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公司博客

汽车自动化技术的大跨步发展

今天,我们有幸请来David Lammers作为新一期的Foundry FilesDavid Lammers是资深记者,曾工作于美国联合通信社、电子工程专辑、国际半导体,最近为他也成为了多家业内出版社的自由撰稿人。

作为博客系列的开篇文章,我想不到什么其他的题目能比格芯汽车自动化集成电路计划更有趣。未来的汽车将结合三种技术:基于22纳米全耗尽式SOI的更快速处理器;MRAM嵌入式内存;以及5G无线通信。

三种技术中的任何一种将足以让人感到兴奋,但是将三者结合起来,其震撼程度就如在20年前智能手机革命带来了低功率应用处理器一般。

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        势态正变得紧急起来,因为超快速图像处理对于高级驾驶辅助系统(ADAS)是不可或缺的。在2020年后,每台汽车都将拥有高达5台的摄像机,而图像处理器的速度必须足够快,以实时的对行车道路上的任何事物做出反应。

让我们来逐条分析,从格芯为何致力于22纳米节点车用MCUs方面的FD-SOI。

FD-SOI在两方面格外出色:二氧化硅埋层限制了结点的电流泄漏,功耗得到控制,使得温度控制可满足汽车标准。另一方面,FDSOI对射频电路具有高线性和低插入损耗的优势。

格芯汽车市场主管Jeff Darrow指出,汽车MCU必须在125-150摄氏度的环境下工作,而结点的温度范围会更高。对于传统55纳米硅技术上开发的汽车MCU, 漏电已占到全部功耗的30%。

“对于传统CMOS,漏电随着温度呈指数级上升。我们不得不去忍耐55纳米带来的30%的漏电,但这不是长久之计。22纳米FDSOI不止提供了FDSOI的低功耗,还提供了22纳米级别的数字电路规模缩减。”Darrow说道。

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       是的,高k介电系数改进的低漏电也将成为所有28纳米和22纳米的汽车技术的必要因素。对于汽车集成芯片,比起替换门极或最后建立门极等其他晶圆厂所使用的方式,格芯相信,使用高k系数并在制造过程中先行建立门极可以带来特别的优势。

“当我们的竞争对手企图使用高k系数后置门极来植入嵌入式闪存时,我们的分析得出,这种生产手段极为困难。我们同时也估计这会带来非常不理想的产量,导致产量缩减至缩减50%以下。”Darrow说道。

2015年7月,格芯在公布了其22纳米FD-SOI技术,命名为22FDX®,Darrow强调说“22FDX®是我们汽车领域的战略核心。”

车内娱乐信息系统是作为单独类别来区分的,很多汽车的部件比如传动系统,车身和安全系统都来自于不同的供应商,如Bosch、Continental、Delphi和Denso。

“我们所做的事对于行业来说尤为重要,我们的客户完全低依靠于我们。”Darrow说道。因为格芯从为AMD和其他公司制造SOI基处理器获得了大量的经验,格芯在SOI制造专业程度上具备领先优势。特别是对于德国的汽车制造商,在德国德累斯顿拥有抗震能力的晶圆厂绝对是锦上添花,他如此补充道。

替代e-Flash

新兴的内存对于将来汽车的处理器是非常重要的部分。今天,一块普通的汽车MCU拥有2MB的嵌入式闪存,高端方案在芯片上拥有10MB的闪存。嵌入在处理器晶片上的内存可以提供最佳的表现,一是因为可提供即时的反应,二是因为可以防止射频和其他辐射信号的干扰。

尽管新兴内存技术正在更多的被SoC设计者们采用,但是嵌入式闪存将继续被广泛地使用。闪存的可靠性得到了很好的验证,同时它的制造成本昂贵,且制造需额外12层掩膜。在格芯,eFlash技术已被延用到28纳米节点。在这之后,格芯将致力于磁性电阻随机存取内存(MRAM)应用于各个领域的各类应用的嵌入式处理器上,包括汽车领域。

