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等死與找死？FD-SOI何以成為中國半導體的一條活路
2014年前後，法國SOI襯底材料龍頭Soitec正經歷著公司歷史上最艱難的時刻。由於FD-SOI市場遲遲未能起量，這家掌握著獨門Smart-Cut技術的法國公司一度面臨資金鏈斷裂的危機，需要依靠法國政府的貸款才能維持營運。
與此同時，中國的國家積體電路產業投資基金（“大基金”）剛剛成立，正在全球範圍內尋找投資標的。據芯原股份創始人戴偉民博士回憶，當時大基金的考察團曾有機會投資Soitec，考察團中有人說了一句後來廣為流傳的話：
“做FinFET是等死，做FD-SOI是找死。”
這句話深刻反映了當時國內產業界對FD-SOI的普遍認知——在FinFET當時已經成為絕對主流，而且形成技術有序迭代的情況下，中國大陸半導體如果追者FinFET技術路線跑，可能會永遠棋差一步，當時普遍有這種焦慮：“為何我們投入的錢越來越多，和西方的差距反而不見縮小？”然而，另一條路——逆勢押注FD-SOI似乎是一條看不到出路的死胡同。
十年之後的今天，當全球半導體產業格局因地緣政治而劇烈重構，當中國晶片產業在先進製程領域遭遇“卡脖子”困境，這條曾被主流產業拋棄的技術路線，正在以一種出人意料的方式，為中國半導體產業打開一扇新的窗戶。
技術路線的分岔：同一個問題，兩種解法
要理解這場技術路線分岔的深意，需要回到二十世紀末的那場危機。
1999年，美國國防部高級研究計畫局（DARPA）資助了一個雄心勃勃的研究項目，目標是探索CMOS技術如何突破25奈米的物理極限。彼時，整個半導體行業籠罩在一片悲觀情緒之中。根據當時的技術預測，當電晶體的柵極長度逼近20奈米時，傳統的平面結構將徹底失效——電子會像不聽話的孩子一樣四處亂竄，漏電問題將使晶片變成一塊發熱的廢鐵。
領導這個研究項目的，是加州大學伯克利分校的胡正明教授。這位後來被譽為“摩爾定律續命人”的華人科學家，帶領團隊提出了兩種截然不同的解決方案。
用一個通俗的比喻來理解：想像你手中握著一根越來越細的水管，水流變得越來越難以控制，總是從指縫間漏出去。怎麼辦？
第一種辦法是把水管豎起來——你的手指可以從三面包裹住水管，接觸面積大了，控制力自然就強了。這就是FinFET的核心思想：將原本平躺的電晶體溝道豎起來，形成一個像魚鰭一樣的三維結構，讓柵極能夠從三面包裹住溝道，大幅增強對電流的控制能力（如下圖）。
第二種辦法是在水管下面墊一層絕緣材料——即使水流想往下滲漏，也會被這層“防水墊”擋住。這就是FD-SOI的邏輯：在電晶體下方嵌入一層超薄的絕緣氧化層（埋氧層。如下圖），同時將頂層的矽膜做到極薄，讓整個溝道處於“全耗盡”狀態，從根本上切斷漏電通路。
兩種方案各有千秋。FinFET的優勢在於與傳統工藝的相容性更好，可以沿用大部分現有裝置；FD-SOI則保留了平面結構的簡潔性，工藝步驟更少，而且擁有一項獨特的“殺手鐧”——背面偏置技術，可以通過調節襯底電壓來動態控制電晶體的性能和功耗，這在物聯網、射頻晶片等對功耗敏感的領域有著巨大的應用價值。
技術本身是中立的，但產業的選擇從來不是。
胡正明教授團隊在1999年發表了FinFET的研究成果，2000年又公佈了FD-SOI的技術方案。按照他的設想，這兩條路線完全可以平行發展，各自服務於不同的應用場景。然而，產業界的反應卻出人意料地一邊倒。
