Для решения 2018 года и наиболее ожидаемых технологий полупроводникового процесса в течение следующих пяти лет, помимо предстоящего производства 7-нм финишного процесса и 5-нм технологического узла, который должен полностью внедрить литографию ультрафиолетового (EUV) В отрасли также сосредоточено внимание на том, что различные производители литейных цехов рассматривают широкий спектр вариантов технологического процесса с низким и средним уровнем для маломощных и недорогих компонентов в широко используемом, всеохватывающем интернет-рынке Things (IoT).
Такие, как 16 и 12-нанометровые FFC (FinFET Compact Technology) из листового литейного завода TSMC, 22-нанометровая сверхнизкая мощность (ULP), 28 нанометров HPC / HPC + и 40-нанометровая ULP, 55-нанометровая ULP и низкое энергопотребление (LP), 22-нм низкопроизводительный процессор FinFET (22FFL) Intel, глобальный 30-нм HPP (High Performance Plus) / SLP (Super Low Power), 22FDX и Samsung Electronics 28-дюймовые FDSOI, LPP, LPH от Samsung и другие - это решения, которые отвечают потребностям широкого круга приложений IoT.
Одним из самых больших различий между процессом FDX серии GlobalFoundries и процессом FD-SOI от Samsung, среди других конкурирующих решений, является использование полностью истощенного кремния, который очень сложно произнести как на английском, так и на китайском. Silicon On Insulator, FD-SOI), впервые внедренной в отрасли со стороны SOI Industry Consortium, STMicroelectronics и ее партнеров по исследованиям и разработкам IBM, GlobalFoundries и Samsung в 2011 году, Нано-узлы 28 нм и 20 (22 нм) могут обеспечить эквивалентную производительность процессов FinFET следующего поколения, поддерживаемых Intel, TSMC и другими, с более низкой стоимостью и меньшим риском.
Преимущества технологии FD-SOI?
В отличие от трехмерной структуры транзисторов, используемой в процессе FinFET, FD-SOI является планарным процессом. Согласно официальной технической литературе ST в сети, FD-SOI имеет два основных нововведения: во-первых, использование захороненного оксида (BOX) Тонкий изолирующий слой, размещенный на кремниевой подложке, затем тонкая кремниевая пленка развертывается в транзисторном канале, из-за ее ультратонкой толщины канал не нуждается в допинге (допинге), так что транзистор может быть полностью исчерпан в двух вышеуказанных Сочетание всех видов инновационных технологий называется «ультратонким корпусом и скрытым оксидом FD-SOI (UTBB-FD-SOI)».
ST заявила, что FD-SOI обеспечивает лучшую эффективность транзистора ESD, чем традиционная технология объемного кремния, в то время как захороненный оксид уменьшает паразитную емкость между источником и канализацией; Кроме того, этот метод эффективно ограничивает поток электронов между источником и стоком, резко уменьшая ток утечки, который влияет на характеристики устройства (рис. 1). В дополнение к затвору FD-SOI может также поляризовать подстилающую подложку Чтобы управлять поведением транзисторов, аналогично объемному смещению, которое может обеспечить технология объемного кремния.
Тем не менее, объемный смещение технологии объемного кремния очень ограничен, поскольку паразитный ток утечки и геометрия транзистора уменьшают эффективность транзистора, а FD-SOI благодаря кристаллической структуре и эффективности ультратонкого изоляционного слоя будет лучше. , Погребенный оксид также может достичь более высокого смещения подложки для достижения динамического контроля кристалла ─ ─, когда подложка представляет собой поляризацию вперед, которая представляет собой смещение вперед матрицы (FBB), скорость переключения транзистора Может ускоряться и, таким образом, оптимизировать производительность компонентов и энергопотребление.
Согласно ST, FD-SOI легко реализуют FBB и динамически регулируют во время работы транзистора, предоставляя инженерам-разработчикам высокую степень гибкости, особенно в отношении энергосберегающих характеристик и скорости, где производительность не является критичной, Идеальное решение для сетевых или переносных / носимых приложений бытовой электроники.
В отчете за 2014 год Гендель Джонс (Hansel Jones), исполнительный директор международной бизнес-стратегии (IBS), исследовательской фирмы по маркетингу, написал: «Тот же самый 100-миллиметровый квадратный чип, использующий 28-нм FD-SOI-процесс, в 3 раза меньше, чем объемный CMOS-процесс %, Что может быть дополнительно уменьшено на 30% на узле 20 нм. Это связано с тем, что чем выше выход параметров, тем ниже стоимость пластины. Кроме того, сложность процесса FD-SOI сравнивается с процессом массового CMOS-процесса , Низкая 10% ~ 12%.