格芯负责嵌入式内存业务的副总裁Dave Eggleston提出,半导体行业“在应用eFlash上具有丰富经验,它在严苛的环境下仍维持数据。但是有一个重大的缺陷在于,我们预测它将在28纳米以下时无法继续缩减尺寸。对于28纳米它仍然适用,可是在那之后,我们需要新的解决方案。我们相信整个行业都会向MRAM靠拢。”

物联网解决方案开始,延续到储存和计算,MRAM由于其功耗效率和成本优势,已被很多主要汽车供应商所接受。相对于eFlash通常需要更高的电压来写入信息,MRAM并无这方面限制,MRAM可直接摆脱对逻辑供电的需求。

格芯与MRAM技术供应商Everspin Technologies(亚利桑那钱德勒分部)拥有长期的合作伙伴关系Everspin Technologies一直专注于开发出新的垂直旋转MRAM技术,,该技术比之前的MRAM具有更佳的功耗表现和写入速度。

“MRAM是一个巨大转变。但是对于我们来说这不是一个问题。我们已经做出了选择。我们知道下一代嵌入式内存技术是什么,而且我们正在引导我们的客户去理解MRAM是如何改进他们的系统的。”Eggleston说道。

MRAM具有成本优势的原因是因为它可以在线后端(BEOL)内连接层内构件。Eggleston说,当新的植入与蚀刻技术被完善到足以处理磁场通道结点的复杂材料层,只需额外三层掩膜即可建立MRAM。

5G的重要性

 

就在最近几年,汽车与射频的合作(不论是车内的蓝牙连接还是车用雷达),才成为主流技术。

格芯的射频业务开发部高级总管Peter Rabbeni说,5G移动通信标准是将汽车应用考虑在内的,特别是以毫秒级的延迟率来观测车外的环境方面。

“让无人驾驶成为现实需要一些十分复杂的通信系统。”Rabbeni在2月从西班牙巴塞罗那的2016年世界移动大会回来不久后说道。5G标准成为了巴塞罗那的核心议论话题,它被寄予了带来“更高带宽、更少延迟并同时支持多位用户”功能的期望。

要让车辆防撞系统做出正确的反应,那么超高的数据率和更宽的带宽是必须的。在并不遥远的将来,汽车将“传输大量的数据,低延迟地快速地利用这些数据”他说道。

对车辆四周的距离感应和物体检测能力是辅助驾驶系统的核心。ADAS系统将需要这个被Rabbeni称为“军方已长期使用的,超过6GHz的毫米波雷达技术”。

更高的数据率依赖于更多的无线电和更多的数字信号处理,这也要求了更多的线宽。在汽车MCU保持功率包络的领域上,Rabbeni主张使用芯片上射频功能。“FDSOI是具备优势的。我们可以利用门背极偏置技术去优化设备的功率与性能关系。”

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摘自:格芯

  FDSOI体偏置技术激活了功率和性能之间的权衡,也提供了射频和模拟参数的调整能力

为了让ADAS工作,Rabbeni说:“我们需要更复杂的无线电来带来更好的表现。我们正努力开发新一代产品 — 更好的线性、更低的插入损耗和更好的谐波表现,这一切都将体现在一个特定的无线电系数上。”

通过收购IBM微电子运营部(IBM微电子运营部为RF SOI与SiGe市场的开创者),格芯获得了RF SOI类交换器和天线调谐功能的专业知识和制造产能。同时,格芯还获取了广泛应用于Wi-Fi功率放大器、微波无线回传和汽车雷达前端方案的矽鍺技术

由于无线通信的发展,对于格芯射频技术的需求也不断增长,公司持续在产能方面进行投入以满足需求。RF SOI技术将在福蒙特州的伯灵顿和新加坡进行使用,22纳米FD SOI产品将在德国的德累斯顿进行制造。

“我们正积极为包括45纳米和22纳米在内的下一代系统在先进节点的射频SOI上努力准备。22纳米FDSOI平台从创立初始就将射频考虑在内,嵌入了射频功能的产品早已投入了量产;测试结构也被衡量调整以改进设计开发套装(PDK),使顾客可以放心进行设计。”Rabbeni说道。“我们拥有射频模块、交换器和PLL的模型,用于证明本技术是如何实现的。我们对此技术和发展感到兴奋。”

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