FD-SOI，走向7纳米？

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在全球半导体产业向“低功耗、高可靠、强集成”转型的浪潮中，边缘AI、汽车电子、物联网等场景对芯片的能效比与稳定性提出了前所未有的要求。传统体硅CMOS工艺难以平衡性能与功耗，而FinFET技术虽在先进制程占优，却在成本与低功耗场景适配性上存在局限。

在此背景下，全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）技术凭借独特的结构设计与性能优势，逐渐成为解决低功耗难题的核心方案。从2001年的技术构想，到2024年先进制程的集中爆发，FD-SOI已完成从实验室到产业化的跨越，成为全球半导体生态中不可或缺的重要分支。

2001年，加州大学伯克利分校的胡正明教授、Tsu-Jae King-Liu教授与Jeffrey Bokor教授共同提出两种将CMOS工艺延伸至20nm以下的技术路径，FD-SOI便是其中之一。

这一构想的技术核心在于其独特的晶体管结构：它在传统硅衬底上增加了一层超薄的埋氧层（Ultra-Thin Buried Oxide），并在其上构建了一个超薄的完全耗尽沟道。

这一设计带来了多重优势：优异的栅极控制能力，显著降低了漏电流和静态功耗；无需进行沟道掺杂，避免了掺杂波动带来的性能不一致性；天然的全介质隔离减少了寄生电容和 latch-up风险；此外，其背偏压技术能够动态调节晶体管的阈值电压，从而实现性能与功耗的灵活权衡。

与当时同样旨在解决缩放问题的3D FinFET技术相比，FD-SOI作为一种2D平面技术，在继承部分传统平面工艺设计规则和工具的同时，在低功耗、模拟/RF性能、集成度以及整体成本效益方面展现出独特的竞争力。

自概念提出后，FD-SOI技术开启了从实验室走向产业化的漫长征程，其发展脉络清晰可辨：

• 技术奠基与产业化起步（2012-2014年）：2012年，意法半导体（ST）率先推出28nm FD-SOI平台，标志着该技术正式进入商业化阶段，为低功耗芯片设计提供了首个成熟选项；2013年，上游材料突破成为关键，材料供应商Soitec突破了FD-SOI高质量衬底的技术瓶颈，解决了“超薄埋氧层均匀性”这一核心难题；同年，芯原股份与ST启动FD-SOI合作开发，首届上海FD-SOI论坛召开，搭建起行业技术交流平台，推动FD-SOI生态初步形成；2014年，三星获得ST的28nm FD-SOI工艺授权，并与芯原等IP厂商展开合作，产业链上下游协同初现；上海新傲科技获得Soitec的Smart-Cut技术授权，为中国FD-SOI衬底量产奠定基础，产业链上下游开始形成联动。

• 工艺迭代与应用拓展（2015-2018年）：2015年，格罗方德（GlobalFoundries）推出22nm FD-SOI代工平台（22FDX），实现工艺节点从28nm到22nm的跨越，进一步丰富了代工选择；2017年，GF推出FDXcelerator生态计划，联合IP厂商、EDA工具商与设计服务公司，降低客户采用FD-SOI的门槛，加速技术落地；此后，基于FD-SOI的芯片密集量产，恩智浦、索尼等公司纷纷推出基于FD-SOI技术的芯片产品，应用领域从手机应用处理器扩展至物联网、汽车电子等。

• 先进工艺突破与生态深化（2022年至今）：2022年，欧盟推动FD-SOI生态升级，支持ST与GF在法国建设12nm FD-SOI晶圆厂，同时两家企业联合投资12nm FD-SOI工艺研发，推动技术向更先进节点迈进；2024年，FD-SOI技术迎来新一轮爆发：ST与三星联合发布了集成嵌入式相变存储器（ePCM）的18nm FD-SOI技术，性能与能效大幅提升；法国CEA-Leti宣布启动致力于10nm、7nm等前沿节点的FAMES试验线。这表明FD-SOI技术正持续向更先进节点迈进，生态系统日益完善。

据预测，FD-SOI市场规模将从2022年的9.3亿美元增长至2027年的40.9亿美元，复合年增长率高达34.5%。这种增长主要由物联网（对超低功耗的极致追求）、汽车电子（对高可靠性、抗干扰性的要求）以及边缘AI（对高能效比的苛刻需求）三大领域驱动。

