以互聯(lián)網(wǎng)為特征的信息技術(shù)革命依賴傳統(tǒng)CMOS半導體芯片技術(shù)，適應有線電源和大功率終端機的市場形態(tài)，大大促進了人類20世紀中期以來的信息社會發(fā)展。隨著新興技術(shù)的崛起，如AI、IOT，這些新興技術(shù)需要一種低耗能、體積小、高效率能滿足電池供電的芯片技術(shù)，顯然，成熟的傳統(tǒng)CMOS半導體技術(shù)高耗能、體積大、成本高將成為新興技術(shù)進一步規(guī)模化發(fā)展的桎梏。

其中AI推理及機器學習，由于未能解決功耗、延遲/穩(wěn)定性和成本等問題，正處于向邊緣化的方向發(fā)展。同樣IOT基于電池供電設備的應用也存在芯片能耗瓶頸。

圖1、芯片技術(shù)瓶頸正推AI向邊緣化方向發(fā)展

從而需要一種全新的芯片技術(shù)來支持AIOT的發(fā)展， FD-SOI能利用襯底偏壓(body bias)提供廣泛的性能以及功耗選項，兼具低功耗、近二維平面、高性能、低成本的特點，特別適用于電池供電的消費性電子，有望成為替代CMOS大規(guī)模應用于新興技術(shù)AIOT，助力新興技術(shù)力量崛起。

圖2、FDSOI襯底偏壓對能效的影響

其中，以“萬物互聯(lián)”為理念的IOT和人工智能AI對網(wǎng)絡傳輸性能的要求較高，基于4G技術(shù)發(fā)展而來的5G技術(shù)同樣依賴芯片技術(shù)的進步，F(xiàn)DSOI同樣可助力5G技術(shù)的發(fā)展，進一步促進AIOT的規(guī)模化應用。其中，AI更能作為連接設備的催化劑，有望進一步推動IOT的大發(fā)展。

圖3、未來FDSOI在5G中應用廣闊

從當下面向IOT芯片的應用來講，恩智浦(NXP Semiconductors)、意法半導體(STMicroelectronics)，三星（SAMSUNG）,格羅方德（Globalfoundries），SOITEC等均在FDSOI領(lǐng)域積極探索。

2017年初，歐洲半導體廠商恩智浦(NXP Semiconductors)、意法半導體(STMicroelectronics)研發(fā)FDSOI技術(shù)，其中NXP更是宣稱其最低功耗的通用型應用處理器i.MX 7ULP全面采用FDSOI技術(shù)。

圖4、NXP最低功耗的通用型應用處理器i.MX 7ULP全面采用FDSOI技術(shù)

LATTICE基于FDSOI技術(shù)的持續(xù)在先FPGA低功耗及其學習推理（從1mW到1W），構(gòu)建緊湊且高性能的AI器件硅片，且不違反占位面積或熱管理限制，而且有效降低了成本。

圖5、LATTICE下一代FPGA低功耗機器學習推理

而主要FDSOI代工廠商中，Globalfoundries是研發(fā)FDSOI技術(shù)最領(lǐng)先的廠商，推出的12nm FD-SOI工藝技術(shù)12FDX是目前市面上最先進的FD-SOI制造工藝，隨著上下游加入的廠商越來越多，有望逐漸形成完整FDSOI生態(tài)，填補FinFET所未能滿足的市場技術(shù)需求。

圖6、Globalfoundries的22FDX構(gòu)建FDSOI生態(tài)

地域技術(shù)興起趨勢及其市場需求決定技術(shù)力量集聚，F(xiàn)DSOI技術(shù)起源于歐洲，但隨著新興技術(shù)西風東漸，F(xiàn)DSOI技術(shù)也漸興于東方。Globalfoundries在亞洲市場的FD-SOI技術(shù)伙伴包括臺灣處理器IP供貨商晶心科技(Andes)，以及中國的瑞芯微(RockChip)、上海復旦微電子集團(Shanghai Fudan Microelectronics Group)，以及湖南國科微電子(Hunan Goke Microelectronics)。其中，2017年10月，晶心與Globalfoundries最近宣布，晶心的32位CPU核心AndesCore?已經(jīng)采用后者的22納米FD-SOI技術(shù)(22FDX)，F(xiàn)D-SOI的基體偏壓(body bias)提供廣泛的性能以及功耗選項，特別適用于電池供電的消費性電子。Globalfoundries指出：“22FDX對物聯(lián)網(wǎng)、主流行動通訊、RF鏈接與網(wǎng)絡等應用，是優(yōu)化性能、功耗與成本的結(jié)合”，晶心科技同樣指出：“FDSOI將有助于超低功耗應用，如物聯(lián)網(wǎng)、手機、低功耗5G，以及電池供電的消費性電子裝置”，作為股東方的聯(lián)發(fā)科(Mediatek)的IOT芯片月同樣采用了晶心科技的IP。

