FD-SOI。在大块CMOS阵营中，有三个主要的前沿平面工艺类别:普通28nm工艺;28 nm制程变异;和20海里。

台积电就推出了两款新的28nm芯片。一个低功耗版本，被称为28ULP，被定位于28nm FD-SOI。“[28ULP]针对可穿戴应用进行了优化，”该公司业务发展副总裁B.J. Woo表示台积电．

FD-SOI是另一种可行的技术选择。这是利用超薄绝缘层。这种被埋没的氧化物层被放置在基硅上。然后，一层非常薄的硅薄膜位于晶体管通道中。总之，不需要对通道进行涂覆，从而使晶体管完全耗尽。

FinFET也是一种完全枯竭的技术。FinFET是一种方法。另一种完全耗尽的方法是FD-SOI。FD-SOI由平面晶体管组成，具有非常低的功率属性，适用于物联网类型的应用。除此之外，FD-SOI的优势是身体偏向。因此，如果在设计中使用车身偏置，就可以充分利用FD-SOI广泛的功率性能属性的潜力，”公司代工营销高级总监Kelvin Low说三星．

“与其他28nm制程相比，成本因素、使用更低电源的能力以及机身偏置的灵活性非常重要。FD-SOI在合适的成本点上提供了最低的功率和最低的泄漏。”

今天，三星提供了28nm FD-SOI工艺。此外，GlobalFoundries正在研究22nm FD-SOI技术。Fab 8高级副总裁兼总经理Thomas Caulfield表示:“我们认为22nm FD-SOI具有很高的性价比，可以在22nm和28nm的成本下获得finfet类型的性能。GlobalFoundries．

那么最好的解决方案是什么呢?是CMOS还是FD-SOI?还是平面的finfet ?“哪种技术的使用应该取决于应用程序，”eASIC总裁兼首席执行官罗尼·瓦什塔(Ronnie Vasishta)说，eASIC是一家无晶圆厂的fpga和asic供应商。“不仅仅是功率、性能和面积，还包括IP可用性、随着时间的推移预期产量的提高，以及模具尺寸的好处。

Vasishta说:“对于每一种应用，finfet的情况都需要明确。”“对于微处理器这样的完全定制产品，这一点可能很清楚。然而，由于光刻技术，晶圆成本将会更高。口罩的成本会更高。EDA工具的成本可能会更高。如果在标准ASIC设计流程中没有正确考虑金属延迟和鳍片变化，那么性能收益可能不会像你想要的那么大。”

还有其他的考虑。“最大的挑战是功率密度，”赛普拉斯半导体公司(Cypress Semiconductor)的高级技术人员阿里·卡基菲鲁兹(Ali Khakifirooz)说。“多年来，CMOS缩放与设备宽度的缩放速率相同。有功功率密度保持不变，在性能不变的情况下，每个节点的有功功率降低了约30%至35%。FinFET通过保持设备宽度不变，甚至允许它逐个节点增加，打破了这一趋势。这被宣传为一件好事，但如果不加以管理，它只会转化为更高的功率密度。人们已经开始抱怨16nm/14nm工艺，我可以想象，他们将在10nm工艺上看到更大的问题。”

更多的权衡
那么这些天代工客户在想什么呢?事实证明，每个客户都有不同的设计、流程和容量要求。

并不是所有的动作都涉及finfet。例如，快速增长的高清视频压缩和图像处理芯片供应商Ambarella正在推出28nm及以上的器件。Ambarella为无人机、运动摄像机和安全摄像头制造芯片。该公司的代工合作伙伴是三星。

显然，平面芯片适合蓬勃发展的运动相机市场。Pacific Crest Securities分析师布拉德•埃里克森(Brad Erickson)在最近的一份报告中表示:“我们估计，仅下个季度，Ambarella就将为大约40万架无人机配备soc。”“对于一个去年总共销售了大约50万部的市场来说，这是相当令人印象深刻的。”

在无人机市场，原始设备制造商的要求很高。Ambarella高级产品营销经理杰夫•坎贝尔(Jeff Campbell)表示:“他们希望为消费者生产更小、更便宜的产品。”“对无人机研发人员来说，重要的是拥有高分辨率的飞行摄像头。他们需要4K分辨率。现在，它们的速度是每秒30帧。他们想要达到每秒60帧。”

为了满足需求，Ambarella必须以更低的功耗开发更快的芯片。“从热角度来说，制造这样的产品非常具有挑战性。如果我们能将我们的技术推广到最新的流程节点，就能帮助我们降低能耗。”

Ambarella的最新器件基于28纳米技术。它也在探索平面以外的选择，包括finfet。

其他代工客户也提供高性能芯片，但许多公司还没有准备好加入finFET的潮流，至少在短期内是这样。例如，eASIC为通信、存储和其他细分市场开发设备。该公司的代工合作伙伴包括GlobalFoundries的45nm批量工艺和TSMC的28nm批量工艺。

eASIC的Vasishta说:“我们还没有做finfet。”“我们认为28nm制程技术在业界的寿命非常长。在未来很长一段时间内，成本结构仍将保持竞争力。这就是为什么你会看到针对不同参数优化的多个28nm版本。”

由于选择过多，代工客户在选择正确的工艺和代工供应商方面面临一些挑战。“挑战在于晶圆代工厂不断改变他们的路线图，并提供各种变化。所以，当另一款产品在六个月后问世，而你的竞争对手也在使用这种技术时，有时很难将这种应用与所需的工艺技术相匹配，因为他们的产品开发周期不同。”

展望未来，eASIC正在探索下一代芯片的各种工艺选择。它正在考虑FD-SOI和finfet，但它已经排除了20nm平面。他说:“不确定平面20nm作为真正的节点是否有意义，因为性能增益很小，而且由于泄漏，功耗很高。”

“FD-SOI或其他耗尽通道技术在功率、性能和定价方面具有一定的优势。(FD-SOI)解决了一些问题，而不必使用finfet，”他说。“FD-SOI的挑战在于IP的生态系统。缩放到更小的几何图形的能力需要得到证明。我们一直在关注这个领域。”

和以前一样，有一种看法认为SOI生态系统不成熟。此外，与批量CMOS相比，SOI晶圆成本更高。只有少数几家芯片制造商采用了这种技术，即IBM和意法半导体．

然而，潮流可能正在转变。例如，思科、Ciena和飞思卡尔已经宣布了采用FD-SOI的计划。
在技术问题上，28nm FD-SOI与28nm bulk相比工艺步骤更少。更少的工艺步骤抵消了较高的SOI衬底成本。“昂贵是相对的。你在拿它和什么做比较?有一种错误的看法，认为FD-SOI是昂贵的，因为衬底成本。基板成本更高，但你在芯片上花多少钱也是技术的一个功能，”三星的Low说。

还有其他积极的进展。Low说:“我们开始看到(FD-SOI)生态系统方面有很多健康的活动。”“在设计生态系统方面，Cadence和Synopsys已经扩大了他们在IP和EDA支持方面的工作范围。”

在另一个帮助设计界的行动中，东航Leti最近推出了一个新平台，使芯片制造商能够缩短FD-SOI和其他技术的产品周期。该项目被称为硅脉冲，由CEA-Leti, STMicroelectronics, Dolphin, CMP，导师图形Cortus和Presto Engineering公司。

硅脉冲项目提供集成电路设计服务，IP和测试。该计划还将提供多项目晶圆(MPW)班车。首架28纳米FD-SOI航天飞机计划于2016年2月交付。发布会将在意法半导体位于Crolles的工厂举行。