聊聊汽車電子的可靠性問題(一)

　　供應(yīng)鏈的變化，對共享數(shù)據(jù)的抵制和技術(shù)的未知性加劇了持續(xù)的不確定性。

　　確保汽車電子產(chǎn)品的可靠性已經(jīng)引發(fā)了整個半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的爭奪，并且發(fā)現(xiàn)了一系列數(shù)據(jù)不足，缺乏明確定義的標(biāo)準(zhǔn)以及不一致的專業(yè)知識水平的問題。

　　可靠的功能安全性，可在惡劣環(huán)境中使用18至20年，或在自動出租車或卡車上持續(xù)使用，這是一項艱巨的任務(wù)，需要在人工智能，激光雷達(dá)，雷達(dá)，車輛和車輛通訊等領(lǐng)域取得工程技術(shù)進(jìn)步。它還需要管理一個全球供應(yīng)鏈，這個供應(yīng)鏈由初創(chuàng)公司，沒有汽車經(jīng)驗的芯片制造商以及在先進(jìn)電子方面經(jīng)驗不足的汽車供應(yīng)商組成。

　　圖1.系統(tǒng)驗證應(yīng)確定系統(tǒng)出于正確的原因做正確的事情。

　　此時，沒有人確切知道7nm AI(人工智能)系統(tǒng)的可靠性，或者在出現(xiàn)故障時故障將會如何有效地轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)中。事實上，沒有人確定在測試期間要問什么是正確的問題。供應(yīng)鏈上下的所有供應(yīng)商之間的溝通必須清晰和開放，但一些供應(yīng)商通過隱瞞重要數(shù)據(jù)來保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán)，使汽車制造商需要自己發(fā)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)。更糟糕的是，將所有這些結(jié)合起來的規(guī)則充其量只是參差不齊的規(guī)則。

　　卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Phillip Koopman和Edge Case Research的Mitch Wagner在2018年SAE世界的一篇2018年的論文中寫道：“目前，還沒有普遍認(rèn)可的技術(shù)戰(zhàn)略來驗證這些車輛的非常規(guī)軟件方面的安全性?！?。 “一旦開發(fā)團(tuán)隊認(rèn)為他們的車輛準(zhǔn)備就緒，似乎會部署許多HAV，然后他們就會看到公路上的事情如何發(fā)揮作用。即使試點部署產(chǎn)生可接受的低故障率，仍然存在這樣的問題：有限規(guī)模部署是否能夠準(zhǔn)確預(yù)測更大規(guī)模部署的安全性以及隨之而來的軟件更新。

　　圖2、全自動電動汽車電子技術(shù)的趨勢和挑戰(zhàn)

　　缺乏關(guān)于自動駕駛汽車的政府法規(guī)使得消費者受到競爭激烈的新興自動駕駛汽車(AV)行業(yè)支配的影響。但如果失敗，這些行業(yè)將會損失很多。這種經(jīng)濟(jì)威脅與ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展相結(jié)合，可能是拯救的恩典。 ISO 26262要求在采購和制造的所有環(huán)節(jié)跟蹤所有的材料和零件，為供應(yīng)商之間的安全行為文化和合作奠定基礎(chǔ)。故障的故障診斷看起來像航空調(diào)查。毫無疑問，對于安全關(guān)鍵系統(tǒng)而言，測試和跟蹤過程更加昂貴，而可靠性和良好質(zhì)量仍然是非安全關(guān)鍵系統(tǒng)(如信息娛樂系統(tǒng))的重要賣點。

　　在先進(jìn)工藝節(jié)點上盲目飛行

　　通過向后看是真正了解高級節(jié)點的壽命和可靠性的唯一方法。 “先進(jìn)節(jié)點的最大問題是你需要為壓力篩選測試獲得可靠的數(shù)據(jù)，并且在先進(jìn)節(jié)點生產(chǎn)一段時間之前你沒有它們，”Gert J?rgensen說道。 Delta Microelectronics的銷售和營銷。 “你可以使用模擬生命周期的舊方法，但實際上你不知道這個模型在時間消失之前是否合適。這些工具是因為你將舊模型強(qiáng)加給新技術(shù)，但實際上你不知道它是否在時間消失之前是有用可靠的。“

