本文作者：Koen Noldus，平臺架構師，安森美模擬與混合信號事業部

半導體行業正以前所未有的速度發展，這主要受到人工智能（AI）、5G網絡、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。為了保持領先地位，設計人員不斷挑戰芯片設計的極限，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驅動的數據中心、醫療設備和制造業等行業中，芯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起著關鍵作用。 作為一個純數字，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。

圖1. PPA三角形作為工藝技術評估指標示意圖

低功耗、高性能（或最小分辨率，以mV/LSB表示）以及更小的硅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，這三個變量通常需要相互權衡，其中一個變量的改進往往會對另一個變量產生負面影響。 問題是，以 PPA作為衡量標準，采用下一代工藝技術能在模擬電路中可以實現哪些整體改進？

Treo平臺的技術飛躍：65nm BCD 與180nm 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，旨在支持下一代模擬和混合信號產品。Treo基于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電壓范圍，實現了卓越的集成度、更低的功耗和領先行業的效率。與較早的180nm CMOS 技術相比，通過利用65nm工藝技術，安森美顯著提升了半導體設計能力。

圖2：Treo平臺大幅縮小了尺寸

Treo平臺的65nm BCD 技術具有多項關鍵優勢，包括：

能效提升：柵極氧化層厚度的減少降低了電源電壓（2.5V對3.3V 或5.0V），從而可節省高達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：通過改進晶體管匹配和縮小幾何尺寸，基于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帶寬。

無縫高壓集成：Treo可將高壓元件嵌入芯片本身，從而無需外部電源模塊，簡化了設計復雜性。

案例研究：Treo在運算放大器電路中的優勢

為了展示Treo平臺的優勢，安森美對采用180nm CMOS工藝設計的兩級米勒運算放大器與其移植到Treo 65nm BCD平臺的版本進行了直接對比。

為確保性能相當，移植過程中仔細處理了失調電壓、帶寬、相對輸入共模范圍等關鍵參數。流片后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2.2倍，這意味著新設計的功耗不到舊設計的一半。

芯片面積：減少43.1%，硅片使用率提高2.32 倍。

整體PPA 品質因數 (FoM)：基于Treo的設計性能是180nm版本的5.1 倍。

圖3：用于運算放大器比較的PPA 三角形

(綠色為180nm，橙色為BCD65）

這些改進不僅提高了效率，還使設計人員能夠在更小的器件中集成更多的功能和性能，從而使下一代半導體產品更具競爭力和成本效益。

卓越制造

芯片設計方面的技術進步固然重要，但強大的制造后盾同樣不可或缺。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制造工廠。該工廠于2023年投入使用，在利用300mm晶圓技術生產基于Treo的半導體解決方案中發揮著關鍵作用。

通過建立本土生產基地，安森美提升了供應鏈的可靠性，并減少了對海外制造的依賴。鑒于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沖擊，這一點顯得尤為重要。

結語

半導體行業正處于一個關鍵轉折點，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平臺憑借其先進的65nm BCD技術，代表了這一領域的重大飛躍，與傳統的模擬和混合信號解決方案相比具有顯著優勢。

在強大供應鏈和尖端制造技術的支持下，Treo平臺將重新定義半導體行業的格局，提供高效節能且高性能的芯片，推動下一波技術創新。無論是在人工智能、汽車、醫療還是工業應用領域，Treo正在為一個更智能、更互聯的世界鋪平道路。