今日臺積電發(fā)布：針對汽車(chē)電子，2024年將推出N4AE和N3AE平臺

近年來(lái)汽車(chē)行業(yè)在向著(zhù)更安全、更智能以及更環(huán)保三大趨勢發(fā)展，在 7 月 19 日世界半導體大會(huì )臺積電專(zhuān)場(chǎng)上，臺積電分享了圍繞這三個(gè)趨勢為客戶(hù)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(guò)眼睛耳朵去搜集周?chē)男畔?，然后我們的大腦對它作出判斷，再控制手和腳去做出相應的反應。隨著(zhù)輔助駕駛技術(shù)的進(jìn)一步的演進(jìn)，自動(dòng)駕駛在人類(lèi)的車(chē)子上面安裝了更多的眼睛和耳朵，去搜集周?chē)男畔?，同時(shí)搭配一個(gè)相對強大的 SOC 的芯片來(lái)對這些信息做一個(gè)判斷。

人類(lèi)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(lái)的出行更加的安全。根據全球的預估到 2030 年 L1 級以上的 ADAS 芯片的上車(chē)率會(huì )達到 90% 以上。

第二個(gè)是更智能化，未來(lái)汽車(chē)會(huì )像是「有輪子的超級計算機」。這就需要汽車(chē)去跟外界做互通，就需要有一些通信模塊的存在?，F在看到的 3G、4G 甚至是 5G 的通信模塊都在慢慢的上車(chē)，預計到 2030 年，整個(gè)通訊模塊的車(chē)子上面的安裝率會(huì )達到 75% 以上。

第三點(diǎn)更環(huán)保，今年新能源汽車(chē)的展臺都是非常的火爆，而且每一個(gè)展臺幾乎中間的 C 位都是一臺新能源車(chē)。中國新能源汽車(chē)發(fā)展的非?？?，全球范圍內預計新能源汽車(chē)的滲透率會(huì )達到 40% 以上，在中國這個(gè)數字應該會(huì )更早的被達到甚至被超越。

整體的汽車(chē)半導體行業(yè)的規模有多大？在 2020 年，整個(gè)全球汽車(chē)的出貨量是 8,200 萬(wàn)臺，臺積電預計到 2027 年會(huì )增長(cháng)到 9,400 萬(wàn)臺，其中車(chē)子里面用到的芯片的含量的市場(chǎng)規模會(huì )從 530 億美金增長(cháng)到 940 億美金。推動(dòng)這些芯片數量增加的主要的來(lái)源就是剛剛提到的三大塊，他們分別貢獻了從 16%~23% 不等的一個(gè)年復合增長(cháng)率。

不管是輔助駕駛還是自動(dòng)駕駛，都需要有一個(gè)強大的 SOC 的芯片提供強大的算力來(lái)處理搜集到的大量的數據。從 L2 開(kāi)始，就出現了一個(gè)能效比的概念。行業(yè)用 Tops/Watt 來(lái)衡量芯片需要提供的一個(gè)能力。在第二個(gè)層級，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(zhù)技術(shù)往前演進(jìn)，在 L4，L5，達到 10 個(gè) Tops/watt，這樣子對于工藝的要求會(huì )進(jìn)一步提升到 5 納米甚至是 3 納米。

針對汽車(chē)電子，臺積電在 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。N5 工藝也是一樣，經(jīng)過(guò) 3 年才推出 N5A 平臺，隨著(zhù)產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，臺積電希望能加快推出更新工藝。

臺積電計劃在 2024 年推出 N4AE 和 N3AE 兩個(gè)平臺，那么 AE 代表 Auto Early，這一平臺是為了在 2026 年 N3A 的平臺可以供客戶(hù)使用之前，先讓早期的客戶(hù)拿到相關(guān)的設計文檔，可以開(kāi)始進(jìn)行一些前期的設計。臺積電在三年間不斷提升工藝良率，客戶(hù)也可以節省兩年的時(shí)間去優(yōu)化設計。這就等于是客戶(hù)不用等到一切都準備好了，再開(kāi)始跑，可以提前就小步快走起來(lái)。

