【文/观察者网心灵研究院】2014年左右，生产SOI衬底材料的法国大公司Soitec正在经历其历史上最困难的时期。由于FD-SOI市场起步缓慢，这家拥有独特SmartCut技术的法国公司面临资金链断裂的风险，不得不依靠法国政府的贷款维持生计。与此同时，国家集成电路产业投资基金（以下简称“大基金”）刚刚成立，正在全球范围内寻求投资。据芯原创始人戴伟民博士介绍，一家大型基金的测试团队有机会投资Soitech。测试团队中某人所说的话后来被广泛报道。 “做FinFET就是等死；做FD-SOI就是找死。”这句话深刻地反映了当时国民生产拉玛中对FD-SOI的普遍认识。当时，FinFET 已经非常普遍了。并形成了技术的有序迭代。如果中国大陆半导体走FinFET技术这条路，可能永远会落后一步。当时，有一个普遍的担忧：“为什么我们投入越来越多的钱，却没有缩小与西方国家的差距？”但另一方面，逆势押注 FD-SOI 似乎是一条死胡同。十年后，当地缘政治大幅重塑全球半导体产业格局、中国芯片产业在先进制造工艺领域面临“卡壳”困境时，这条曾经被主流产业抛弃的技术路线，却意外地为中国半导体产业打开了一扇新的窗口。不同的技术路线：同样的问题，两种解决方案。要理解这种技术路线分歧的深层含义，我们必须回到20世纪末的危机。 1999年，美国国防高级研究计划局（DARPA）资助这是一个雄心勃勃的研究项目，旨在探索 CMOS 技术如何突破 25 纳米的物理极限。当时，整个半导体行业一片悲观情绪。根据当时的技术预测，当晶体管栅极长度接近20纳米时，传统的平面结构将完全停止工作，电子将成为不听话的孩子。它们会疯狂地旋转，泄漏问题会将芯片变成热废料。该研究项目将由加州大学伯克利分校胡正明教授领导。这位后来被称为“延长摩尔定律寿命的人”的中国科学家领导的团队提出了两种截然不同的解决方案。使用常见的比喻来帮助你理解。想象一下您的水管变得越来越小。控制水流变得越来越困难，水不断地从手指间漏出。做什么？第一种方法是安装w水管。将手指缠绕在水管的三个侧面。接触面积越大，控制力越强。这就是FinFET的核心思想。原本平坦的晶体管沟道被支撑形成三维鲨鱼鳍结构，使栅极从三个侧面环绕沟道，大大提高了其电流可控性（见下图）。 第二种方法是走到水管下面，盖上一层保温层；即使水漏了，也会被这个“防水垫”堵住。这就是FD-SOI的逻辑。通过在晶体管下方埋入超薄绝缘氧化层（埋入氧化层，如下图），同时将顶部硅膜做得极薄，使整个沟道“完全耗尽”，从根本上阻断泄漏路径。 两种选择都有各自的优点。 FinFET的优点是与传统工艺高度兼容，可以使用大多数现有设备。 FD-SOI保持了平面结构的简单性，需要更少的工艺步骤，并具有独特的“破坏性”反向偏置技术，可以通过调整衬底电压来动态控制晶体管性能和功耗。这在物联网、射频芯片等能源敏感领域具有巨大的应用价值。虽然技术本身是中立的，但行业决策却从来都不是。胡正明教授团队于1999年发表了FinFET的研究成果，并于2000年发表了FD-SOI的技术方案。根据他的设想，这两条路线可以并行发展，各有不同的应用场景。然而，业界的反应却出人意料地片面。问题在于FD-SOI衬底材料的严格要求。为了使这项技术正常工作，顶部硅膜的厚度必须控制在极其精细和均匀的水平。借用戴伟明博士的比喻：“一架飞机从巴黎飞到上海，整个过程的偏差不能超过15毫米。”这种精度要求在当时看来几乎是不可能的。更重要的是，只有极少数厂商能够提供如此高质量的SOI板。法国公司Soitec掌握了一种名为Smart-Cut的独特技术，可以生产出满足要求的超薄硅片。然而，对于当时正值巅峰的英特尔来说，将如此核心的材料供应链生命线交给一家“法国小公司”是战略上的选择还有一个因素被忽视了，在2000年代初期，CPU市场仍然以数字逻辑电路为主，RF功能并不是芯片设计的重点，当时FD-SOI在RF集成方面的优势还没有完全实现，因此接下来发生的事情几乎是“多米”。台积电的策略一直是跟随龙头，英特尔走到哪里，台积电就跟到哪里。2011年英特尔率先量产22纳米FinFET工艺时，台积电迅速跟进，三星也不甘落后。设备厂商、材料供应商、EDA工具供应商都在调整研发方向，整个产业生态正在迅速向FinFET倾斜。戴伟民博士回忆起这段时期，感慨万千。 “英特尔一离开，台积电也随之离开。全产业链的设备、材料、知识产权都趋向于向FinFET转移。”至此，FD-SOI被推入了历史的边缘。他们打败了我，不是技术上的失败，而是产业博弈“输”给了生态力量。命运的转折：中国资本遇上法国技术。Gran Fondo考察团和Soitec的故事结束了，但问题并没有结束。