作者；电子创新网张国斌
去年一直疯传Global Foundries格罗方德(现在正式改名格芯)12寸晶圆厂落户重庆的消息2月10日“靴子”最终落地-----投资93亿美元（加上各种基础设施和生态系统建设总投资超过100亿美元）的大陆最大300mm逻辑器件晶圆厂最终落户成都！这也是另一先进工艺FD-SOI（与FinFET工艺互补）的国内首个12寸晶圆厂，FD-SOI工艺终于登陆中国！2019年将量产FD-SOI工艺器件！格芯CEO Sanjay k Jha博士以及产业重要人士亲临晶圆厂奠基，这是一个历史性的值得记录的时刻！
我看到IBS公司的CEO Handle jones先生、王曦院士、芯原微电子CEO兼总裁戴伟民博士等一班推动FD-SOI工艺的大佬还有格芯FD-SOI工艺的大客户如瑞芯微CEO励民等都来了。
大量施工机械已经在现场就位，一年要把晶圆厂基础设施建好，成都市政府的压力也不小。
格芯成都厂分两期建设，一期将建设体硅工艺Bulk CMOS工艺12英寸晶圆生产线，采用的工艺为0.18um/0.13um，相关工艺技术从新加坡厂转来，部分设备来自新加坡，预计于2018年年底投产，月产能2万片。第二期主要采用格芯最新的22FDX 22nm FD-SOI 工艺，相关工艺将于2018年下半年从德国德累斯顿工厂Fab1进行技术转移，设备全新采购，预计2019年第四季度投产，月产能6.5万片，形成年产能100万片的生产能力。
这是FD-SOI工艺首次登陆中国，我也兴奋地抱着12寸22FDX工艺晶圆在现场拍了照，这晶圆上是价值百万的芯片哦
从格芯计划到中国建厂到今天落地，产业传闻很多，成都为何能抢亲成功？未来成都厂如何运营？投资资金怎么来？FD-SOI工艺到底好在哪里？老张今天给大家说一说。
1、成都为何可以抢亲成功？
2016年5月31日，有消息报道重庆市与格罗方德公司签署备忘录，约定双方将在重庆共同组建合资公司，生产300毫米芯片。市长黄奇帆，市委常委、常务副市长翁杰明，副市长沐华平，格罗方德公司全球运营资深副总裁约翰·多赫蒂、资深副总裁暨新加坡总经理洪启财等出席签约仪式。据报道合资工厂将利用重庆集成电路产业基础和格罗方德先进生产技术，采用现代化设备，生产300毫米芯片。该工厂计划于2017年投产。这是当时的签约现场。
但是，最终格罗方德的项目落户成都了，这是成都签约现场
单就从这签约阵势来看，成都的也更有前景。所以很多业者都关心为何成都可以抢亲成功？
Sanjay k Jha博士在接受采访时他表示为什么格芯12寸长最终落户成都，一个原因是重庆长当时的规划仅是普通工艺没有规划未来的FD-SOI工艺而成都厂有很长远的规划，而且重心是在FD-SOI工艺。“目前从客户需求来看，FD-SOI工艺前景很好，我们德累斯顿工厂已经市场了22FDX工艺，未来成都厂2019年量产可以形成两条线的势态，对于客户来说，如果它总量的25%的订单在一个地区晶圆厂就会担心有风险，成都厂可以化解这样的风险。”
Sanjay k Jha博士表示格芯采取的两种工艺策略，一种是高性能的FinFET工艺，一种就是FD-SOI工艺，FinFET工艺适合高性能应用占主导的应用，而FD-SOI工艺适合低功耗应用占主导的应用例如物联网、手机处理器、汽车应用、射频等等。
选择成都的第二个原因是成都有成熟的基础设施、熟练的劳动工人，集聚了信息产业领域众多领先技术公司。“我们也会和成都政府以及产业打造好FD-SOI生态系统。这方面的投入也是很大的。”
成都12寸厂是格芯和成都市成立的合资公司，据 Sanjay k Jha博士介绍绝对控股，双方按照股份比例投资，一期和二期的投资规模是大约1：9，一期会有新加坡团队主导运营之后培训本地人才。