問題出在FD-SOI對襯底材料的苛刻要求上。要讓這種技術正常工作，頂層矽膜的厚度必須控制在極薄且極均勻的水平——用戴偉民博士的比喻來說，“飛機從巴黎飛到上海，整個過程中上下波動不能超過15毫米”。這種精度要求在當時看來幾乎是天方夜譚。
更關鍵的是，能夠提供這種高品質SOI襯底的廠商屈指可數。法國的Soitec公司掌握著一項名為Smart-Cut的獨門技術，可以製造出滿足要求的超薄矽膜。但對於當時如日中天的英特爾來說，將如此核心的材料供應鏈命脈交給一家"小法國公司"，在戰略上是難以接受的。
還有一個被忽視的因素：2000年代初期，CPU市場仍以數字邏輯電路為主，射頻功能並不是晶片設計的重點。FD-SOI在射頻整合方面的優勢，在那個時代尚未得到充分認識。
於是，英特爾做出了影響深遠的決定：全力押注FinFET，徹底繞開SOI襯底的技術路線。
接下來發生的事情，幾乎是一場產業鏈的“多米諾效應”。台積電一直以來的策略是跟隨領先者——英特爾走那條路，台積電就緊隨其後。當英特爾在2011年率先量產22奈米FinFET工藝時，台積電迅速跟進，三星也不甘落後。裝置廠商、材料供應商、EDA工具商紛紛調整研發方向，整個產業生態迅速向FinFET傾斜。
戴偉民博士在回憶這段歷史時感慨萬千：“英特爾一走，台積電就走了。整個產業鏈的裝置、材料、IP全部傾向了FinFET。”
FD-SOI就這樣被推到了歷史的邊緣。它並非技術上失敗了，而是在產業博弈中"輸"給了生態系統的力量。
命運的轉折：中國資本與法國技術的相遇
雖然大基金的考察團與Soitec的故事告一段落，但事情並沒有就此結束。
2016年，上海矽產業投資有限公司（滬矽產業的前身）以一種更加務實的方式介入了這場博弈。他們沒有試圖“賭”那條技術路線會勝出，而是通過資本紐帶與Soitec建立了戰略合作關係，認購了這家公司約14.5%的股份。
這筆投資的意義遠超財務回報。它為中國半導體產業打開了一扇通往SOI技術世界的大門。此後，滬矽產業旗下的上海新傲科技獲得了Soitec最核心的Smart-Cut技術授權，成為全球僅有的四家擁有該技術的企業之一。
戴偉民博士清楚地記得那些年每年在上海舉辦的FD-SOI論壇上的一個傳統——晚宴會安排在一艘船上舉行。“We are on the same boat”，他這樣解釋這個安排的寓意，“我們在同一艘命運之船上。”
中國資本的注入不僅挽救了Soitec於危難之中，也間接促使法國政府堅定了對這家公司的支援。如今回頭看，當年那筆投資的回報已經超過了十倍。而更重要的是，它為中國在FD-SOI領域建立自主能力埋下了種子。
在半導體產業的版圖中，FinFET與FD-SOI從來不是簡單的優劣之爭，而是不同應用場景下的適配之選。
FinFET的優勢在於極致的性能和整合密度，是手機處理器、高性能計算晶片等領域的不二之選。但它也有明顯的短板：工藝複雜度高、製造成本昂貴、對先進裝置依賴度極高。從14奈米往下，每前進一個節點，投資額都以百億美元計。更關鍵的是，最先進的FinFET製造能力高度集中在台積電、三星和英特爾三家手中，而這些產能對中國大陸企業的可及性正在急劇下降。
FD-SOI則展現出截然不同的特點。它保留了平面工藝的簡潔性，製造步驟比同等性能的FinFET工藝少30%以上，對光刻裝置的要求也相對寬鬆。一條22奈米FD-SOI產線的投資額，大約只有同等產能14奈米FinFET產線的三分之一到一半。
