从NXP i．MX 7ULP看FD－SOI的意义

FD-SOI工艺的出现及演进，使其成为低功率半导体设计的开创性进步之一。虽然不像主流体 CMOS工艺那样普遍，但 FD-SOI 为半导体产品设计人员提供了一系列重要的优势。这些进步与市场对具有更高智能和更好连接性的设备的需求相呼应。

构想和开发这些新产品需要整个生态系统的支持。在这个生态系统中，像 Mixel 这样的 IP 供应商和像NXP这样的半导体公司可以合作并贡献他们的技术，从而使技术进步所带来的收益成为现实。

FD-SOI 与 NXP 的 i.MX 7ULP

FD-SOI 的优势远远超出了迄今为止模拟和混合信号的需求。制造具有极低功耗要求的产品是一项伟大的技术。用于低功耗和低成本物联网设备和可穿戴设备的 SoC 平台产品需求量很大。到 2025 年，仅物联网市场就有望增长到 750 亿美元。为满足这一市场需求，恩智浦推出了 i.MX 7ULP平台。

这些便携式电池供电设备需要以尽可能功耗提供低水平的运行或待机。能够在较低电压下运行不仅可以降低功耗，还可以提高这些设备的电池寿命。这是通过结合流程选择和设计架构来实现的。

FD-SOI 工艺本身提供了一种优化的解决方案，它不仅可以提高性能并降低功耗，而且可以以最小的裸片面积做到这一点。i.MX 平台建立在相同的三星 FD-SOI 工艺上，可以对芯片微调以降低功耗或性能。

如图 i.MX 7 ULP 平台的通用平台架构框图。该平台支持多种不同的产品变体。如前所述，NXP 使用 FD-SOI 的许多差异化特性来调整功耗从而优化其硅片。其中一些包括：

改进的静电可以使用更短的栅极长度
减少器件寄生以提高性能
器件反向偏置可在保持性能的同时降低VDD
器件背偏置可大幅降低待机功耗
带反向偏置的器件调谐以补偿工艺变化

i.MX 平台在运行和待机模式下具有灵活的连接选项和超低功耗运行。异构计算架构（Cortex A 和 Cortex M）允许对电源域进行分区，因此可以关闭大部分芯片功能，使 Cortex M 以极低的功耗运行，以满足那些始终在线的要求。

NXP 还优化了他们的设计以提高电源效率。借助异构计算架构，恩智浦能够以最少的泄漏电流为尽可能多的晶体管供电。支持多种低功耗模式，例如运行低功耗、待机或深度睡眠模式。这些低功率模式中的每一种都经过优化，以最大限度地提高功率效率。

恩智浦与 Mixel 密切合作，了解市场需求，以在 FD-SOI 工艺技术中提供正确的特性和功率组合。像 Mixel 的高能效 MIPI DSI TX IP 这样的 IP 选择对于进一步提高能效至关重要。

通过结合正确的工艺、设计架构和 IP，NXP 能够显着降低功耗。结果不言自明。如图中所示，i.MX7ULP 的待机功耗比前几代 NXP 处理器低 5-20 倍，运行时功耗降低 2-6 倍。

恩智浦提供完整的评估套件 (EVK)，因此客户可以快速制作其产品概念的原型。NXP i.MX 7ULP 评估套件提供 2D 和 3D 图形选项以及 Wi-Fi 和蓝牙无线解决方案。

Mixel 在 FD-SOI 生态系统中的价值

为了充分利用任何新技术的优势，必须开发完整的供应链生态系统。就 FD-SOI 而言，这涉及到代工厂、IP开发商、EDA 公司、生产及封测厂。这些生态系统参与者都为半导体产品开发商提供关键服务。硅 IP 开发商提供包含在代工厂制造的最终芯片中的关键元素。EDA 公司提供用于完善制造设计的设计工具。生产及封测是高效可靠的产品芯片诞生所必需的。实际工艺开发和硅 IP 是提出新的代工工艺技术的主要投资。半导体公司必须看到一些投资回报才能开发新工艺技术的产品。但要实现这一价值，他们还需要访问该技术的关键硅 IP。如果没有 IP，完成一个完整的芯片设计将会有太多的成本和时间延迟。

代工厂根据晶圆销售将其投资货币化。硅 IP 公司根据单位 IP 销售额将其投资货币化，有些公司还收取特许权使用费。代工厂和 IP 提供商都花费了真正的资源和金钱来开发新技术。硅 IP 供应商销售关键设计元素（IP 块）。IP 公司利用他们在处理器架构、协议、接口或存储器设计方面的专业知识来生产可以轻松集成到完整芯片设计中的 IP 块。对于 Mixel，这种特殊的专业知识包括如何设计和实施 MIPI IP、LVDS IP 和其他类型的详细知识。

表 1 显示了适用于 28nm FD-SOI 和 22nm FDX 的 FD-SOI 工艺节点上可用的 Mixel IP 列表。 Mixel 在混合信号和模拟设计方面的专业知识以及对流程的深刻理解是其开发成功的重要因素。它可以在各种操作条件下的稳健操作中测量。

总结

28nm 和 22nm 的 FD-SOI 继续为开发下一代物联网和移动芯片的人员提供设计和性能优势。模拟和数字改进的结合以及基于应用优化功耗的能力使 FD-SOI 成为产品设计的绝佳选择。一个庞大的生态系统已经发展起来，提供必要的硅 IP、设计、生产、封装和测试支持，从而更容易以提供足够利润和合理投资回报的成本及时生产产品。综上所述，FD-SOI 值得重新审视，在低功耗、小尺寸和更好的性能三个方面，FD-SOI都可以满足。