到此为止。 2016年，上海硅业投资有限公司（上海硅业前身）以更加务实的方式入局。该公司并没有“押注”哪条技术路线会获胜，而是通过股权关系与Soitec建立了战略合作伙伴关系，收购了该公司约14.5%的股份。这项投资远远超出了财务绩效的范围。这为中国半导体行业打开了SOI技术世界的大门。此后，上海硅业旗下上海司马科技获得Soitec SmartCut核心技术批准，成为全球仅有的四家拥有该技术的公司之一。戴伟明博士清楚地记得当时每年在上海举办的FD-SOI论坛的传统：晚宴在船上举行。 “我们同舟共济，命运相同，”他在解释这笔交易的意义时说道。戴伟民博士几天前，我参加了 Soitec Substrate Vision Summit。中国资本的注入不仅使Soitec摆脱了危机，还间接鼓励了法国政府加大对公司的支持力度。回顾过去，这项投资的回报率高出十倍以上。更重要的是，中国已经播下了在FD-SOI领域建立独立能力的种子。在半导体行业，FinFET和FD-SOI从来都不是一场简单的优劣之战，而是针对不同应用场景量身定制的选择。 FinFET的优势在于其优越的性能和集成密度，非常适合手机处理器、高性能计算机芯片等领域。但也存在工艺复杂、制造成本高、对设备依赖程度高等明显缺点。 14纳米以下，每个节点的演进都需要数百亿美元的投资。更重要的是尖端FinFET制造能力高度集中在台积电、三星和英特尔手中，中国大陆企业获得这些能力的能力迅速下降。 FD-SOI呈现出完全不同的特性。它保持了平面工艺的简单性，比相同性能的FinFET工艺减少了30%以上的制造步骤，并且对光刻设备的要求相对宽松。 22纳米FD-SOI生产线的投资仅为同等产能14纳米FinFET生产线的三分之一到一半。更重要的是，FD-SOI在控制功耗方面具有天然优势。反向偏置技术允许设计人员在芯片运行时动态调整功耗和性能。换句话说，当你需要高性能时“踩油门”，当你怠速时“松开刹车”。此功能在电池寿命至关重要的应用中非常有价值，例如物联网传感器、可穿戴设备和汽车电子。此外，FD-SOI在射频性能方面的优势尤为显着。由于平面结构的杂散电容较低，FD-SOI晶体管可以轻松地工作在毫米波频段，使其非常适合5G通信、卫星通信和汽车雷达等高频应用。相比之下，FinFET的三维结构必然会产生较大的杂散电容，这在高频应用中是一个缺点。对于陷入困境的中国半导体产业来说，FD-SOI提供了一条相对实用的出路。虽然不需要最先进的 EUV 光刻设备或天文数字的资本投资，但它可以在物联网、汽车电子和射频芯片等快速增长的市场中提供有竞争力的解决方案。 IBS 首席执行官 Handel Jones 指出：“18nm FD-SOI 可以支持大部分16/14/12nm FinFET设计需求，甚至部分7nm FinFET设计可以使用12nm FD-SOI以更低的成本实现。”培育生态系统，十年的事业。技术的成功从来不是由单一的进步决定的，而是由整个生态系统的成熟度决定的。2013年上海首个FD-SOI论坛举办以来，培育了中国的FD-SOI生态系统目前，从衬底材料、晶圆代工、EDA工具到IP设计，新鸟科技已具备200mm SOI硅片的量产能力，并通过与Soitec的战略合作，掌握了智能切割技术，可以生产满足先进工艺要求的超薄硅片。拥有Soitec约11%的股份，建立从技术到资本的深度链接。 2025第十届上海FD-SOI论坛 在晶圆代工方面，GlobalFoundries是目前全球FD-SOI工艺的主要推动者。收购IBM半导体业务后，该公司继承了FD-SOI积累的技术，推出了两代工艺平台：22FDX和12FDX。根据 GlobalFoundries 的 Rev Data，2019 年 22FDX 平台上超过 50% 的录音来自中国客户。意法半导体（ST）也是FD-SOI领域的主力军。 2023年，法国政府宣布投资29亿欧元，帮助ST和GlobalFoundries在法国联合建设一座基于FD-SOI工艺的晶圆厂。在EDA和IP方面，芯原是中国FD-SOI生态系统的主要推动者之一。该公司由戴伟民博士创立，已为22nm FD-SOI工艺交付超过59个模拟和混合信号IP，涵盖蓝牙、Wi-Fi和全球导航卫星系统。国内EDA公司信合半导体也积极支持FD-SOI的设计工艺，并与GlobalFoundries合作提升客户技术。我们正在推动这项技术的引进。在芯片设计方面，许多国家的国内公司也开始采用FD-SOI技术。瑞芯微、复旦微电子、国科微电子等公司均宣布采用22nm FD-SOI工艺进行物联网芯片设计。