对于业界认识质疑的GF一直亏损难以投资问题， Sanjay k Jha博士表示晶圆制造产业是个高投入行业，虽然和格芯和第一代工巨头的差距还比较大，但是格芯营收每年增长30%以上，格芯希望通过扩产投资抓住发展的大机遇。
关于为什么一期采用0.13、0.18nm而不是更高级40nm工艺，他解释说从客户需求来看，0.13、0.18是目前最成熟的工艺技术，后续客户会升级工艺技术，在高级工艺选择上，40nm的工作电压是1.1V ，而22FDX可以实现0.4V低电压，因此优势更明显。“我们通过需求分析出在2020年左右，全球FD-SOI工艺需求是每年大约120万片，因此成都厂的投资真是正当其时。”他强调。
2、格芯大战略
很多市场机构预测2017年全球半导体市场将温和增长，对此，Sanjay k Jha博士预计全球半导体和代工市场将在2016-2020年出现强劲成长---
年复合成长率分别是4.4%(半导体)7.1%(代工)，而中国代工厂年复合成长率高达20% ，到2021年大中华区市场总量(TAM)将达200亿美元！
我们已经看到，自去年开始，中国进一步新一轮的晶圆制造高高潮，据不完全统计，中国目前有11座12英寸晶圆厂投产，包括SK海力士的2座、华力微的1座、联芯集成的1座、三星电子的1座、武汉新芯的1座、英特尔的1座、中芯国际的4座。
另外，新建的12英寸晶圆厂还有武汉新芯投资240亿美元的存储器基地项目、台积电南京的12英寸厂、福建晋华12英寸存储器集成电路生产线项目、中芯国际北方新建的B3厂、上海投资675亿元的12英寸晶圆产线、深圳的12英寸晶圆产线、上海华力微电子投资387亿元的上海新12英寸晶圆厂等。
Sanjay k Jha博士也披露了格芯的全球扩产技术，具体是:
在美国,格罗方徳计划把在纽约 Fab8 晶圆厂的 14 纳米 FinFET 工艺产能提升 20%,并将于2018 年初启用一条全新的晶圆生产线。纽约工厂将继续是格罗方徳在 7 纳米工艺和极紫外(EUV)光刻等先进技术开发的核心,并计划在 2018 年第二季开始 7 纳米工艺生产。
在德国,格罗方德计划在德累斯顿 Fab 1 晶圆厂增加 22FDX® (22 纳米 FD-SOI) 工艺的生产,以满足日新月异的物联网,智能手机处理器,汽车电子和其他电池供电的无线连接应用的发展需求。预计至 2020 年,工厂整体产能将提升 40%。德累斯顿工厂始终是 FDX 技术研发的业界核心。目前,德累斯顿的工程师正在开展新一代 12FDX的技术研发,预计将于 2018 年终年建成投产。关于格芯的12FDX大家可以看这个《【重大发布】芯片高级工艺有了新选择--格罗方德推出12nm FD-SOI工艺平台》
在新加坡,格罗方徳计划将 12 英寸晶圆厂的 40 纳米 工艺产能提升 35%,在 8 英寸生产线的现有基础上进一步扩大 180 纳米工艺的产能。与此同时,格罗方德将会为业内领先的 RF-SOI 技术投入全新产能。
而成都厂正是格罗方德在中国的扩产技术，计划于 2019 年第四季度投产格罗方德 22FDX的先进工艺产品。
格芯的战略很明确就是走高性能和低功耗两手抓的策略。
针对高性能发展14nm/7nm FinFET工艺，针对低功耗发展22FDX,12FDX工艺
他说目前看来移动计算、物联网、5G、数据中心、汽车、机器人、ARVR和无人机等能激发出近2万亿美元的大市场，这个市场对高性能和低功耗芯片需求都很大，所以格芯采取的两条工艺路线发展的策略。
很多人一定想，FD-SOI工艺到底有哪些优势呢？下面为您揭晓FD-SOI工艺优势。
3､FD-SOI工艺深度揭秘
我本人连续参加过几届FD-SOI论坛有幸见证了这个技术丛概念到实际的全过程，目前，ST、三星和格芯都可以提供FD-SOI代工，去年发布的小米智能手表中的GPS就采用了这个工艺，获得了出众的低功耗特性，NXP、瑞芯微的处理器都采用了这个工艺，很欣慰这个技术终于在中国落地，这会给本土低功耗应用芯片带来新的工艺选择。
