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Globalfoundries性能跑分告诉你:采用FD SoI的重要性

2015-09-22 00:00:00 赵娟 阅读:
FD SoI一直宣称能提供FinFET工艺级别的性能及功耗,但制造成本却降低一个级别。在目前已有的三家代工厂中,与另外两家(ST和三星)不同的是,Globalfoundries公司缺少兄弟IC设计公司——只能接外部定单,且该公司是跳过28nm,首个推出22nm FD-SOI工艺的代工厂。那么,您是否知道22FDX到底有哪些好?
FD SoI一直宣称能提供FinFET工艺级别的性能及功耗,但制造成本却降低一个级别——22FDX工艺核心面积比28nm工艺减少20%,光罩减少10%;比FinFET少50%的沉浸层——因此可以显著地降低制造成本和掩膜成本。此外,绝缘衬底使得集成射频变得更简单。 FD SoI现在主要瞄准IoT物联网、主流移动芯片、RF射频及网络应用等。目前已有三家代工厂可以提供FD-SoI工艺,与另外两家(ST和三星)不同的是,Globalfoundries公司缺少兄弟IC设计公司——只能接外部定单,且该公司是跳过28nm,首个推出22nm FD-SOI工艺的代工厂。 在上周上海FD SoI论坛同期举行的媒体见面会上,来自Globalfoundries公司全球设计方案部门副总裁Subramani Kengeri和RF产品与业务部门总监Peter Rabbeni和EDN记者分享了关于22FDX的细节以及公司的RF SoI工艺,本文会详细介绍下其工艺能力细节。

图:Globalfoundries RF部门业务开发与产品营销总监Peter Rabbeni(左);Globalfoundries全球设计解决方案部门副总裁Subramani Kengeri(右)
图:Globalfoundries RF部门业务开发与产品营销总监Peter Rabbeni(左);Globalfoundries全球设计解决方案部门副总裁Subramani Kengeri(右)
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22FDX中的X指的是平台的扩展性,Globalfoundries已经扩展出了四个不一样的平台,以此来满足不同的需求。

图1 系统的总体框图
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“第一个是ulp,如果您希望0.4伏的工艺电压,ulp是可以做的到;ull可以面向低漏电产品,将漏电电量降至1pA/um,这个是目前行业能够做到的最好的;uhp可以为您提供超越FinFET的表现;rfa是一个延展平台,面向所有的射频模拟产品。”Kengeri指出。所以22FDX这单一的技术平台,其实可以拓展,满足很多不同应用的需求。 算下0.4V运行电压,功耗会差多少? Globalfoundries的22FDX工艺可以提供业界最低的0.4V运行电压,因此功耗非常低。 工作电压低至0.4V——这是世界上唯一一个可以把电压做到这么低的工艺,包括所有已知的正在开发中的工艺。 台积电的28nm HP工艺运行电压是0.85-0.9V,而集成电路的动态功耗跟电压的平方成正比——这么一解释,知道功耗差多少了吧!

图1 系统的总体框图8Saednc

“再举一个例子,从总功耗和频段的图上看,1.2GHz对于高端手机非常重要,800MHz主要针对的是中端机,也有低端的手机520MHz。对于1.2GHz频段,22FDX能相比28HKMG提高至少50%的性能,和降低18%的能耗。在800MHz频段,22FDX可以实现降低47%功耗。而对于520MHz 层面,工艺电压0.4V的情况下,功耗能降低92%。”Kengeri指出,目前的技术来讲,只有22FDX可以做到。 现在市场上80%使用的是28HKMG,但Kengeri相信他们会逐渐转换和使用22FDX。 简而言之:设计者可以在这两个之间做选择,要么是FinFET那样的高性能,要么就是使用0.4V工艺电压带来的能耗降低。而这一切的成本始终是和28SLP-HKMG相当。

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《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 {pagination} 软件控制晶体管体偏压:更好的平衡功率与性能 体偏压(Body biasing)不是一个新概念,但在FD-SOI上,工程师在软件控制下可以更好地进行功率和性能的平衡。 “软件控制可以直达晶体管层级,在功耗和性能表现之间获得完美的平衡。” Kengeri表示。