臺積電談車(chē)用 eNVM

車(chē)子里面會(huì )用到很多 MCU 芯片，包括車(chē)窗的控制，雨刮器、空調、車(chē)燈等等。MCU 分布在汽車(chē)的各個(gè)部位，傳統的汽車(chē)的 MCU 是一種分布式的架構，現在隨著(zhù)電子電器架構的往前演進(jìn)，可以看到 MCU 是在向域控制器以及中央計算發(fā)展，這就要求更強大的 MCU 來(lái)支持汽車(chē)更智能的控制。

因此臺積電也看到整個(gè)的技術(shù)從 28 納米向 3D Finfet 工藝的演進(jìn)。

同時(shí)隨著(zhù) OTA 的成熟以及軟件定義汽車(chē)的普及，臺積電看到對于存儲的要求也在不斷的增加，因此臺積電看到 MCU 的趨勢會(huì )從嵌入式的 flash 的工藝向 emerge memory 演進(jìn)。

在 2005 年，臺積電就推出了 180 納米的車(chē)用的平臺。到 2019 年，臺積電提供了 28 納米的嵌入式的 flash 技術(shù)。

Flash 有一個(gè)缺點(diǎn)，隨著(zhù)技術(shù)演進(jìn)，它的成本價(jià)格會(huì )越來(lái)越高，這是不符合經(jīng)濟效益的。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)臺積電引入了 eNVM 技術(shù)，即 MRAM 和 RRAM，目前臺積電的 16 納米和 12 納米的技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中。

MRAM 跟傳統的 Flash 不同的點(diǎn)在于，MRAM 是通過(guò)一個(gè)磁極的翻轉來(lái)進(jìn)行數據的存儲以及擦寫(xiě)，這就表示它前端是跟我們的邏輯工藝完全兼容的，這樣子臺積電客戶(hù)在邏輯工藝上開(kāi)發(fā)出來(lái)的 IP 是可以完全復用。

MRAM 工藝，它可以提供從-40 攝氏度到 125 攝氏度下大于 100 萬(wàn)次的數據擦寫(xiě)，同時(shí)在 230 攝氏度的高溫下，數據可以保持 20 年以上。

16 納米的 MRAM 在經(jīng)過(guò) 100 萬(wàn)次的數據擦寫(xiě)以及 150 攝氏度的高溫之后，它的現有的表面是基本沒(méi)有發(fā)生變化，這樣的性能表明 MRAM 特別適合應用于汽車(chē)電子上。

當然必須要說(shuō)，因為 MRAM 是用磁極的翻轉來(lái)做數據的重組擦寫(xiě)，所以它還是有一定的短板所在，那就是外界的強磁場(chǎng)對它的一個(gè)干擾。臺積電經(jīng)過(guò)多年的研究與我們客戶(hù)的合作，臺積電研發(fā)了一套針對磁干擾相關(guān)的 Design 給到客戶(hù)來(lái)做參考。22 納米的 MRAM 已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，臺積電的 16 納米 MRAM 在去年也通過(guò)了消費類(lèi)電子的認證，預計 2023 年會(huì )推出給到臺積電車(chē)用電子的客戶(hù)使用。

臺積電的 ReRAM，不同的點(diǎn)是在于它是通過(guò)后端一個(gè)電阻絲的連接和斷開(kāi)，通過(guò)阻值的改變來(lái)進(jìn)行一個(gè)數據的存儲和查詢(xún)。那么它一樣跟邏輯的工藝是完全兼容的。在 RRAM 開(kāi)發(fā)的初期，它其實(shí)是針對于消費類(lèi)的電影以及 IOT 應用，主打的是一個(gè)性?xún)r(jià)比。但隨著(zhù)臺積電對這項技術(shù)的不斷的研究，深入的認識，臺積電發(fā)現它其實(shí)是很有潛力可以用在車(chē)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(wàn)次以上的擦寫(xiě)，在 125 攝氏度下，它的數據也可以保持 10 年以上，然后它還有一點(diǎn)好處是它沒(méi)有磁干擾的問(wèn)題。因此臺積電認為 RRAM 在未來(lái)可能比較適用于中低端的 MCU 的應用上面。臺積電的 40 納米 28 納米以及 22 納米的 RRAM 現在已經(jīng)在量產(chǎn)階段，12 納米目前正在開(kāi)發(fā)當中。