巨头布局：代工厂的FD-SOI技术进展与战略规划

近日，三星、格罗方德和意法半导体等全球主要的FD-SOI晶圆制造厂商在第十届上海FD-SOI论坛上分享了各自的技术进展、市场策略和未来规划。

三星：双轨制战略下的低功耗利器

作为全球第二大晶圆代工厂，三星将FD-SOI视为成熟工艺领域“差异化竞争的战略王牌”，构建了从28nm到18nm的完整产品链，聚焦物联网、可穿戴设备与汽车电子三大场景。

三星晶圆代工副总裁Taejoong Song阐述了其“双轨制”技术路线：一方面在先进制程（3nm、2nm）上全力推进GAA晶体管技术，争夺高性能计算（HPC）和高端移动处理器市场；另一方面，则大力巩固和拓展其在中低压特色工艺，尤其是FD-SOI技术上的优势，旨在抢占物联网、可穿戴设备和汽车电子等巨大市场。

三星的FD-SOI布局特点鲜明：

1）工艺迭代：从成熟到先进的性能跃升

• 28FDS（28nm FD-SOI）：技术已进入规模化成熟阶段，采用全耗尽沟道设计与体偏置技术，漏电流较传统28nm体硅工艺降低60%，累计出货晶圆量超35万片，广泛应用于物联网传感器、可穿戴设备MCU等场景，成为三星FD-SOI生态的“基石工艺”。

• 18FDS（18nm FD-SOI）：实现“性能、功耗、面积（PPA）”全面突破——相较于28FDS，性能提升25%，功耗降低40%，芯片面积缩减35%；同时集成3.3V eZG高压器件与DPT BEOL（后端互连）技术，模拟性能与互连密度显著提升，可满足汽车区域控制器、中短距雷达等中高端需求。

• 18FDS+（进阶版18nm FD-SOI）：通过流程优化进一步强化射频特性与可靠性，额外实现10%性能提升与30%功耗降低，计划2025年进入大规模量产，目标应用覆盖毫米波雷达、低轨卫星通信等对性能与稳定性要求更高的场景。

2）强化生态构建，降低落地门槛

三星深知“技术成功依赖生态协同”，为此构建了“SAFE合作伙伴体系”，联合EDA工具商、IP供应商、封装测试厂商与设计服务公司，为客户提供从“设计-流片-量产”的全流程支持。

3）市场策略：聚焦中国低功耗需求

三星晶圆代工副总裁、技术规划部门主管Taejoong Song明确表示：“中国市场对低功耗芯片的需求缺口显著，是FD-SOI增长的核心驱动力。”三星计划进一步加大在中国市场的技术投入，通过与本土设计企业、代工厂的合作，推动FD-SOI从技术选择变为物联网、汽车电子等场景的“标配方案”。

意法半导体：以IDM模式为基础，深耕车规与工业

作为FD-SOI技术的早期推动者，ST以IDM模式为基础，将FD-SOI技术深度绑定汽车电子场景，同时通过存储与工艺的创新融合，形成独特竞争力。

ST执行副总裁、中国区总裁曹志平分享了ST作为IDM厂商在FD-SOI技术上的深耕与创新。ST强调FD-SOI技术在能效提升、模拟性能优化、抗干扰能力增强方面的显著优势，尤其适用于对稳定性要求极高的车规级和工业级应用场景。

ST的FD-SOI实践成果丰硕：

• 车规级MCU量产：ST基于28nm FD-SOI技术实现量产的车规级MCU，在汽车运行状态下漏电率降低35%，功耗减少50%，待机模式功耗更是降低近99%。其固有的抗辐射特性也提升了在恶劣环境下的可靠性。

• 嵌入式存储创新：ST选择将相变存储器（PCM）与FD-SOI技术结合，基于Arm架构的Stellar系列FD-SOI车规MCU在存储密度上可达竞品两倍以上。

• 技术迭代与供应链韧性：ST正与三星合作开发18nm FD-SOI技术，该技术性能功耗比提升超50%，存储密度与数字密度大幅提升。未来产品可从韩国和法国双晶圆厂实现供应，增强供应链稳定性。ST已将FD-SOI技术应用于成像传感器、雷达以及低轨卫星通信产品中。目前，18nm FD-SOI样品已交付部分核心客户，预计2025年正式量产。

