芯耀
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在恩智浦公司大獲成功并得到廣泛部署應用的 i.MX 平臺中，最新一代的具功率效率和全功能的應用處理器正在采用 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，主要面向汽車應用，特別是駕駛員信息系統(tǒng)，以及高性能通用嵌入式應用和高級圖形應用。
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)導者，并在通用嵌入式應用中得到廣泛應用。但是，i.MX 7 和 i.MX 8 產(chǎn)品線針對的市場領(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。
我們?yōu)槭裁崔D(zhuǎn)向 FD-SOI 工藝？
芯片制造的重點永遠是成本。從 28nm HKMG 工藝轉(zhuǎn)換到 14nm FinFET 工藝，將會增加 50%的成本，這個代價值得嗎？雖然 FinFET 能實現(xiàn)令人印象深刻的性能數(shù)據(jù)，但是，對面向物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式和汽車應用的應用處理器來講，我們除了關(guān)注性能數(shù)據(jù)之外，還需要考慮以下事項：
什么時候需要高性能，它的使用方式是什么？
什么時候最需要考慮節(jié)能效果？
RF 和模擬特性是怎么被集成的？
芯片會在什么樣的環(huán)境條件下運行？
總體制造風險有多大？
事實上，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。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，恩智浦在高電壓應用中一直是部署 SOI 技術(shù)的先行者，也擁有幾十個基于 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。對我們來講，F(xiàn)D-SOI 只是我們已經(jīng)應用許久的 SOI 技術(shù)的最新技術(shù)，這次的設(shè)計流程和基板 CMOS 工藝幾乎完全相同，但是卻可以采用超薄的 SOI 晶圓，同時還有一些諸如負偏壓的額外好處。
當我們總結(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 非常適合我們這款新處理器。
FD-SOI：為功耗、性能而設(shè)計，且不止于此
對于我們的設(shè)計師而言，下面就是為什么 FD-SOI 是針對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）的動態(tài)反向偏壓技術(shù)（正向負偏壓可以提高性能，反向負偏壓可以降低漏電），你可以實現(xiàn)相當大的工作范圍。
通過大幅度降低漏電，反向負偏壓（RBB）可以讓您在非常低的電壓和寬溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的功耗 - 性能特性。這一點對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品特別重要，因為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的應用場景是，在短時間的高性能應用活動之后便長時間處于非常低功耗的靜態(tài)模式下。我們可以通過正向負偏壓（FBB）技術(shù)滿足這些高性能要求，同時因為我們可以動態(tài)地實施負偏壓技術(shù)，所以我們可以在線實時地指定物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品規(guī)格以滿足變化的工作負載需求。
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)字組件那樣實現(xiàn)工藝尺寸的等規(guī)?？s減。此外，模擬和射頻組件對電壓變化非常敏感。同時，一個非常重要的要求是，在數(shù)字組件部分進行大負荷且突然的信號開關(guān)操作時，芯片的模擬和射頻組件部分不會受到數(shù)字部分的影響。我們的模擬 / 射頻設(shè)計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。
軟錯誤率（SER）是另外一項非常重要的考量因素，特別是 SoC 存儲器陣列的大小和密度在不斷增加時。隨著工藝節(jié)點的推進，基板工藝得到的軟錯誤率更加惡劣，而 FD-SOI 則可以在每次幾何尺寸縮減時提供甚至比之前工藝尺寸更好的 SRR 可靠性。實際上，與基板工藝相比，28nm FD-SOI 的抗軟錯誤性能能夠提高 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準工藝，將之根據(jù)我們的目標應用進行調(diào)整適配，并重點關(guān)注性能和功能的差異化技術(shù)。我們通常會復用自家 80%的技術(shù)平臺，并擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)（IP）。這一次，通過考察移植現(xiàn)有平臺技術(shù)的難易性、IP，并分析硅片尺寸和成本，顯然，F(xiàn)D-SOI 這個選擇很正確。
在制造方面，F(xiàn)D-SOI 這個方案的風險也更低。集成變得更簡單，而且周轉(zhuǎn)時間（TAT）快得多。28nm FD-SOI 是一種平面工藝，所以復雜度更低，并能利用我們自有的已經(jīng)得到應用的 28nm 平臺。在整個設(shè)計周期內(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，并且很快就達到了極好的良率水平，對我們快速擴張我們的 i.MX 處理器的應用來說，這當然是至關(guān)重要的。
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