作者： Koen Noldus，平台架構師，安森美類比與混合信號事業部
受到人工智慧（AI）、5G網路、電動汽車（EV）、工業自動化、消費電子和醫療電子等領域對尖端電子產品需求的推動，半導體產業正以前所未有的速度發展。 為了保持領先地位，設計人員不斷挑戰晶片設計的極限，力求實現更小、更節能和更高性能的解決方案。 在電動汽車、由AI驅動的資料中心、醫療設備和製造業等產業中，晶片性能的微小提升都可能轉化為顯著的競爭優勢。
功耗、性能和面積
隨著技術的進步，對更緊湊、更強大的半導體解決方案的需求也與日俱增。 設計人員必須平衡幾個關鍵因素，包括性能、功耗和尺寸，統稱為 PPA（功耗、性能和面積）指標。 這一指標在選擇半導體元件和工藝技術以滿足不斷變化的市場需求方面具有關鍵作用。 作為一個純數位，PPA 指標（FoM）通常表示為：
此外，PPA 指標也可以用三角形圖（2D）或金字塔圖（3D）來表示。
低功耗、高性能（或最小解析度，以 mV/LSB 表示）以及更小的矽片面積通常被用來衡量電路或工藝技術的競爭力。在電路設計過程中，這三個變數通常需要相互權衡，其中一個變數的改進往往會對另一個變數產生負面影響。 問題是，以 PPA 作為衡量標準，採用下一代工藝技術能在類比電路中可以實現哪些整體改進？
深入瞭解 PPA： TND6465 – Treo 平台帶來出色的精密類比
Treo 平臺的技術飛躍：65 nm BCD 與 180 nm CMOS 的對比
為了應對這些挑戰， 安森美（onsemi）推出了 Treo 平臺，這是一款尖端的半導體技術平臺，旨在支援下一代類比和混合訊號產品。 Treo 基於 BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）技術構建，與現有的 BCD 平臺不同，Treo 提供了業界領先的1V 至 90V 電壓範圍，實現了卓越的整合度、更低的功耗和領先產業的效率。 與較早的 180nm CMOS 技術相比，透過利用 65nm 工藝技術，安森美顯著提升了半導體設計能力。
Treo 平臺的 65nm BCD 技術具有多項關鍵優勢，包括：
- 能效提升： 閘極氧化層厚度的減少降低了電源電壓（5V 對 3.3V 或 5.0V），因此可節省高達 25% 或 50% 的功耗。 實際的功耗降低可能因電流消耗減少而有所不同，甚至可能超過這一數值。
- 縮小尺寸： 從 180 nm縮小到 65 nm 工藝技術，可顯著減少低壓模擬電路的面積。
- 性能提升： 透過改進晶體管匹配和縮小幾何尺寸，基於 Treo 的解決方案在相同的功耗下實現了更高的精度和更大的頻寬。
- 無縫高壓整合： Treo 可將高壓元件嵌入晶片本身，無需外部電源模組，簡化了設計複雜性。
案例研究： Treo 在運算放大器電路中的優勢
為確保性能相當，移植過程中仔細處理了失調電壓、頻寬、相對輸入共模範圍等關鍵參數。 流片後對兩種電路進行特性測試，最終驗證了移植至Treo工藝帶來的性能提升。
結果清楚地表明，在 Treo 平臺上開發的設計具有顯著優勢：
- 功耗： 降低了2 倍，這意味著新設計的功耗不到舊設計的一半。
- 晶片面積： 減少1%，矽片使用率提高2.32倍。
- 整體 PPA 品質因數 （FoM）： 基於 Treo 的設計性能是 180nm 版本的1 倍。
這些改進不僅提高了效率，還使設計人員能夠在更小的元件中整合更多的功能和性能，從而使下一代半導體產品更具競爭力和成本效益。
卓越製造
晶片設計方面的技術進步固然重要，但強大的製造後盾同樣不可或缺。 為了確保供應鏈的穩定，安森美在紐約州East Fishkill投資建立了先進的半導體製造工廠。 該工廠於 2023 年投入使用，在利用 300mm 晶圓技術生產基於 Treo 的半導體解決方案中發揮著關鍵作用。
透過建立本土生產基地，安森美提升了供應鏈的可靠性，並減少了對海外製造的依賴。 鑒於近年來全球半導體短缺和地緣政治不確定性對供應鏈造成的衝擊，這一點顯得尤為重要。
結語
半導體產業正處於一個關鍵轉捩點，對更高效率、更小尺寸和更優性能的需求不斷增長。 安森美的Treo平台憑藉其先進的65nm BCD技術，代表了這一領域的重大飛躍，與傳統的類比和混合訊號解決方案相比具有顯著優勢。
在強大供應鏈和尖端製造技術的支援下，Treo平臺將重新定義半導體產業的格局，提供高效節能且高性能的晶片，推動下一波技術創新。 無論是在人工智慧、汽車、醫療還是工業應用領域，Treo正在為一個更加智慧、更多連結的世界打造坦途。
關於安森美（onsemi）
安森美（onsemi， 納斯達克股票代號：ON）致力推動顛覆性創新，打造更美好的未來。 公司關注汽車和工業終端市場的大趨勢，加速推動汽車功能電子化和汽車安全、可持續電網、工業自動化以及5G和雲基礎設施等細分領域的變革創新。 安森美提供高度差異化的創新產品組合以及智能電源和智能感知技術，以解決全球最複雜的挑戰，引領創造更安全、更清潔、更智能的世界。 安森美名列《財富》美國500強，也被納入納斯達克100指數和標普500指數。 瞭解更多關於安森美的資訊，請訪問：http://www.onsemi.com。
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