FD-SOI（全耗尽型绝缘层上硅）工艺也是FinFET工艺技术发明人胡正明教授发明的工艺技术，FD晶圆由氧化埋层（BOX）和BOX之上的极薄硅层组成，从而为在此层建成的晶体管提供独特性能，FD-SOI以极薄的顶层确保了晶体管的各种关键属性。与传统Bulk CMOS相比，在保持相同性能的前提下，FD晶圆可节省高达40%的功耗。同样，依据不同的设计优化，以全耗尽晶圆为基础的处理器峰值性能最高可增长60%。
这是FD-SOI工艺和体硅工艺的区别
实际上，FD-SOI工艺和FinFET工艺的关系不是对立的竞争而是互补关系，在不是一直都需要峰值高性能而需要长期低功耗的领域，FD-SOI是很好的选择，如果芯片长期或者大多时候是峰值高性能而且芯片量大到足以应付高昂的NRE费用时则可以考虑FinFET工艺。˙
从未来发展看，FinFET也会走向SOI ，而FD-SOI也会走向有Fin的立体结构，这从三星代工厂目前的服务就可以看出，这两种工艺是互补的---三星提供两种工艺代工服务，现在格芯也提供两种工艺服务。
如果用汽车发动机来比喻的话，FinFET像是通过某种方法拓展了排量的自然吸气发动机而SOI有点涡轮增压。不同的实现方法试图达到同一件事：使栅极对沟道拥有更好的控制。
ST认为FinFET和FD-SOI都是耗尽型晶体管技术，只是旋转方向不同而已。（如上图所示）
与FinFET工艺相比，FD-SOI有两个最独特的技术，一个是体偏压技术(body-bias)，一个是流片后调试（Post-Silicon）技术，这里解释一下。
体偏压技术就是通过把硅做得极薄，让它可以全部耗尽，所以不会再漏电流。如果再将氧化硅层做的非常薄，同时放入偏置装置(bias)，就可以调节控制这个晶体管。如果放入的是正偏压，可以实现性能快速增强;如果放入的是负偏压，我们实际上可以关掉该装置。让它实现很低的漏电流，大概是1pA/micron的水平。关于这部分内容大家可以看看《格罗方德专家深度揭秘FD-SOI工艺四大优势》 一文。
以实际设计来看，与28HKMG技术对比，22nm FD-SOI在不用体偏压技术的情况下，能实现性能提高40%而功耗不提高。在用了体偏压技术之后，你还可以将性能再提高30%。降低50%！所以从28nm技术到22FDX，相当于经历了2代技术，性能参数提升很大。
在体偏压可调节的情况下，可以让一个产品适应很多不同的程序，例如对于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 频率，工艺电压0.4V的情况下，功耗能降低92%。
而在去年的FD-SOI论坛上，恩智浦专家说说这个体偏压可以让FD-SOI有更宽的工作范围在低压下有更好的功率性能表现，并有实际例证。
关于流片后调试（Post-Silicon） Tuning/Trimming，他指出这是非常重要的技术，在设计阶段，如果产品需要高性能或者是低功耗，则可以通过改变体偏压实现。如果你真的需要超低耗电或者超低漏电，也可以在流片后调整。而且也可以调整RF功能，据说经过流片后调试之后，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。
格芯专家也强调FD-SOI可以在0.4V工作的优势，说这是几乎所有技术最小的工作电压点，有趣的是，如果电压低于0.4V以后，漏电流反而会增加了所以0.4V是个很不错的工作电压点。
在去年的上海FD-SOI论坛上，NXP专家还给出一个FD-SOI的优势，就是软错误率SER(Soft Error Rate)大大改善，去年思科路由器发生的bug思科说就是因为空间辐射所致，实际上，空间辐射在组合逻辑电路中引起的软错误作为一种微电子设备的失效源，随着工艺尺寸缩小变得日益严重，所以精确、快速衡量组合逻辑电路的软错误率SER(Soft Error Rate)成为研究热点，减少软错误率是提升SoC可靠性的关键。这虽然是小概率事件但是也是安全隐患。