圖7、晶心科技使用Globalfoundries的FDSOI技術(shù)的32位芯片AndesCore?芯片

上海復旦微電子將在2018年采用Globalfoundries 的22納米FD-SOI技術(shù)(22FDX)設計開發(fā)服務器、AI與智能物聯(lián)網(wǎng)裝置產(chǎn)品。瑞芯微將采用該制程設計超低功耗Wi-Fi智能SoC以及高性能AI處理器，國科微則計劃在新一代物聯(lián)網(wǎng)芯片上采用22FDX。

Globalfoundries與三星(Samsung)都在試圖把數(shù)據(jù)處理、鏈接性與內(nèi)存等功能，整合于FD-SOI單芯片上；Globalfoundries表示其22奈米FD-SOI平臺已經(jīng)可以支持eMRAM技術(shù)，為廣泛消費性與工業(yè)應用提供嵌入式內(nèi)存提供嵌入式內(nèi)存方案。

應用的拓展離不開FDSOI晶圓技術(shù)研發(fā)的豐碩成果，SOITEC進展最快。

2018年，作為FDSOI晶圓供應主力軍的SOITECT以其定義的核心業(yè)務“加速為電子行業(yè)提供優(yōu)化襯底”所新研發(fā)的FDSOI襯底優(yōu)化的晶圓剝離技術(shù)Smart-CutTM技術(shù)和SOI晶圓的革命性晶圓鍵合最為知名，將晶體材料中的超薄單晶硅層從供體襯底轉(zhuǎn)移到其他襯底上的技術(shù)，為當今大部分SOI晶圓所采用，更將FD-SOI“利用基體偏壓(body bias)提供廣泛的性能以及功耗選項”推向新臺階。

圖8、SOITEC研發(fā)的FDSOI襯底優(yōu)化的Smart-CutTM技術(shù)

圖9、Smart-CutTM技術(shù)形成的“與絕緣層整合”

優(yōu)化后的FDSOI襯底，功耗范圍大大擴展，產(chǎn)品線擴展到：RF-SOI、power-SOI、FDSOI、POI、光學SOI、成像SOI，性能提升的同時，應用產(chǎn)品線大大豐富，充分展示了FD-SOI廣闊應用前景，特別是基于這些產(chǎn)品線下可能的混合型芯片技術(shù)，性能比較高，將有助于AIOT在自動駕駛領(lǐng)域的廣泛應用。

圖10、Smart-CutTM技術(shù)應用領(lǐng)域

值得一提的是，隨著國內(nèi)AIOT技術(shù)的快速發(fā)展，面向AIOT應用的FDSOI產(chǎn)業(yè)生態(tài)也逐漸形成。

圖11、國內(nèi)FDSOI生態(tài)系統(tǒng)

當然，業(yè)界當下仍然對FD-SOI晶圓硅片的成本和供應有所顧慮。Planar技術(shù)，導致FD-SOI的晶圓襯底比硅晶片昂貴一些。但如果從制成品的成本和性能來看，28nm FDSOI比28nm bulk CMOS晶圓(28nm或22nm)可提供多30-50%的性能，22nm FD-SOI又比14nm FinFET成品晶圓成本降低20-30%，但由于具備射頻、體偏壓和集成優(yōu)勢，又能夠提供幾乎相同的性能。從與FinFET技術(shù)對比而言，F(xiàn)DSOI當下更關(guān)注那些低功耗、性能靈活(能夠從休眠模式到高速計算靈活切換)、集成模擬/RF/混合信號的應用。最好的例子是三星能夠為無晶圓廠同時提供這兩種類型的解決方案：用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、低功耗計算和5G應用的FD-SOI，以及用于極高性能但高成本的FinFET。

當然，對FinFET技術(shù)而言，它追求的是絕對高性能，但設計難度和制造成本卻在不斷攀升中，限制了AIOT的規(guī)模化應用，快速發(fā)展的FDSOI技術(shù)有望成為最優(yōu)解。