关于FD-SOI的性能分析和应用介绍

今年最火的是什么？估计很多人都会给出人工智能这个答案。

确实，无论是推出TPU的谷歌，还是借着GPU翻上历史顶峰的英伟达，亦或是将会在下个月推出搭载麒麟970的华为，这些事件当中，无一例外的都提到了人工智能和深度学习。

而在今年9月26日举行的第五届上海FD-SOI论坛上，在这汇聚了业内顶尖人才和专家的盛会上，深度学习和人工智能再一次走进了半导体行业深层次领域，而不再浮于应用层面。

深度学习和人工智能能够为FD-SOI带来什么呢？机遇还是挑战？

美国商业战略公司（IBS）主席兼首席执行官Handel Jones 先生给出了自己的答案。

美国商业战略公司（IBS）主席兼首席执行官Handel Jones

产品驱动下的全球半导体市场

近年来，半导体市场一直保持这增长态势。

比较明显的一个趋势就是，2015年，全球半导体市场总额为3371亿美元，2017年增长到3844亿美元，虽然近年来的增长速度不快，但是受到来自于物联网、人工智能、无人驾驶等多种新应用的兴起，Handel Jones 先生表示，这一数字将会在未来几年出现飞速的增长。预计到2025年，将会增长到6098亿美元。

而从具体的细分产品来看，目前全球半导体市场中产品主要分为以下几类：MPU、MCU、DSP、StandradC Cell ASIC、FPGA、Logic、显示驱动、模拟、存储等等。

从Handel Jones 先生分享的上图中，我们不难发现，其中逻辑器件以及存储器件将会成为半导体市场的主要驱动力。逻辑器件和存储器件作为通用的半导体器件，其增长只能说明整个半导体市场出现了增长，市场对于这类器件的需求出现了增长。

为什么会出现显著的增长呢？主要的原因就是人工智能、深度学习、无人驾驶这类新的应用使得原本并不或者很少使用电子元器件的应用更多的使用到电子元器件。

以人工智能为例，为了满足人工智能可能的需求，我们需要不断的提高处理性能，获得海量数据需要进行存储，进行学习。这在无形之中都增加了电子元器件的使用，更不用说物联网这类无所不在的应用，更是将电子元器件布局到生活中的方方面面。

半导体的主力——中国市场

那中国作为半导体市场最大的消费者，又有什么不同呢？

从上图我们能够看到，中国在2015年，市场总额为1640亿美元，约占全球的48.7%。到了2017年，预计将会增长到1990亿美元，占比52%。那么2025年的情况又怎么样呢？在高速增长的态势下，中国市场到2025年可能达到3660亿美元，占比60%。

可以说，中国市场作为最大的消费群体，在半导体市场中的作用愈加凸显，但是从细分的产品划分来看，与全球并没有太多区别。

也就是说，物联网、人工智能和深度学习将会成为未来中国半导体市场主要的驱动力。

人工智能下的半导体行业变化

此外，Handel Jones 先生也指出，在人工智能和深度学习浪潮的影响下，全球半导体行业将会出现以下几点变化：

1.电子行业进入数据货币化阶段，这种货币化并不是如比特币一样的虚拟数据，而是意味着数据作为有价值的物品将会愈加重要，甚至是驱动公司的发展，成为主要的发展动能。比较明显的几个例子就是阿里巴巴、腾讯、百度甚至是国外的谷歌、亚马逊和Facebook，这些都是典型的数据驱动型公司。硬件在这些公司更多的只是辅助性作用。

2.中国企业在大数据时代异常的活跃。与硬件驱动时代不同，大数据时代由于硬件成本较低，软件更加便捷，中国企业在这一方面的活跃程度要远远高过外国企业。以阿里巴巴为例，其旗下的支付宝提供的移动支付功能，普及程度已经远远超过了发达国家，这一方面，中国已经走在了世界前列。

3.数据的来源将更加多样化和复杂化。物联网和人工智能将会带来数据的爆炸式增长，这种增长不仅体现在数据量级的增长，也体现在数据来源的增长。物联网使得万事万物都能够连接到网络，而人工智能和深度学习对于数据的需求也是传统应用难以企及，这就使得我们获取的数据的来源从原先的几个来源，变为了现在的成百上千个不同的来源，更不要说到底会有多少物体会接入到物联网中。

4.除了之前所说的物联网和人工智能之外，自动驾驶，游戏以及高清视频同样会产生海量的数据，这些也会增加数据的量级和复杂程度。

5.这同样也为半导体市场带来了巨大的发展机遇。像人工智能、深度学习这样的应用，是需要海量的数据来支持的，没有足够的数据，人工智能就难以落地。那么在这过程中，无论是数据的手机、传输、呈现还是处理都需要半导体的介入，而这就是难以估量的机遇。

6.除了海量数据的要求之外，由于人工智能涉及到视觉、音频、实时处理能力以及今后的训练、推理功能，都要求能够使用更高性能、更低功耗的产品来支撑。这也是半导体的一个机遇。