图1 系统的总体框图8Saednc

他举了个智能手表的例子:这个手表可能长期处在待机的状态,但是如果你使用GPS,它就可能会被唤醒,去完成一系列高性能的表现,之后它再次进入到待机状态。那么这个就要求唤醒时更侧重高性能,待机时更侧重省电,而这个切换得自动完成。 “我们用外部软件控制体偏压,如果软件够智能,能够让你对SoC内部部件如晶体管进行控制,调节所需的性能或能耗的平衡,而这个平衡是现在其他的技术暂时还做不到的。”Kengeri补充道。 “FD SoI比28HKMG的功耗低大约70%;性能比28HKMG大约高70%(击穿正向体偏压为1.5V,实际上可以到1.8V),当然不是在最低的功耗下做到这一点的。”Kengeri表示。 流片后调试:受益的不仅是功耗,还有良率 关于Post-Silicon Tuning/Trimming,这个是非常重要的,当你的产品需要有高性能、或者是需要低耗电不那么高性能的时候,可以通过改变体偏压实现,但在另一项应用里,你真的需要超低耗电或者超低漏电时,也可以在流片后调整。 “此外,如果不能够进行流片后调试,报废率是很高的。经过流片后调试,即使这个晶片有稍微一点点的差别,调试之后就可以减少报废率,这是很大的成本优势。” Kengeri指出。 “我们是第一个成功实现了流片后的调试的厂商,这个是其他任何工厂到目前为止都还没有做到的。”Kengeri补充道。

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《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 {pagination} 选择RF-SOI:四大趋势与三大原因 面临现有及今后的设备所需要使用、传输的数据量,网络上已经做出了巨大的改变: 第一个改变就是LTE频带的扩展,在扩展当中有很多不同的协议以及协议改进出台及应用,扩频是为能够承载未来那么大的数据流量; 第二是载波聚合(CA),多种不同的载波来更好传输流量; 第三个是用于宽频的MIMO技术,这个技术指的是很多不同的信号在传递中保证信号的完整性; 第四个是OFDMA这个波型,这个波型指的有关受到带宽的限制,和光伏也是有一定的限制,也是极其复杂的。因此需要产生不同的波型。 那么为什么要选择RFSOI?有以下一系列特性上的原因: 首先,它能够在CMOS之上实现器件堆叠(stack devices),克服的Johnson 极限(Johnson Limits),提高效率。——RFSOI可以达到高效与高功率并行。 第二个选择RFSOI的原因,就是因为现在的智能手机里面,普遍运用LTE,因此RF的性能就必须提高,RF的衬底优势降低了寄生效能,提高了它的绝缘性。 第三个选择RFSOI的优势,就是因为我们所谈到的技术都是基于硅芯片的基础,在同一张硅芯片上可以实现这些逻辑与控制集成。但是这原来是基于GaAS技术解决,并不能实现集合逻辑控制,需要另一个单独芯片以控制GaAS芯片。但是如果是用RFSOI的话,可以在同一张芯片上集成的。 说到为什么现在这个时候选择RFSOI的原因有:第一,因为技术不断改进,已经被广泛的使用,另外已经有很多设计师在使用这个技术设计方面,取得了很多经验。第二,衬底的改进,在200mm到300mm生产范围内,已经有多种衬底,生产技术现在也已经很成熟了。因为生产技术已经相当成熟,因此可以降低成本,生产这个成本是低于GaAS的成本。第三,数字部分现在已经可以被集成,因此就为设计新的芯片框架拓展了思路。 “现在市场主流的技术还是在200mm,这个主要是因为它衬底方面的要求。RF前端模组生态链对于300mm晶圆还不是成熟,还在做准备中。”Rabbeni指出。

图1 系统的总体框图8Saednc

RFSOI可以提高天线和模式转换器性能。 现在有不少的工厂都在想办法用RFSOI技术实现功率放大器PA,尤其是低噪音的PA上。“GaAS在PA上面的话,目前还是处于垄断状态,RFSOI在追赶,也有一些方案在进行,比如包括Pericom有一个很好的方案,宽频性能很好,适合低频和中低频的应用。在一段时间之内,我们预计GaAS还可以垄断一段时间。但是随着不断的技术革新,我相信很多地方可以改进,将来PA市场上会有RFSOI的一席之地。”Rabbeni指出。 滤波器目前使用RF SOI还是有一定挑战的,但是我相信,随着技术的不断发展,这个领域也可以进入,Rabbeni指出。 “另外,尽管RF MEMS性能很高,但它的生产成本还是比较高,现在短期之内,没有办法得到复制,希望今后制程上的创新,能降低其成本。另外LTE今后将会越来越复杂,可能RF MEMS在LTE一些高端、高性能的应用程序当中能得到应用,可以吸收一部分相关的成本,使它可以相对成本降低一些,这个我们拭目以待。” Rabbeni坦诚道。

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