• 灵活的业务模式：虽为IDM，但可根据客户需求提供全链条支持或参与特定环节，展现出高度灵活性，并高度重视中国市场，提供定制化服务。

格罗方德：为边缘AI量身打造的能效引擎

格罗方德（GF）将FD-SOI技术定位为“边缘AI的量身定制方案”，以22FDX平台为核心，通过强化“连接、功耗、集成”三大能力，满足边缘设备“高性能+超低功耗”的双重诉求。

格罗方德高级副总裁、超低功耗产品线负责人Ed Kaste提出，FD-SOI技术正以“为边缘AI量身打造”的定位，推动全球多个行业的变革。他指出，“AI无处不在”及“物理AI”的兴起，使得功耗管理、连接性能与设备自主性成为关键挑战，而FD-SOI恰好是应对这些挑战的核心解决方案。

格罗方德旗下基于FD-SOI的22FDX平台及其增强版本，其优势体现在多个方面：

• 卓越的连接性能：凭借无掺杂硅通道设计，实现了低失配、高性能的RF表现。其22FDX+平台在6GHz至140GHz的多频段范围内，饱和功率（Psat）和功率附加效率（PAE）均有显著提升，支持高清通信与实时数据传输。

• 极致的功耗控制：超薄埋氧层设计带来了低漏电和精确的功率性能调控，完美适配电池供电的边缘设备。

• 强大的集成能力：提供了优化的嵌入式非易失性存储器（eNVM）组合。22FDX MRAM具有高耐用性和数据保持能力，适合汽车及工业应用；22FDX RRAM则以其低成本、快速响应优势，成为物联网和消费电子的理想选择。

格罗方德正通过其技术构建“连接-采集-处理-行动”的边缘AI完整闭环，为智能移动设备、汽车电子、数据中心基础设施和物联网设备提供稳定高效的底层支撑。其中，车载雷达芯片采用22FDX工艺后，功耗降低45%，体积缩减30%，已获得博世、大陆等Tier1厂商的订单。

展望未来，GF计划在22FDX基础上，进一步推进12nm FD-SOI工艺研发，目标是替代部分7nm FinFET应用——通过体偏置优化与集成技术升级，12nm FD-SOI将在保持低功耗优势的同时，性能提升30%，满足更高算力的边缘AI需求。生态层面，GF持续深化与EDA、IP、芯片等上下游厂商的合作，丰富22FDX平台的客户资源，降低本土客户的设计门槛。

研究机构视野中的FD-SOI机遇与未来

除了上述晶圆代工厂的进展和布局外，行业研究机构和技术研发中心对FD-SOI技术的发展前景、市场潜力和技术路线也提供了独立而深入的分析，为行业发展提供了关键参考。

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IBS：FD-SOI是边缘AI的优选技术，

中国迎来战略机遇

作为全球半导体市场研究的权威机构，国际商业战略公司（IBS）首席执行官Handel Jones深度剖析了边缘AI为FD-SOI技术带来的机遇，并强调了其对中国半导体产业的战略重要性。

Jones认为，FD-SOI的超低功耗和高效无线连接能力使其成为边缘AI应用的“理想技术伴侣”。其能效表现优于传统体硅CMOS和FinFET，例如12nm FD-SOI或许能满足许多7nm FinFET应用的需求。他指出，GF的22nm FD-SOI、ST的18nm FD-SOI以及Soitec与CEA-Leti对10nm FD-SOI的评估，都证明了该技术的成熟度和持续演进能力。同时，丰富的IP组合和供应链支持是FD-SOI成功商业化的重要基石。

另一方面，对于中国而言，FD-SOI技术具有特殊战略意义。在面临先进制程获取挑战的背景下，FD-SOI的成熟度和低功耗优势成为中国企业实现技术自主和产业升级的重要路径。中国已具备300mm SOI衬底的生产能力，且良率具备竞争力。Jones建议，中国需与Soitec等国际企业建立技术合作，并系统性构建设计生态，以协同方式提升FD-SOI产业的整体竞争力。