之前提到的更多的是一种技术方面的变化，那么是不是还有什么我们忽略的事情呢？

首先来看几个简单的例子：

在人工智能方面最先收益的是智能手机，在AR功能的支持下，最新的图像处理器将包括图像割裂和融合以及图像识别功能，这些功能都需要强大的运算能力，因此，我们看到，华为最新推出的具有神经处理单元的麒麟970能够达到1.92TFLOPS。苹果最新推出的A11仿生处理器，其计算速度能够达到每秒6000亿次运算。

目前智能驾驶还处在比较早期的阶段，要想实现所谓的4级甚至是5级自动驾驶，就需要人工智能和深度学习的介入。而目前英伟达公司正在致力研究的产品确实基于FD-SOI工艺的，这说明什么呢？

还需要更多的例子吗？智能机器人、智能家居、智能工厂，这些应用要想实现真正的智能就必须要有人工智能和深度学习，就需要半导体厂商为之提供真正适合的高性能、低功耗的处理器，就如英伟达所做的那样。

不成比例的中国市场

而中国也能够参与其中，因为中国有着更加广阔的市场，无论是硬件还是软件：

预计到2025年，中国市场将会占到全球半导体市场的60%。

像华为、Vivo、OPPO、联想等等这样的公司，到2025年将会在中国市场消耗掉60%的半导体，而这一数字在2010年的时候仅仅只是15.8%。

此外，中国将会生产提供全球65.4%的智能手机。

同时，中国还在致力于推动5G技术的发展和落地。

基于以上这些趋势，而中国又作为最大的半导体市场，到2025年，消耗半导体的份额将会提升至81.2%。

那么如此巨量的消耗都用到了哪里了呢？

其中一个比较明显的市场就是手机。

Handel Jones 先生分享一张近年来，中国生产的智能手机占全球智能手机的比例。从图中我们不难发现，2013年，中国仅占到35.7%；2015年，47.1%；2017年预计会达到58.9%；预计到2025年，将会达到65.4%。不难发现，中国公司所生产的手机所占的比例越来越高。

随着中国生产智能手机的数量增多，消耗的半导体占比也是呈现飞速的增长。2010年这一占比为15.8%，而预计到2025年将会增长到60%。

虽然中国企业生产的产品增加了，消耗也增加了，但是我们依然面临着一个严峻的问题：中国半导体企业需要加强自身的设计能力。Handel Jones 先生表示，还是以2015年到2025年这十年间为例，中国半导体企业从国内公司获得支持仅为10.1%，到2025年将增长到18.8%。

不难发现，中国半导体企业的增长速度和自身能力的增长完全不成比例，绝大多数设计还是以来国外企业。

如何解决这一问题呢？

解决问题的突破口

解决这一问题首先考虑的是从技术方面寻找突破口。

随着2014年，大基金的成立，中国半导体企业通过并购、建厂、建立研发基地以及发生了翻天覆地的变化。

但是传统的半导体工艺，尤其是FinFET技术，不仅需要大量的资金投入，也需要深入的技术研究，这些都不是短期内能够弥补的。更不要说随着收购愈来愈难，先进的技术很难真正进入国内。

这时候，我们却从另一个角度看到了突破的希望，那就是FD-SOI工艺。

作为与FinFET技术几乎同时出现的另一种工艺技术，FD-SOI工艺似乎一直活在FinFET的阴影里，难见天日。

但是随着物联网、人工智能、智能驾驶这样的新应用对半导体提出了全新的挑战，而FinFET工艺也遇到了瓶颈，尤其是FinFET的制造、研发成本越来越高，已经远远不是一般玩家能够承受的起的了。

作为在工艺成本方面很有研究的专家，Handel Jones 先生指出，在相同的条件下，12nm FD-SOI的工艺要比7nm FinFET工艺在成本上低27%。

更加详细的比较就是：

12nm FD-SOI要比16nm FinFET成本低22.4%，比10nm FinFET低23.4%，比7nm 低27%。当然这些都是在比较理想的情况下进行估计的。

可以说，FD-SOI工艺的主要价值就体现在低成本、低功耗和高性能上。

那在设计成本上呢？

12nm FD-SOI工艺的设计成本大概在5000万美元到5500万美元，而16nm FinFET的设计成本就已经达到了7200万美元。还是存在着很大的差距。

总结

因此，在Handel Jones 先生看来，FD-SOI具有以下几点优势：

1.FD-SOI工艺的入门成本要比FinFET，同时能够提供很好低功耗和高性能体验。

2.目前来看，FD-SOI工艺的设计成本比FinFET更低。

3.像RF、 eNVM这样的应用使用FD-SOI工艺将会更加有效。

那么为什么FD-SOI没有爆发呢？Handel Jones 先生认为主要是以下几点原因限制了FD-SOI工艺的发展。

1.FD-SOI的好处没有得到充分的认识。

2.IP还没有到位，生态系统没有建立起来。

3.目前厂商都过于乐观的估计了未来FinFET工艺的发展，无论是生产成本还是设计成本都存在盲目乐观的情况。

因此，Handel Jones 先生在演讲最后表示，中国公司如果只是关注FinFET想要追赶是非常困难，也应当关注其他高性能，低功耗的技术，而目前来看，FD-SOI就是一个很好的选择！