車(chē)用電子的三個(gè)特殊工藝

臺積電還分享了另外三個(gè)特殊工藝節點(diǎn)上，針對車(chē)用電子所做的開(kāi)發(fā)。

第一個(gè)是車(chē)用 RF 通信技術(shù)。

未來(lái)，汽車(chē)中會(huì )有更多的通信模塊會(huì )上車(chē)，由于 5G 比 4G 有高達 5 倍的數據傳輸速率的一個(gè)提升，因此這一技術(shù)是非常適合用來(lái)作為這種 ADAS 里大數據的傳輸的。此外，通過(guò) CV2x 的標準，汽車(chē)可以跟周?chē)母鞣N事物去進(jìn)行一個(gè)通信，可想而知這樣的數據量也會(huì )是非常的驚人。所以 RF 工藝也在不斷的演進(jìn)。

另外一項應用將在毫米波雷達。早期的比較低分辨率的雷達識別物體的時(shí)候，如果物體靠得特別近，可能沒(méi)辦法把對象區分開(kāi)來(lái)?，F在高精度的 4D 的圖像雷達，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)區分。

臺積電專(zhuān)門(mén)推出針對毫米波雷達在 28 納米上的 HPC plus 的工藝，同時(shí)臺積電在 16 納米上也在進(jìn)一步的做提升，臺積電 16 納米第二代的工藝上可以提供優(yōu)于 28 納米的 Finfit 的性能表現供客戶(hù)使用。

第二個(gè)特殊工藝是車(chē)用 CIS。

CIS 在車(chē)子里面的應用跟在手機上面的應用差別很大，CIS 用在手機里面基本上是用來(lái)拍照或者是錄制視頻。但是在車(chē)里面更多的用途是用來(lái)幫助機器視覺(jué)看得更遠更清楚，這就要求它具有更低 pixel size，有更高的分辨率。

車(chē)子大部分的時(shí)候都是在開(kāi)動(dòng)的，所以對于運動(dòng)的圖像的一個(gè)識別是非常的重要，要保證運動(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。

在這些趨勢的驅動(dòng)之下，整個(gè)工藝往前演進(jìn)的方向，首先從工藝節點(diǎn)，會(huì )從 N90/N65 延伸到 N65/N45 納米，同時(shí)臺積電會(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(chē)的普及使得汽車(chē)里面相應的電源管理的模塊數量大大的增加，同時(shí)電動(dòng)車(chē)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，臺積電看到未來(lái)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(xiàn)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。

臺積電車(chē)用電子平臺

臺積電有一個(gè)完整的車(chē)務(wù)電子平臺，ADEP（Atuomotive Design Enablement Platform）來(lái)幫助客戶(hù)更好實(shí)現產(chǎn)品的落地。

ADEP 包含以下幾個(gè)部分，在技術(shù)方面，臺積電從 16 納米 FinFET 工藝上開(kāi)始提供 ADEP 平臺，還包括 N7N5 以及 N3。這些工藝節點(diǎn)都經(jīng)過(guò)了 AECQ100 的認證，臺積電會(huì )提供完整的設計文件以及相應的老化模型給客戶(hù)去做評估。

在 Design Flow 方面，臺積電會(huì )有 end of life aging flow，Thermal Aware EM，Custom Design Ref.flow。

在 IP 生態(tài)系統方面，不同于更早期的車(chē)用電子的平臺，臺積電在 IP 的部分也有部分的成果。臺積電在 in-house 的 foundation IP 上提供完整的 AECQ100 以及 ISO26262 的認證。臺積電針對第三方的 IP 會(huì )有 in-house 的 IP9000A 的一個(gè)質(zhì)量體系認證，確保所有在臺積電的平臺上開(kāi)發(fā)的第三方 IP 質(zhì)量。

最后一點(diǎn)就是制造，這是臺積電的優(yōu)勢所在。我們針對車(chē)用電子芯片會(huì )提供汽車(chē)的 service package，但這一部分我們會(huì )幫助客戶(hù)去做一個(gè)線(xiàn)上的 pattern control，會(huì )選擇最好的機臺去跑這些 wafer。同時(shí)我們還會(huì )不斷的針對線(xiàn)上去做引入，提升它的良率，以及降低它的失效率。

總結

不久前，臺積電曾在一個(gè)論壇上表示不會(huì )為汽車(chē)行業(yè)保留空閑產(chǎn)能。臺積電今日的分享似乎表明了這家巨頭正在通過(guò)在先進(jìn)邏輯電路和專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面的積累，去實(shí)現與更多汽車(chē)客戶(hù)合作。