IBS预测，FD-SOI总可用市场（TAM）将从2020年的28.99万片晶圆/月（KWPM）增长至2030年的127.6万片晶圆/月。MCU、ISP是核心增长领域，智能机器人、L3+级自动驾驶、5G-A/6G、智能穿戴设备等新兴市场将为FD-SOI提供广阔的应用场景。

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CEA-Leti：引领FD-SOI向10nm以下节点迈进

作为FD-SOI技术的领先研发机构，法国原子能委员会电子与信息技术研究所（CEA-Leti）硅组件部门副主管Martin Gallezot博士分享了其在FD-SOI技术上的最新研发进展与路线图，明确展示了该技术向10nm及以下节点迈进的决心与能力。

“背偏压与射频性能是FD-SOI的核心优势”，Gallezot强调，FD-SOI技术的核心竞争力在于其背偏压（Back Bias）技术和卓越的射频（RF）性能。自适应背偏压技术（在GF 22FDX平台上已实现）可在相同频率下降低高达50%的功耗，或在相同功耗下提升40%的性能，效果堪比节点跃迁。同时，FD-SOI在特征频率（ft）和最大振荡频率（fmax）等射频关键指标上表现出色，适用于5G毫米波、Wi-Fi 6等高频应用。

与此同时，CEA-Leti正在推动FD-SOI从28nm、22nm向10nm和7nm节点演进。与28nm节点相比，10nm FD-SOI目标性能提升约1.9倍（同功耗下），或功耗降低至1/5（同性能下），晶体管密度提高4倍，射频目标频率突破450GHz。7nm节点则计划在10nm基础上速度再提升25%，功耗再降低45%。

针对关键技术突破与挑战，CEA-Leti指出，实现10nm及以下节点需攻克多项关键技术，包括更精确的图形化工艺（如SADP）、超薄硅层与埋氧层控制、应变工程优化、低k介质集成、高压器件嵌入以及嵌入式非易失性存储器（如PCM, MRAM）集成等。

CEA-Leti高度重视设计技术协同优化（DTCO），正在逐步释放10nm FD-SOI的工艺设计工具包（PDK）和设计平台（2025-2029年规划多个版本），以支持从逻辑合成到物理实现的完整低功耗设计流程，助力设计人员充分挖掘技术潜力。

目前，10nm FD-SOI的测试芯片已完成流片，关键参数达到设计目标，预计2027年实现工艺定型，2028年进入量产阶段。

从2001年的技术构想，到2024年18nm、10nm工艺的集中突破，FD-SOI已成为全球半导体产业“低功耗转型”的核心支撑。其独特的低功耗、高可靠性与成本优势，使其在边缘AI、汽车电子、物联网三大高增长领域占据不可替代的地位。IBS预测的34.5%市场复合增长率，以及三星、ST、GF的持续加码，均印证了FD-SOI的强劲生命力。

未来，FD-SOI的发展将呈现三大趋势：一是技术上向10nm、7nm先进节点延伸，通过更薄的埋氧层、更优的应变工程与3D集成技术，进一步提升性能与集成度；二是应用上从车规MCU、物联网传感器，向边缘AI加速器、低轨卫星通信、AR/VR芯片等更广泛场景拓展；三是生态上形成“全球协作+区域互补”格局——欧盟侧重先进制程研发，中国侧重应用落地与本土生态构建，美国聚焦高端RF与存储集成，全球产业链协同将成为技术突破的关键。

对于中国半导体产业而言，FD-SOI更是实现“差异化破局”的战略机遇。凭借300mm SOI衬底的本土产能、芯原等企业的IP积累，以及庞大的物联网、汽车电子市场需求，中国已具备构建FD-SOI完整生态的基础。未来，通过深化与国际企业的技术合作、加强本土产业链协同，中国有望在FD-SOI生态中占据核心地位，为全球低功耗半导体产业注入新动能。

综合来看，FD-SOI不是FinFET的替代者，而是互补者——在追求极致性能的HPC领域，FinFET仍将主导；但在千亿级边缘设备与车规芯片市场，FD-SOI将成为能效标杆。随着全球对低功耗、高可靠芯片需求的持续释放，FD-SOI有望在未来十年成长为半导体产业的主流技术路线之一，引领一场“能效革命”。

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