Rywalizacja procesów technologicznych nabiera tempa

Obecnie najwięcej półprzewodników powstaje w procesach 28-nanometrowych i według IBS ma tak pozostać aż do połowy przyszłej dekady. Procesy FinFET z tranzystorami o strukturze trójwymiarowej są stosowane przez głównych dostawców układów, firmy Intel, Samsung i TSMC, ze względu na wysoką wydajność i niski pobór mocy. Jednak przy zejściu do wymiaru charakterystycznego tranzystora 14 nm proces FD-SOI pozwala na redukcję w porównaniu do FinFET kosztów wytworzenia płytek krzemowych o 16,8%, oraz o 25% kosztów projektowania. Dodatkowo FD-SOI umożliwia sterowanie poborem prądu za pomocą regulowania biasu.

Zdaniem konsultantów IBS 12-nanometrowy proces FD-SOI stanowi realną alternatywę dla wytwarzania procesorów aplikacyjnych i modemów do smartfonów wobec 10 nm lub potencjalnie nawet 7 nm procesów FinFET.

Dzięki zastosowaniu tej technologii w wymiarze 15/16/10 nm samo Globalfoundries mogłoby zapewnić - pod warunkiem owocnego rozwoju procesu - około jednej czwartej dostaw zaawansowanych układów na świecie na rynku foundry. Nie wiadomo jakie rozwiązania wdroży na skalę masową Samsung, jednak gdyby wybrał FD-SOI do produkcji układów, zdaniem IBS proces ten mógłby opanować prawie połowę rynku.

FD-SOI - Globalfoundries, kto jeszcze?

Poza Samsungiem, kolejną niewiadomą są dostawcy chińscy. Jeden z nich, współzarządzany przez miasto Shanghai Huali, może liczyć na dotację w wysokości 5,8 mld dolarów od chińskiego rządu na wybudowanie i uruchomienie nowej fabryki półprzewodników. Możliwe, że firma zdecyduje się wykonywać produkcję właśnie w FD-SOI. Huali obecnie wytwarza około 30 tysięcy płytek krzemowych miesięcznie w istniejącej fabryce 300 mm. Grupa Huahong, poza Huali skupia także Grace Semiconductor, który zarządza fabryką 200-milimetrowych płytek półprzewodników.

Łączny rynek półprzewodników wytwarzanych w modelu foundry, w tym w procesie FD-SOI (dane w mld dolarów, źródło: IBS)

Oprócz wspomnianych liderów produkcji typu foundry, do wytwarzania układów w procesie FD-SOI dołączyły w tym roku m.in. Renesas, Sony, STMicroelectronics, NXP/Freescale oraz Soitec. Półprzewodniki masowo wytwarzane w tej technologii obejmują procesory aplikacyjne, czujniki obrazu CMOS, układy do komunikacji i motoryzacyjne. Przykładowo STMicroelectronics korzysta w FD-SOI w produkcji komponentów analogowych i typu mixed-signal, mikrokontrolerów, układów dla motoryzacji oraz przeznaczonych na szeroki rynek internetu rzeczy (IoT). Podobnie NXP, stawia na proces w ukierunkowaniu na rynki mikrokontrolerów i IoT. Jego przedstawiciele stwierdzili, że wielu dostawców mikrokontrolerów wkrótce zainwestuje w FD-SOI.

Obecnie dostawy płytek obrabianych w technologii FD-SOI wynoszą około 300 tysięcy sztuk miesięcznie dla procesu 28 nm oraz około 60-100 tysięcy dla 22 nm. Globalfoundries planuje produkcję układów 12 nm FD-SOI za dwa lata. Spoglądając globalnie, do połowy następnej dekady najwięcej płytek będzie powstawać w kilku różnych procesach 28 nm, szacuje IBS. Przedstawiciele Samsunga ostatnio stwierdzili, że najniższy koszt wytworzenia półprzewodników w przeliczeniu na pojedynczy tranzystor przypadnie właśnie na proces o wymiarze 28 nm.

HKMG, FinFET

Niemniej "klasyczne" procesy technologiczne nadal mają pierwszoplanowe znaczenie w wytwarzaniu układów scalonych. SMIC, największy chiński producent typu pure play, raczej nie będzie wdrażać FD-SOI w swoich fabach. Firma skupia się na wytwarzaniu tranzystorów z metalową bramką i izolacją o wysokiej stałej dielektrycznej (HKMG). Konsultanci z IBS są zdania, że SMIC nie wybiera FinFETu, bo wie, że nie miałby szans w rywalizacji w tej technologii z TSMC. Tajwański wytwórca pure play zatrudnia około 500 inżynierów wyspecjalizowanych tylko w projektowaniu w FinFET.

Podobnie jego renomowany klient. FinFET jest wyborem m.in. Apple'a jako technologia produkcji procesorów. Apple ma stosować 16-nanometrowy FinFET+ (16FF+) do produkcji u TSMC procesora A10 do najnowszego iPhone'a 7, oraz kolejnych wersji procesorów.

Globalfoundries oczywiście też znany jest FinFET. W swojej najnowszej inwestycji w Malcie pod Nowym Jorkiem firma już rok temu uruchomiła produkcję układów w 14-nanometrowym procesie FinFET i to, co ciekawe, licencjonowanym od jej konkurenta, Samsunga. Dwie udostępnione dla Globalfoundries przez Koreańczyków wersje procesu to 14LPE oraz 14LPP, z których druga jest lepsza pod względem wydajności, poboru prądu oraz ogólnie kosztów.

Marcin Tronowicz