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臺(tái)積電在汽車電子領(lǐng)域的工藝與技術(shù)布局。
近年來汽車行業(yè)在向著更安全、更智能以及更環(huán)保三大趨勢(shì)發(fā)展，在7月19日世界半導(dǎo)體大會(huì)臺(tái)積電專場(chǎng)上，臺(tái)積電分享了圍繞這三個(gè)趨勢(shì)為客戶提供的各種工藝支持。
首先是更安全，人在駕駛的時(shí)候，通過眼睛耳朵去搜集周圍的信息，然后我們的大腦對(duì)它作出判斷，再控制手和腳去做出相應(yīng)的反應(yīng)。隨著輔助駕駛技術(shù)的進(jìn)一步的演進(jìn)，自動(dòng)駕駛在人類的車子上面安裝了更多的眼睛和耳朵，去搜集周圍的信息，同時(shí)搭配一個(gè)相對(duì)強(qiáng)大的SOC的芯片來對(duì)這些信息做一個(gè)判斷。
人類的眼睛耳朵有時(shí)候總會(huì)漏掉一些信息，大腦也有分神的時(shí)候，有了這樣的輔助駕駛的芯片，會(huì)讓未來的出行更加的安全。根據(jù)全球的預(yù)估到2030年L1級(jí)以上的ADAS芯片的上車率會(huì)達(dá)到90%以上。
第二個(gè)是更智能化，未來汽車會(huì)像是“有輪子的超級(jí)計(jì)算機(jī)”。這就需要汽車去跟外界做互通，就需要有一些通信模塊的存在。現(xiàn)在看到的3G、4G甚至是5G的通信模塊都在慢慢的上車，預(yù)計(jì)到2030年，整個(gè)通訊模塊的車子上面的安裝率會(huì)達(dá)到75%以上。
第三點(diǎn)更環(huán)保，今年新能源汽車的展臺(tái)都是非常的火爆，而且每一個(gè)展臺(tái)幾乎中間的C位都是一臺(tái)新能源車。中國新能源汽車發(fā)展的非?？?，全球范圍內(nèi)預(yù)計(jì)新能源汽車的滲透率會(huì)達(dá)到40%以上，在中國這個(gè)數(shù)字應(yīng)該會(huì)更早的被達(dá)到甚至被超越。
整體的汽車半導(dǎo)體行業(yè)的規(guī)模有多大？在2020年，整個(gè)全球汽車的出貨量是8,200萬臺(tái)，臺(tái)積電預(yù)計(jì)到2027年會(huì)增長到9,400萬臺(tái)，其中車子里面用到的芯片的含量的市場(chǎng)規(guī)模會(huì)從530億美金增長到940億美金。推動(dòng)這些芯片數(shù)量增加的主要的來源就是剛剛提到的三大塊，他們分別貢獻(xiàn)了從16%~23%不等的一個(gè)年復(fù)合增長率。
不管是輔助駕駛還是自動(dòng)駕駛，都需要有一個(gè)強(qiáng)大的SOC的芯片提供強(qiáng)大的算力來處理搜集到的大量的數(shù)據(jù)。從L2開始，就出現(xiàn)了一個(gè)能效比的概念。行業(yè)用Tops/Watt來衡量芯片需要提供的一個(gè)能力。在第二個(gè)層級(jí)，大概只需要0.1Tops/Watt，這個(gè)時(shí)候大概使用28納米或者是16納米就足夠了；但是隨著技術(shù)往前演進(jìn)，在L4，L5，達(dá)到10個(gè)Tops/watt，這樣子對(duì)于工藝的要求會(huì)進(jìn)一步提升到5納米甚至是3納米。
針對(duì)汽車電子，臺(tái)積電在2018年就已經(jīng)推出了7納米的工藝，但是直到2021年才完整的推出N7A平臺(tái)。N5工藝也是一樣，經(jīng)過3年才推出N5A平臺(tái)，隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，臺(tái)積電希望能加快推出更新工藝。
臺(tái)積電計(jì)劃在2024年推出N4AE和N3AE兩個(gè)平臺(tái)，那么AE代表Auto Early，這一平臺(tái)是為了在2026年N3A的平臺(tái)可以供客戶使用之前，先讓早期的客戶拿到相關(guān)的設(shè)計(jì)文檔，可以開始進(jìn)行一些前期的設(shè)計(jì)。臺(tái)積電在三年間不斷提升工藝良率，客戶也可以節(jié)省兩年的時(shí)間去優(yōu)化設(shè)計(jì)。這就等于是客戶不用等到一切都準(zhǔn)備好了，再開始跑，可以提前就小步快走起來。
?臺(tái)積電談車用eNVM
車子里面會(huì)用到很多MCU芯片，包括車窗的控制，雨刮器、空調(diào)、車燈等等。MCU分布在汽車的各個(gè)部位，傳統(tǒng)的汽車的MCU是一種分布式的架構(gòu)，現(xiàn)在隨著電子電器架構(gòu)的往前演進(jìn)，可以看到MCU是在向域控制器以及中央計(jì)算發(fā)展，這就要求更強(qiáng)大的MCU來支持汽車更智能的控制。
因此臺(tái)積電也看到整個(gè)的技術(shù)從28納米向3D Finfet工藝的演進(jìn)。