Джонс далее сказал: «Комбинация меньшей площади матрицы и более высокого параметрического выхода дает на 20% больше преимуществ по сравнению с 20-нм узлом для процесса FD-SOI и 20% для массового CMOS-процесса. На 28-нм узле FD- SOI обеспечивает на 15% лучшую производительность, чем 20-нм массовая CMOS ». Он также отметил:« Процесс FD-SOI предлагает более высокие уровни энергоэффективности для высоких / низких Vdd, чем массовые процессы CMOS, Энергетическая эффективность FD-SOI над разрядными ячейками также выше, чем объемный CMOS из-за меньших токов утечки и лучшей устойчивости к альфа-частицам.
Процесс FD-SOI: западный холод, горячий Восток
Однако, как утверждается, FD-SOI обладает многими преимуществами, описанными выше, и производственная мощность, стоимость проприетарных пластин и стабильность источника поставки, а также точная временная история массового производства и общая техническая поддержка целостности экосистемы по-прежнему относятся к отрасли Так много сторонников FD-SOI в Европе, включая ST, NXP (NXP) и других сторонников, Samsung, GlobalFoundries также активно продвигают свой собственный литейный бизнес FD-SOI, технология на рынке обсуждений тепла и видимости была низкой Особенно на Западе.
По состоянию на февраль 2017 года GlobalFoundries объявила о том, что вложит 10 миллиардов долларов в создание 12-дюймовой фабрики в западной зоне Чэнду (Рисунок 2). Первая фаза производства, которая начнет свою деятельность в 2018 году, станет более зрелой передачей со своего завода в Сингапуре Из процесса 180/130 нм и второго для технологической линии 22FDX FD-SOI с объекта в Дрездене в Германии ожидается начало работы в 2019 году, и это сообщение вызвало широко распространенные последствия в полупроводниковой промышленности, за исключением случаев, когда это снова Стремление материка развивать внутреннюю цепочку полупроводниковой промышленности также означает, что «основная линия битвы» процесса FD-SOI будет воспламенена на материке.
Материковый Китай проявил большой интерес к технологии FD-SOI уже в 2015 году, когда Уэйн Дай, исполнительный директор VeriSilicon, поставщика услуг дизайна IC в материковом Китае, дал интервью EE Times, когда сказал, что вместо постоянного инвестирования в процесс FinFET Чтобы следить за TSMC или Intel, он полагает, что материк должен инвестировать в FD-SOI и использовать эту технологию в качестве альтернативы маломощным процессам. Кроме того, Simgui в Шанхае начнет массовое производство первых 8-дюймовых SOI, используя технологию Smart Cut от Soitc, стратегического партнера компании.
Существует также инвестиционная платформа, созданная крупным фондом, а Национальная группа Silicon Industry Group (NSIG) объявила о своей 14,5% акций Soitec в 2016 году, чип-литейщик Shanghai Huali Microelectronics Corp.) показали планы инвестирования в производственные линии FD-SOI до того, как GlobalFoundries объявила о своем инвестиционном плане для завода в Чэнду, но нет конкретного графика, что указывает на то, что FD-SOI станет частью плана для полупроводниковой промышленности в материковом Китае Мог сделать это до сих пор на западном мировом рынке чуть менее искусными технологиями, блестящими на восточном рынке лихорадки.
По словам Алена Мутричи (Alain Mutricy), старшего вице-президента по управлению продуктами в Globalfoundries, в интервью EE Times в мае 2017 года инвестиции компании в создание фабрик в Чэнду - это только первый шаг, за которым следует создание экосистемы FD-SOI на материке, чтобы помочь материку Литейные проектные фирмы ICI и поставщики услуг по дизайну легче получить требуемые IP и инструменты.
Война технологий IoT вот-вот взорвется
В конце сентября 2017 года, на форуме Пятый Шанхай FD-SOI SOI Industry Alliance организовано, опубликованной программной речью генеральный директор Globalfoundries Санджай Джа в активно содействовать процессу FD-SOI снова, и принять единый 22 нанометр ── Наименьшее маска узел, все подходит, и стоимость других портативных устройств / питание чувствительного приложения, как ожидается, будет «долгая жизнь» ── узлом на рынке в качестве эталона, процессов компании и процесса Intel 22FFL 22FDX, процесс TSMC 22ULP Сравнение производительности (рисунок 3).
В интервью EE Times China после основного выступления Джа сказал: «С точки зрения стоимости, 22nm FinFET с плоской технологией будет иметь больше шагов процесса и более высокую сложность процесса управления. Для FDX стоимость базового субстрата может Будет выше. Трудно сравнить структуру их соответствующих затрат, но учитывая, что наши затраты на инвестиции в строительство в заводской фабрике в Китае и масштаб эффекта затрат с точки зрения производственных затрат по сравнению с технологией Intel могут иметь небольшие преимущества '.
