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心智观察所:等死与找死?FD-SOI何以成为中国半导体的一条活路
在半导体产业的版图中,FinFET与FD-SOI从来不是简单的优劣之争,而是不同应用场景下的适配之选。
FinFET的优势在于极致的性能和集成密度,是手机处理器、高性能计算芯片等领域的不二之选。但它也有明显的短板:工艺复杂度高、制造成本昂贵、对先进设备依赖度极高。从14纳米往下,每前进一个节点,投资额都以百亿美元计。更关键的是,最先进的FinFET制造能力高度集中在台积电、三星和英特尔三家手中,而这些产能对中国大陆企业的可及性正在急剧下降。
FD-SOI则展现出截然不同的特点。它保留了平面工艺的简洁性,制造步骤比同等性能的FinFET工艺少30%以上,对光刻设备的要求也相对宽松。一条22纳米FD-SOI产线的投资额,大约只有同等产能14纳米FinFET产线的三分之一到一半。
更重要的是,FD-SOI在功耗控制方面有着天然的优势。通过背面偏置技术,设计师可以在芯片运行过程中动态调节功耗和性能——需要高性能时“踩油门”,空闲时“松脚刹”。这种能力在物联网传感器、可穿戴设备、汽车电子等对续航敏感的应用中极具价值。
此外,FD-SOI在射频性能上的优势尤为突出。由于平面结构的寄生电容更低,FD-SOI晶体管可以轻松工作在毫米波频段,非常适合5G通信、卫星通信、汽车雷达等高频应用。相比之下,FinFET的三维结构天然会产生更大的寄生电容,在高频应用中反而成为劣势。
对于正在经历“卡脖子”困境的中国半导体产业而言,FD-SOI提供了一条相对现实的突围路径。它不需要最先进的EUV光刻机,不需要天文数字的资本投入,却能在物联网、汽车电子、射频芯片等高速增长的市场中提供有竞争力的解决方案。
正如IBS首席执行官Handel Jones所指出的:“18纳米FD-SOI可以支持大多数16/14/12纳米FinFET的设计需求,甚至部分7纳米FinFET的设计也可以用12纳米FD-SOI来实现,而成本要低得多。”
生态圈的培育:一场持续十年的长跑
技术的成功从来不是单点突破,而是生态系统的整体成熟。
自2013年第一届上海FD-SOI论坛举办以来,中国的FD-SOI生态圈已经经历了十年的培育。如今,一条从衬底材料、晶圆代工、EDA工具到IP设计的完整产业链正在逐渐成形。
在衬底材料端,沪硅产业旗下的新傲科技已经具备了200毫米SOI硅片的量产能力,并正在向300毫米FD-SOI衬底迈进。通过与Soitec的战略合作,新傲掌握了Smart-Cut技术,可以生产满足先进制程要求的超薄硅膜。沪硅产业还持有Soitec约11%的股份,建立了从技术到资本的深度绑定。
2025第十届上海FD-SOI论坛
在晶圆代工端,格芯(GlobalFoundries)是目前全球FD-SOI工艺的主要推动者。这家公司在收购IBM半导体业务后继承了FD-SOI的技术积累,并推出了22FDX和12FDX两代工艺平台。据格芯披露的数据,2019年其22FDX平台50%以上的流片来自中国客户。意法半导体(ST)也是FD-SOI阵营的重要力量,2023年法国政府宣布投资29亿欧元支持ST与格芯在法国合建一座基于FD-SOI工艺的晶圆厂。
在EDA和IP端,芯原股份是中国FD-SOI生态圈的核心推动者之一。这家由戴伟民博士创立的公司,已经为22纳米FD-SOI工艺提供了超过59个模拟与混合信号IP,涵盖蓝牙、Wi-Fi、GNSS等主流无线通信协议。国内的EDA公司芯和半导体也在积极支持FD-SOI设计流程,与格芯合作加速客户的技术采用。
在芯片设计端,已经有多家国内企业开始采用FD-SOI工艺。瑞芯微、复旦微电子、国科微等公司都曾宣布采用22纳米FD-SOI工艺设计物联网芯片。国际市场上,NXP的i.MX处理器系列、瑞萨的22纳米微控制器、Lattice的FPGA芯片等知名产品也都采用了FD-SOI工艺。
中国科学院院士,我国著名半导体材料学专家王曦曾在FD-SOI论坛上表示:“中国有广阔的空间可以吸纳SOI的技术和产品。我们在同一艘命运之船上。”
当然,FD-SOI并非没有挑战。