同時(shí)隨著OTA的成熟以及軟件定義汽車的普及，臺(tái)積電看到對(duì)于存儲(chǔ)的要求也在不斷的增加，因此臺(tái)積電看到MCU的趨勢(shì)會(huì)從嵌入式的 flash的工藝向emerge memory演進(jìn)。
在2005年，臺(tái)積電就推出了180納米的車用的平臺(tái)。到2019年，臺(tái)積電提供了28納米的嵌入式的flash技術(shù)。
Flash有一個(gè)缺點(diǎn)，隨著技術(shù)演進(jìn)，它的成本價(jià)格會(huì)越來越高，這是不符合經(jīng)濟(jì)效益的。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)臺(tái)積電引入了eNVM技術(shù)，即MRAM和RRAM，目前臺(tái)積電的16納米和12納米的技術(shù)正在開發(fā)中。
MRAM跟傳統(tǒng)的Flash不同的點(diǎn)在于，MRAM是通過一個(gè)磁極的翻轉(zhuǎn)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及擦寫，這就表示它前端是跟我們的邏輯工藝完全兼容的，這樣子臺(tái)積電客戶在邏輯工藝上開發(fā)出來的IP是可以完全復(fù)用。
MRAM工藝，它可以提供從-40攝氏度到125攝氏度下大于100萬次的數(shù)據(jù)擦寫，同時(shí)在230攝氏度的高溫下，數(shù)據(jù)可以保持20年以上。
16納米的MRAM在經(jīng)過100萬次的數(shù)據(jù)擦寫以及150攝氏度的高溫之后，它的現(xiàn)有的表面是基本沒有發(fā)生變化，這樣的性能表明MRAM特別適合應(yīng)用于汽車電子上。
當(dāng)然必須要說，因?yàn)镸RAM是用磁極的翻轉(zhuǎn)來做數(shù)據(jù)的重組擦寫，所以它還是有一定的短板所在，那就是外界的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)它的一個(gè)干擾。臺(tái)積電經(jīng)過多年的研究與我們客戶的合作，臺(tái)積電研發(fā)了一套針對(duì)磁干擾相關(guān)的Design給到客戶來做參考。22納米的MRAM已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，臺(tái)積電的16納米MRAM在去年也通過了消費(fèi)類電子的認(rèn)證，預(yù)計(jì)2023年會(huì)推出給到臺(tái)積電車用電子的客戶使用。
臺(tái)積電的ReRAM，不同的點(diǎn)是在于它是通過后端一個(gè)電阻絲的連接和斷開，通過阻值的改變來進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。那么它一樣跟邏輯的工藝是完全兼容的。在RRAM開發(fā)的初期，它其實(shí)是針對(duì)于消費(fèi)類的電影以及IOT應(yīng)用，主打的是一個(gè)性價(jià)比。但隨著臺(tái)積電對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的不斷的研究，深入的認(rèn)識(shí)，臺(tái)積電發(fā)現(xiàn)它其實(shí)是很有潛力可以用在車用電子里面的。
在-40攝氏度到125攝氏度這樣子的情況下，它可以支持25萬次以上的擦寫，在125攝氏度下，它的數(shù)據(jù)也可以保持10年以上，然后它還有一點(diǎn)好處是它沒有磁干擾的問題。因此臺(tái)積電認(rèn)為RRAM在未來可能比較適用于中低端的MCU的應(yīng)用上面。臺(tái)積電的40納米28納米以及22納米的RRAM現(xiàn)在已經(jīng)在量產(chǎn)階段，12納米目前正在開發(fā)當(dāng)中。
?車用電子的三個(gè)特殊工藝
臺(tái)積電還分享了另外三個(gè)特殊工藝節(jié)點(diǎn)上，針對(duì)車用電子所做的開發(fā)。
未來，汽車中會(huì)有更多的通信模塊會(huì)上車，由于 5G比4G有高達(dá)5倍的數(shù)據(jù)傳輸速率的一個(gè)提升，因此這一技術(shù)是非常適合用來作為這種ADAS里大數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?。此外，通過CV2x的標(biāo)準(zhǔn)，汽車可以跟周圍的各種事物去進(jìn)行一個(gè)通信，可想而知這樣的數(shù)據(jù)量也會(huì)是非常的驚人。所以RF工藝也在不斷的演進(jìn)。
另外一項(xiàng)應(yīng)用將在毫米波雷達(dá)。早期的比較低分辨率的雷達(dá)識(shí)別物體的時(shí)候，如果物體靠得特別近，可能沒辦法把對(duì)象區(qū)分開來。現(xiàn)在高精度的4D的圖像雷達(dá)，可以有小于1度角的分辨率，把靠得很近的物體可以清晰的按照邊界進(jìn)行一個(gè)區(qū)分。