更重要的是，FD-SOI在功耗控制方面有著天然的優勢。通過背面偏置技術，設計師可以在晶片運行過程中動態調節功耗和性能——需要高性能時“踩油門”，空閒時“松腳剎”。這種能力在物聯網感測器、可穿戴裝置、汽車電子等對續航敏感的應用中極具價值。
此外，FD-SOI在射頻性能上的優勢尤為突出。由於平面結構的寄生電容更低，FD-SOI電晶體可以輕鬆工作在毫米波頻段，非常適合5G通訊、衛星通訊、汽車雷達等高頻應用。相比之下，FinFET的三維結構天然會產生更大的寄生電容，在高頻應用中反而成為劣勢。
對於正在經歷“卡脖子”困境的中國半導體產業而言，FD-SOI提供了一條相對現實的突圍路徑。它不需要最先進的EUV光刻機，不需要天文數字的資本投入，卻能在物聯網、汽車電子、射頻晶片等高速增長的市場中提供有競爭力的解決方案。
正如IBS首席執行官Handel Jones所指出的：“18奈米FD-SOI可以支援大多數16/14/12奈米FinFET的設計需求，甚至部分7奈米FinFET的設計也可以用12奈米FD-SOI來實現，而成本要低得多。”
生態圈的培育：一場持續十年的長跑
技術的成功從來不是單點突破，而是生態系統的整體成熟。
自2013年第一屆上海FD-SOI論壇舉辦以來，中國的FD-SOI生態圈已經經歷了十年的培育。如今，一條從襯底材料、晶圓代工、EDA工具到IP設計的完整產業鏈正在逐漸成形。
在襯底材料端，滬矽產業旗下的新傲科技已經具備了200毫米SOI矽片的量產能力，並正在向300毫米FD-SOI襯底邁進。通過與Soitec的戰略合作，新傲掌握了Smart-Cut技術，可以生產滿足先進製程要求的超薄矽膜。滬矽產業還持有Soitec約11%的股份，建立了從技術到資本的深度繫結。
在晶圓代工端，格芯（GlobalFoundries）是目前全球FD-SOI工藝的主要推動者。這家公司在收購IBM半導體業務後繼承了FD-SOI的技術積累，並推出了22FDX和12FDX兩代工藝平台。據格芯披露的資料，2019年其22FDX平台50%以上的流片來自中國客戶。意法半導體（ST）也是FD-SOI陣營的重要力量，2023年法國政府宣佈投資29億歐元支援ST與格芯在法國合建一座基於FD-SOI工藝的晶圓廠。
在EDA和IP端，芯原股份是中國FD-SOI生態圈的核心推動者之一。這家由戴偉民博士創立的公司，已經為22奈米FD-SOI工藝提供了超過59個模擬與混合訊號IP，涵蓋藍牙、Wi-Fi、GNSS等主流無線通訊協議。國內的EDA公司芯和半導體也在積極支援FD-SOI設計流程，與格芯合作加速客戶的技術採用。
在晶片設計端，已經有多家國內企業開始採用FD-SOI工藝。瑞芯微、復旦微電子、國科微等公司都曾宣佈採用22奈米FD-SOI工藝設計物聯網晶片。國際市場上，NXP的i.MX處理器系列、瑞薩的22奈米微控製器、Lattice的FPGA晶片等知名產品也都採用了FD-SOI工藝。
中國科學院院士，中國著名半導體材料學專家王曦曾在FD-SOI論壇上表示：“中國有廣闊的空間可以吸納SOI的技術和產品。我們在同一艘命運之船上。”
當然，FD-SOI並非沒有挑戰。
最顯而易見的問題是生態系統的規模差距。經過十多年的發展，FinFET已經建立起一個龐大且成熟的產業生態，從設計工具、IP庫到製造產能，供應鏈的每一個環節都高度完善。相比之下，FD-SOI的生態圈仍然是一個小眾市場。正如Handel Jones所說：“我們仍然只是市場的一小部分，FinFET仍然佔據供應鏈價值的大頭。”