最显而易见的问题是生态系统的规模差距。经过十多年的发展,FinFET已经建立起一个庞大且成熟的产业生态,从设计工具、IP库到制造产能,供应链的每一个环节都高度完善。相比之下,FD-SOI的生态圈仍然是一个小众市场。正如Handel Jones所说:“我们仍然只是市场的一小部分,FinFET仍然占据供应链价值的大头。”
衬底成本是另一个关键瓶颈。FD-SOI硅片的价格仍然显著高于普通体硅——根据早期的数据,SOI衬底的价格曾是体硅的三到四倍。虽然随着产能扩张和技术进步,这一差距正在缩小,但成本因素仍然是阻碍FD-SOI大规模普及的重要障碍。
这里存在一个典型的“先有鸡还是先有蛋”的困境:规模化能力不足导致衬底成本难以下降,而成本居高不下又阻碍了规模化推广。沪硅集团常务副总,上海新昇董事长兼任总经理李炜博士也说:“FD-SOI衬底技术会的人还是会,不会的还是不会。”打破这一僵局需要产业链上下游的协同努力,以及持续的资本投入。
更棘手的问题是本地代工产能的缺失。尽管中国在FD-SOI的衬底材料、EDA工具、IP设计等环节已经取得了长足进步,但目前仍然缺少一座具备先进FD-SOI工艺能力的本土晶圆厂。格芯曾在2017年宣布与成都合资建设22FDX产线,但这一项目后因种种原因停工。华力微电子也曾传出涉足FD-SOI的消息,但至今未见实质性进展。
没有本地代工能力,中国的FD-SOI芯片设计企业就必须依赖格芯在德国德累斯顿或新加坡的产线,这不仅增加了物流成本和交期风险,更在地缘政治紧张的背景下带来了供应链安全的隐忧。
结语:历史的另一种可能
站在2025年的时间节点回望,当年那场技术路线的分岔似乎正在以一种意想不到的方式迎来某种“和解”。
从技术演进的角度看,FinFET与FD-SOI并非完全对立的两条路线,而是有可能在未来某个节点实现融合。业界已经开始探索将SOI衬底与FinFET晶体管结构相结合的SOI-FinFET工艺,这种方案或许能够兼具两种技术的优点。法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)已经在10纳米和7纳米节点上进行了FD-SOI的试验线研发,证明这条技术路线仍然有继续演进的空间。
从市场格局的角度看,FD-SOI正在找到属于自己的生态位。它不是要在手机处理器、高性能计算等FinFET的传统强项领域与后者正面竞争,而是在物联网、汽车电子、射频通信、边缘AI等新兴市场开辟自己的天地。根据市场研究机构的预测,全球FD-SOI市场规模将从2022年的约7亿美元增长到2027年的40亿美元以上,复合年增长率超过30%。
对于中国半导体产业而言,FD-SOI的战略价值或许不在于它能否成为主流,而在于它提供了一种在封锁环境下保持技术能力建设的现实路径。在最先进制程被"卡脖子"的情况下,用成熟的22/12纳米FD-SOI工艺覆盖尽可能多的应用场景,既是一种务实的商业选择,也是一种保持技术活力的战略布局。
戴伟民博士在最近一次FD-SOI论坛的圆桌讨论上提出了一个发人深省的问题:“我们的未来究竟是直接迈向GAA(环绕栅极晶体管),还是将FD-SOI技术推向极限?”
这个问题没有标准答案。但可以确定的是,在半导体这个没有“备胎”就可能出局的游戏中,多保留一条技术路线的能力,就多保留了一份在未来博弈中的筹码。
二十多年前,当胡正明教授在伯克利的实验室里同时提出FinFET和FD-SOI两种方案时,他或许没有预料到,产业的选择会如此决绝地一边倒。他也可能没有想到,二十年后,那条被主流抛弃的技术路线,会在地球另一端的中国重新获得关注。
历史的偶然性就在于此。英特尔一个看似纯粹的商业决定,牵动了整条产业链的走向;中国资本一次不起眼的财务投资,却为日后的技术突围埋下了伏笔。
FD-SOI的故事还在继续。它能否成为中国半导体产业破局的关键一子,答案仍在书写之中。但至少,它提醒我们:在摩尔定律的尽头,或许不止一条路通向未来。
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- 责任编辑: 李昊 
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