在国际市场上，NXP的i.MX系列处理器、Renesas的22nm微控制器、Lattice的FPGA芯片等知名产品也采用了FD-SOI工艺。中国科学院院士、我国半导体材料科学知名专家王曦曾在FD-SOI论坛上表示：“中国吸收SOI技术和产品的空间广阔，我们同在一条命运之船上。”当然，FD-SOI 也并非没有挑战。最明显的问题就是尺寸的差距生态系统。经过10多年的发展，FinFET已经建立了庞大而成熟的产业生态系统。供应链中的每个环节都非常成熟，从设计工具和知识产权库到制造能力。相反，FD-SOI 生态系统仍然是一个利基市场。 “我们仍然只占市场的一小部分，而 FinFET 仍然代表着供应链中的很大一部分价值，”Handel-Jones 说。电路板的成本也是一个主要障碍。 FD-SOI 硅片的价格仍然明显高于常规体硅，早期数据显示 SOI 衬底的成本是体硅的三到四倍。尽管产能扩张和技术进步正在缩小这一差距，但成本因素仍然是大规模采用 FD-SOI 的主要障碍。这里出现了经典的先有鸡还是先有蛋的困境。这意味着由于缩放能力不足而难以降低板卡成本且成本较高der大规模推广。上海硅业集团常务副总裁、上海新森董事长兼首席执行官李伟博士也表示：“懂FD-SOI衬底技术的人还知道，不知道的人还不知道。”要打破这一僵局，不仅需要大量的资金投入，还需要产业链上下游的协同努力。更困难的问题是当地冶炼能力不足。尽管中国在FD-SOI衬底材料、EDA工具、IP设计等方面取得了长足进步，但仍缺乏具备先进FD-SOI加工能力的本土工厂。 GlobalFoundries曾于2017年宣布与成都合资建设22FDX生产线，但该项目后来因各种原因被取消。另据悉，华力微电子参与了FD-SOI，但目前尚未取得重大进展。没有本土代工能力，中国FD-SOI芯片p设计公司必须依赖GlobalFoundries位于德国德累斯顿或新加坡的生产线。这不仅增加了物流成本和交付风险，还引发了地缘政治紧张背景下供应链安全的担忧。结论：故事的另一种可能性。回望2025年的时间节点，当年技术路径的分歧似乎意外地带来了一种“和解”。从技术演进的角度来看，FinFET和FD-SOI并不是完全相反的路径，但未来可能会在某个节点发生融合。业界正在开始探索将 SOI 衬底和 FinFET 晶体管结构相结合的 SOI-FinFET 工艺，从而有可能结合这两种技术的优点。法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）开展10纳米和7纳米节点FD-SOI测试线研发表明这条技术路径仍有继续发展的空间。从市场结构来看，FD-SOI已经找到了自己的生态位。我们的想法不是在手机处理器和高性能计算等 FinFET 擅长的传统领域与后者正面竞争，而是在物联网、汽车电子、射频通信和尖端人工智能等新兴市场创造自己的世界。据市场研究机构预测，全球FD-SOI市场预计将从2022年的约7亿美元增长到2027年的超过40亿美元，年复合增长率超过30%。对于中国半导体产业来说，FD-SOI的战略价值或许不在于能否普及，而在于为在孤立环境下维持技术能力发展提供了一条现实路径。当下一代p工艺是“锁定”的，采用成熟的22/12nm FD-SOI工艺来覆盖尽可能多的应用场景，既是现实的商业选择，也是保持技术活力的战略设计。戴伟明博士在最近举行的 FD-SOI 论坛圆桌会议上提出了一个发人深省的问题：“我们的未来会直接走向 GAA（网关晶体管）还是 FD-SOI 技术会被推向极限？”这个问题没有标准答案。但可以肯定的是，能够保持更高效的技术路径，在没有“备胎”就可能输的半导体博弈中，意味着你在未来的博弈中多了一个筹码。 20多年前，当胡正明教授在伯克利实验室提出FinFET和FD-SOI解决方案时，他或许没有想到业界的选择会如此决然片面。或许他没想到，20年后，被主流抛弃的技术道路又会再次出现。吸引世界另一端中国的关注。这就是历史的偶然性。英特尔一个看似纯粹的商业决策影响了整个产业链的走向。中国资本低调的金融投资为未来的技术创新铺平了道路。 FD-SOI 的故事还在继续。这是否会成为打破中国半导体产业的关键，还有待观察。但至少摩尔定律的终结提醒人们，它可以希望通往未来的道路不止一条。 本文为观察者网独家报道。文章内容纯属作者个人观点，不代表平台观点。未经许可不得转载。如果您这样做，您将承担法律责任。微信关注观察者网，每天阅读有趣的文章。
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