襯底成本是另一個關鍵瓶頸。FD-SOI矽片的價格仍然顯著高於普通體矽——根據早期的資料，SOI襯底的價格曾是體矽的三到四倍。雖然隨著產能擴張和技術進步，這一差距正在縮小，但成本因素仍然是阻礙FD-SOI大規模普及的重要障礙。
這裡存在一個典型的“先有雞還是先有蛋”的困境：規模化能力不足導致襯底成本難以下降，而成本居高不下又阻礙了規模化推廣。滬矽集團常務副總，上海新昇董事長兼任總經理李煒博士也說：“FD-SOI襯底技術會的人還是會，不會的還是不會。”打破這一僵局需要產業鏈上下游的協同努力，以及持續的資本投入。
更棘手的問題是本地代工產能的缺失。儘管中國在FD-SOI的襯底材料、EDA工具、IP設計等環節已經取得了長足進步，但目前仍然缺少一座具備先進FD-SOI工藝能力的本土晶圓廠。格芯曾在2017年宣佈與成都合資建設22FDX產線，但這一項目後因種種原因停工。華力微電子也曾傳出涉足FD-SOI的消息，但至今未見實質性進展。
沒有本地代工能力，中國的FD-SOI晶片設計企業就必須依賴格芯在德國德累斯頓或新加坡的產線，這不僅增加了物流成本和交期風險，更在地緣政治緊張的背景下帶來了供應鏈安全的隱憂。
結語：歷史的另一種可能
站在2025年的時間節點回望，當年那場技術路線的分岔似乎正在以一種意想不到的方式迎來某種“和解”。
從技術演進的角度看，FinFET與FD-SOI並非完全對立的兩條路線，而是有可能在未來某個節點實現融合。業界已經開始探索將SOI襯底與FinFET電晶體結構相結合的SOI-FinFET工藝，這種方案或許能夠兼具兩種技術的優點。法國原子能委員會電子與資訊技術實驗室（CEA-Leti）已經在10奈米和7奈米節點上進行了FD-SOI的試驗線研發，證明這條技術路線仍然有繼續演進的空間。
從市場格局的角度看，FD-SOI正在找到屬於自己的生態位。它不是要在手機處理器、高性能計算等FinFET的傳統強項領域與後者正面競爭，而是在物聯網、汽車電子、射頻通訊、邊緣AI等新興市場開闢自己的天地。根據市場研究機構的預測，全球FD-SOI市場規模將從2022年的約7億美元增長到2027年的40億美元以上，復合年增長率超過30%。
對於中國半導體產業而言，FD-SOI的戰略價值或許不在於它能否成為主流，而在於它提供了一種在封鎖環境下保持技術能力建設的現實路徑。在最先進製程被"卡脖子"的情況下，用成熟的22/12奈米FD-SOI工藝覆蓋儘可能多的應用場景，既是一種務實的商業選擇，也是一種保持技術活力的戰略佈局。
戴偉民博士在最近一次FD-SOI論壇的圓桌討論上提出了一個發人深省的問題：“我們的未來究竟是直接邁向GAA（環繞柵極電晶體），還是將FD-SOI技術推向極限？”
這個問題沒有標準答案。但可以確定的是，在半導體這個沒有“備胎”就可能出局的遊戲中，多保留一條技術路線的能力，就多保留了一份在未來博弈中的籌碼。
二十多年前，當胡正明教授在伯克利的實驗室裡同時提出FinFET和FD-SOI兩種方案時，他或許沒有預料到，產業的選擇會如此決絕地一邊倒。他也可能沒有想到，二十年後，那條被主流拋棄的技術路線，會在地球另一端的中國重新獲得關注。
歷史的偶然性就在於此。英特爾一個看似純粹的商業決定，牽動了整條產業鏈的走向；中國資本一次不起眼的財務投資，卻為日後的技術突圍埋下了伏筆。
FD-SOI的故事還在繼續。它能否成為中國半導體產業破局的關鍵一子，答案仍在書寫之中。但至少，它提醒我們：在摩爾定律的盡頭，或許不止一條路通向未來。 (心智觀察所)