На этом же форуме Джонс, исполнительный директор IBS, также предложил анализ затрат на каждый процесс FD-SOI (рисунок 4). Он отметил, что 28-нанометровый FD-SOI-процесс и 28-нанометровый высокочастотный процесс, Затраты на ворота для очень больших (HKMG) объемных CMOS вполне сопоставимы, а стоимость ворот для 22-нанометрового FD-SOI по-прежнему конкурентоспособна. В следующем поколении 12-нанометрового FD-SOI, которое требует меньше фотомаски, Конечная стоимость на 22,4% ниже, чем 16-нм FinFET-процесс, на 23,4% ниже, чем 10 нм FinFET и на 27% ниже, чем 7nm FinFET, в то время как низкое энергопотребление FD-SOI, безусловно, лучше, чем у FinFET.
Кроме того, Джонс также предложил сравнение затрат процесса проектирования аппаратного и программного обеспечения (рисунок 5) для каждого технологического узла. Стоимость разработки 12-нанометрового FD-SOI оценивается в пределах от 5000 до 55 миллионов долларов, в то время как стоимость проектирования на 16-нм FinFET составляет около 72 миллионов долларов. 10-нанометровый дизайн FinFET стоит около $ 131 млн, а потому, что результат проектирования требует в 10 раз больше стоимости дохода, 12-нм FD-SOI будет иметь больший размер рынка (TAM), чем 16-нм и 10-нм FinFET.
GlobalFoundries рассматривает мобильные устройства, Internet of Things (IoT), беспроводную связь (5G / LTE / Wi-Fi) и автомобильную (ADAS / автомобильная связь) как сочетание характеристик и преимуществ по стоимости, таких как низкое энергопотребление FD-SOI и простота интеграции с RF Джонс утверждает, что 90% существующих 28-нм техпроцессов пригодны для процессов FD-SOI, с оцененным размером TAM в размере 17,1 млрд. Долл. США в 2018 году (рис. 6) и даже до 2025 года 18,4 млрд. Долларов США. Сколько доходов, которые может получить каждый поставщик технологии FD-SOI, зависит от его возможностей. Битва за гарантии на рынке Интернета Things была сырой.
Материковые производители ИС стремятся к тайваньским производителям?
Согласно статистическим данным, предоставленным GlobalFoundries на 5-м Шанхайском Форуме FD-SOI, 22FDX-процесс компании собрал в общей сложности 135 клиентов, 20 из которых войдут в тест многопрофильной платформы (MPW) к концу 2017 года 15 из них будут официально введены в эксплуатацию к концу 2018 года. Среди клиентов, вступающих в стадию тестирования / проекта, 10 производителей из материкового Китая.
GlobalFoundries объявили в Чэнду после строительства нового инвестиционного завода в размере до 12 дюймов миллиардов долларов в феврале 2017 года, снова в том же году с Чэнду муниципального правительства совместно объявили, что они будут сотрудничать, чтобы построить шесть лет общий объем инвестиций, масштаб более чем 100 миллионов доллар «мирового класса FD-SOI экосистема» охватывает более R & D центр в Чэнду, а также научно-исследовательских проектов в сотрудничестве с университетами, стремится привлечь больше лучших производителей полупроводников в Чэнду, Чэнду и «следующего поколения Чип дизайн-центр передового опыта ».
Компании, которые присоединятся к экосистеме FD-SOI Чэнду, включают в себя поставщиков EDA Cadence, Synopsys, производителя дизайнерских услуг VeriSilicon и Invecas, а также дома для проектирования чипов MediaTek, RockChip, Shanghai Fudan Компания Microelectronics Group) и др. В интервью EE Times Дай Веймин из VeriSilicon заявил, что для получения финансирования НИОКР из инвестиций в экосистему FD-SOI в Чэнду «каждая компания должна развернуть свою исследовательскую и опытно-конструкторскую команду в Чэнду».
Дай Веймин отметил, что сторонники FD-SOI заложили основу для материка и продолжают продвигать местных производителей чипов и инженеров-проектировщиков ИС, государственных чиновников и частных инвестиционных фондов на таких мероприятиях, как Шанхайский форум FD-SOI. По его мнению, есть несколько ключевых моментов для расширения экосистемы FD-SOI: возможность использования FD-SOI для смешанного сигнала и радиочастотного дизайна, поддержка поставщиков дизайнерских услуг, таких как VeriSilicon, поток проектирования смещения подложки и Инструменты, дизайн-образование, семинары, университетские курсы, лаборатории и учебники, а также государственная поддержка.