NXP说SOI工艺可以把SER改善5到10倍！ST也有类似的数据说明FD-SOI工艺在芯片可靠性方面的优势明显。
“FD-SOI工艺还有个优势就是易于RF集成，可以集成采用RF-SOI工艺的射频器件如收发器等，这在物联网应用中有很大优势，可为很多物联网应用需要集成连接功能如WiFi\蓝牙等等。”格罗方德产品管理事业群高级副总裁Alain Mutrcy在去年的媒体发布会上还强调，“此外，FD-SOI工艺有易于集成非易失性存储单元，这让它在汽车电子等领域有独特优势。12FDX工艺的推出让很多用户有了新的选择，他们可以从28或者40/55nm平面晶体管工艺直接跳转到高级工艺上。”
在FD-SOI生态系统建设上，目前，ARM、Imagination、意法半导体、NXP、VeriSilicon、IBS、Semeria、Soitec等都表达了对FD-SOI工艺的支持。
格罗方德已经联合合作伙伴构建了包括工具厂商、IP厂商和设计服务厂商启动了一个名为FDXcelerator生态合作伙伴计划，它会提供易于获取的即插即用方案，最大限度降低客户成本，降低从Bulk节点迁移的成本。
例如，Invecas提供IP ，中国芯原提供设计服务，德国的Dream CHIP提供系统IP，OSAT提供产品封装和测试等。通过格罗方德半导体和FDXcelerator合作伙伴解决方案，客户将能打造各类创新的22FDX 片上系统解决方案，并从40nm、28nm等bulk工艺节点方便地迁移至FD-SOI。FDXcelerator初始合作伙伴现为该计划提供一系列重要产品支持。
率先参加FDXcelerator合作伙伴计划的厂商包括：Synopsys （EDA）、Cadence（EDA）、NVECAS（IP与设计解决方案）、Verisilicon（ASIC）、CEA Leti（服务）和Encore Semiconductor（服务）等。
格芯中国区总经理白农表示目前格芯德累斯顿长试产22FDX良率达到90%！ 不过目前FD-SOI晶圆价格仍然高过FinFET晶圆很多，对此，他表示格芯就是要依托成都厂打造一个FD-SOI生态系统，力争将FD-SOI晶圆等配套成本降低，提升FD-SOI芯片竞争力。
其实，我个人认为格芯成都厂投资建设的最大亮点应该是FD-SOI工艺落地中国，这个工艺技术可以为很多本土物联网、嵌入式开发业者带来福音。
致力于推动FD-SOI工艺技术发展的芯原股份有限公司创始人、董事长兼总裁戴伟民博士在采访时表示格罗方德22纳米FD-SOI工艺12英寸晶圆厂落户成都，是继大基金投资的上海硅产业集团投资全球最大SOI晶圆衬底供应商Soitec后，又一个打造中国FD-SOI生态，乃至改变全球FD-SOI产业格局的里程碑。这将推动上海新傲科技生产12英寸晶圆衬底的进程，并加快全球FD-SOI IP和IC设计产业链布局。
他指出FD-SOI是中国晶圆厂“弯道超车”和中国IC设计公司“换道超车”的历史机遇，也是发展物联网、嵌入式人工智能和汽车电子的先进而又合适的半导体工艺技术。
SOI领域专家中科院上海微系统所研究员董业民博士也表示FD-SOI工艺是一个不错的选择，特别是面向物联网和5G应用，具有鲜明的差异化竞争优势。尽管与FinFET相比，FDSOI市场规模较小，目前还不尽如人意，但这不是技术本身问题，而是因为特殊历史原因造成的，FDSOI需要进一步完善生态系统和进行有效的商业运作。在半导体工艺上，当初RFSOI也花了很长时间才实现量产，目前TowerJazz和GF（原IBM半导体事业部）等代工厂都月产数万片，产能供不应求。所以大家要有一定的信心和耐心，FDSOI也必将在物联网等领域取得长足发展。
加油！中国半导体人！