臺(tái)積電專門推出針對(duì)毫米波雷達(dá)在28納米上的HPC plus的工藝，同時(shí)臺(tái)積電在16納米上也在進(jìn)一步的做提升，臺(tái)積電16納米第二代的工藝上可以提供優(yōu)于28納米的Finfit的性能表現(xiàn)供客戶使用。
第二個(gè)特殊工藝是車用CIS。
CIS在車子里面的應(yīng)用跟在手機(jī)上面的應(yīng)用差別很大，CIS用在手機(jī)里面基本上是用來拍照或者是錄制視頻。但是在車?yán)锩娓嗟挠猛臼怯脕韼椭?a href="http://srfitnesspt.com/tags/機(jī)器視覺/" target="_blank">機(jī)器視覺看得更遠(yuǎn)更清楚，這就要求它具有更低pixel size，有更高的分辨率。
車子大部分的時(shí)候都是在開動(dòng)的，所以對(duì)于運(yùn)動(dòng)的圖像的一個(gè)識(shí)別是非常的重要，要保證運(yùn)動(dòng)的圖像能夠拍的清楚，能夠不變形。技術(shù)從rolling shutter向Global Shutter的演進(jìn)也是一個(gè)大的趨勢(shì)。
在這些趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)之下，整個(gè)工藝往前演進(jìn)的方向，首先從工藝節(jié)點(diǎn)，會(huì)從N90/N65延伸到N65/N45納米，同時(shí)臺(tái)積電會(huì)提供wafer的堆疊，以及具有更高密度的3D的MiM。
第三個(gè)特殊工藝是BCD技術(shù)。
電動(dòng)車的普及使得汽車?yán)锩嫦鄳?yīng)的電源管理的模塊數(shù)量大大的增加，同時(shí)電動(dòng)車的電池也從12伏向48伏演進(jìn)，這個(gè)時(shí)候就需要更高壓的PCB工藝。此外，電源管理模塊還有一個(gè)整合的趨勢(shì)，臺(tái)積電看到未來的電源管理芯片會(huì)整合更多的東西，比如MCU，gate Driver，LIN/CAN，走線等等，所有的這一切也要求技術(shù)走向整合。因此我們看到這些技術(shù)所用到的工藝節(jié)點(diǎn)也是從180納米，然后引進(jìn)到130納米，下一代會(huì)演進(jìn)到55納米。
?臺(tái)積電車用電子平臺(tái)
臺(tái)積電有一個(gè)完整的車務(wù)電子平臺(tái)，ADEP（Atuomotive Design Enablement Platform）來幫助客戶更好實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的落地。
ADEP包含以下幾個(gè)部分，在技術(shù)方面，臺(tái)積電從16納米FinFET工藝上開始提供ADEP平臺(tái)，還包括N7N5以及N3。這些工藝節(jié)點(diǎn)都經(jīng)過了AECQ100的認(rèn)證，臺(tái)積電會(huì)提供完整的設(shè)計(jì)文件以及相應(yīng)的老化模型給客戶去做評(píng)估。
在DesignFlow方面，臺(tái)積電會(huì)有end of life ?aging flow，Thermal AwareEM，Custom Design Ref.flow。
在IP生態(tài)系統(tǒng)方面，不同于更早期的車用電子的平臺(tái)，臺(tái)積電在IP的部分也有部分的成果。臺(tái)積電在in-house的foundation IP上提供完整的AECQ100以及ISO26262的認(rèn)證。臺(tái)積電針對(duì)第三方的IP會(huì)有in-house的IP9000A的一個(gè)質(zhì)量體系認(rèn)證，確保所有在臺(tái)積電的平臺(tái)上開發(fā)的第三方IP質(zhì)量。
最后一點(diǎn)就是制造，這是臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)所在。我們針對(duì)車用電子芯片會(huì)提供汽車的service package，但這一部分我們會(huì)幫助客戶去做一個(gè)線上的pattern control，會(huì)選擇最好的機(jī)臺(tái)去跑這些wafer。同時(shí)我們還會(huì)不斷的針對(duì)線上去做引入，提升它的良率，以及降低它的失效率。
?總結(jié)
不久前，臺(tái)積電曾在一個(gè)論壇上表示不會(huì)為汽車行業(yè)保留空閑產(chǎn)能。臺(tái)積電今日的分享似乎表明了這家巨頭正在通過在先進(jìn)邏輯電路和專業(yè)技術(shù)方面的積累，去實(shí)現(xiàn)與更多汽車客戶合作。
審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論