Производители Continental IC FD-SOI технологии попробовать местную промышленность экосистему постепенно сформированную; глобальную точку зрения, GlobalFoundries сказал, что его FD-SOI процесс экосистемы FDXcelerator партнеры по состоянию на сентябрь 2017 года достигло 33 (7) охватывающие производителей вниз по течению полупроводниковой промышленности цепи. несмотря на занимающем очень небольшое число тайваньских компаний, среди них, в том числе тестирования и упаковка гиганты Advanced полупроводникового Engineering (ASE), встроенный поставщик IP-памяти Танг (EMEMORY) и IP-поставщик процессоров Andes технологии (Andes).
В интервью EE Times Линь Чжимин (Lin Zhiming), генеральный менеджер Crystal Heart Technologies, сказал в интервью, что в 2015 году компания сотрудничала с давним партнером Global Foundries, разработчиком сервисных услуг ICC Invecas, для импорта своего 32-битного ядра N7 в ссылку на процесс FD-SOI Design, а затем выиграл проверку процесса GlobalFoundries 22FDX.
Он отметил, что сердцевина разработки процессорного ядра изначально была основана на низком потреблении энергии, высокой эффективности, поскольку его серии N7, N8 и N9 были использованы в Интернете Things и портативном рынке бытовой электроники, в том числе в присутствии смарт-часов , Интеллектуальные голосовые помощники, игровые консоли и портативные караоке-микрофоны и т. Д. Целевой рынок находится в том же направлении, что и технология FD-SOI. Благодаря этому варианту процесса и кристальному IP, ожидается, что он будет лучше экономить энергию для проектов клиентов производительность.
поставщиков полупроводниковых IP Тайваня не пропустите FD-SOI экосистемы, но когда Тайвань IC дизайн компании будут следовать? В дополнение к уже готовится присоединиться к Чэнду FD-SOI экосистемы MediaTek, Тайвань местных производителей этой технологии отношение в прохладные и западные рынки, такие, как полупроводниковая испытательной лаборатории IST (IST) сказал, в соответствии с FD-SOI пытается понять IC дизайна компании Тайваня по-прежнему меньшинство, это, как ожидается, будет гораздо медленнее скорость процесса приема, чем на производителей материка ,
эпилог
Хуан Чжию (Huang Zhiyu), аналитик Исследовательского центра полупроводников Тайваньского научно-исследовательского института TrendForce, сказал, что в настоящее время статистика глобальных производственных мощностей FD-SOI получить нелегко и может лишь грубо оценить, что этот процесс занимает глобальное производство вафель в 2017 году Доля проданных рабочих составляла около 0,2%. Он также отметил, что материковый Китай активно создал отраслевую цепочку FD-SOI и представил фабрику по производству вафельных материалов Soitec и литейного завода GlobalFoundries, чтобы конкурировать с конкурентоспособностью конкурентоспособности на Тайваньских литейных заводах на 28 нанометров Может оказать влияние.
Тем не менее, Хуан отметил, что важно также наблюдать за сроками создания производственных мощностей FD-SOI в материковом Китае. Мы также должны рассмотреть возможность обесценения 28-нанометрового процесса и фактической мощности FD-SOI на рынке существующих литейных заводов: Производственная мощность FD-SOI малого масштаба, стоимость относительно высока и, если амортизация литейного производства в хорошем состоянии, сможет обеспечить более выгодную цену 28-нанометрового процесса, поэтому в ориентированной на затраты конкуренции на конечных продуктах FD-SOI Возможно, это не выгодно.
28-нм процесс можно сказать о том, что литейный завод Тайбэя Hutch Union UMC (UMC), «дойная корова» TSMC, включая TSMC в 2017 году, на 28-нанометровом рынке пластин достиг рекордного максимума в 180 000, узлового лагеря В третьем квартале 2017 года TSMC по-прежнему занимала самый высокий квартальный общий доход, достигнув 27%, что выше, чем передовой 16/20-нм узел. В третьем квартале UMC замедлила рыночный спрос на 28-нм HKMG.
Каким будет влияние угрожающего процесса FD-SOI на существующий 28-нанометровый литейный рынок? Будет ли перерабатывать материковая полупроводниковая промышленность из-за развития технологии FD-SOI? Предстоящие 22-нм новые технологии TSMC Процесс и может ли он получить рыночную власть? Для возможностей сетевого рынка UMC в 28-нанометровом процессе пожертвует тем, что новое состояние «оружия»? 2018 года на рынке полупроводникового рынка стоит одного за другим наблюдением!