　　對零件可靠性的信心隨著時間的推移而增加。 “當(dāng)你有多年調(diào)試過程時，你自然會有更高的可靠性，”KLA-Tencor戰(zhàn)略合作高級主管Jay Rathert說。 “但是當(dāng)你將7納米和10納米零件放入其中時，這些工藝仍然有很多成熟的工作要做。仍然存在許多尚未調(diào)試的系統(tǒng)缺陷和集成挑戰(zhàn)?！?/p>

　　大多數(shù)汽車芯片不是在先進(jìn)節(jié)點上開發(fā)的。但是那些需要大量計算能力才能做出瞬間安全關(guān)鍵決策的應(yīng)用，例如AI，需要最高的密度。這就產(chǎn)生了在先進(jìn)節(jié)點上常常被忽略的可靠性問題，因為使用這些過程開發(fā)的大多數(shù)芯片都用于消費者設(shè)備或受控環(huán)境。

　　圖3、汽車電子系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜性的演進(jìn)

　　“較新的制造工藝通常會產(chǎn)生比有時間成熟的舊工藝技術(shù)更多的缺陷部件，”西門子事業(yè)部Mentor的高級營銷總監(jiān)Tessent Benware表示。 “在汽車應(yīng)用中使用最新的工藝技術(shù)是兩個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。這種較高的缺陷密度意味著制造后的測試必須達(dá)到更高水平的缺陷覆蓋率以達(dá)到同等質(zhì)量水平。使用抽象邏輯故障模型生成檢測缺陷的測試序列的傳統(tǒng)方法已不再充分。使用先進(jìn)工藝節(jié)點實現(xiàn)復(fù)雜IC的汽車級質(zhì)量水平要求測試模式生成需要了解缺陷在物理上的表現(xiàn)方式和位置，并且必須了解這些缺陷在模擬意義上的行為，而不僅僅是數(shù)字意義。 ”

　　Benware看到了單元內(nèi)部更多的缺陷。 “在finFET工藝技術(shù)之前，通常會看到邏輯單元內(nèi)部有50-50個缺陷分裂，互連線中有缺陷。隨著finFET的引入，與互連層相比，制造晶體管和相關(guān)邏輯單元的工藝復(fù)雜性不成比例地增長。隨著更多異國晶體管技術(shù)的引入，這種差異有望持續(xù)到5nm，3nm及以下。現(xiàn)在汽車IC將利用這些先進(jìn)節(jié)點，必須更多地專門用于測試電池內(nèi)部的缺陷?！?/p>

　　所有汽車電子產(chǎn)品 - 特別是安全關(guān)鍵部件和系統(tǒng) - 現(xiàn)在都在制造期間和之后經(jīng)過嚴(yán)格的測試。目標(biāo)是淘汰早起失效或早期有隱患的設(shè)備：早期失效的設(shè)備。

　　“每一臺設(shè)備都經(jīng)歷了加速的生命周期測試，然后你需要這樣做128小時 - 整整一周，”Jrgensen說。 “你測試設(shè)備，你把它們放入烤箱，加速生命周期測試，一周后將它們?nèi)〕?，然后你就模擬了一年的壽命。接下來，您將設(shè)備放入汽車或車內(nèi)的模塊中，它們應(yīng)該持續(xù)工作20年。通過[做到這一點]，你擺脫了所謂的早期失效或者有隱患的設(shè)備。“

　　第二步進(jìn)一步進(jìn)行測試。 “然后你有另一部分批次，這是你放在同一個溫箱里的很多生產(chǎn)批次，”

　　Jrgensen教授繼續(xù)說，“但它在那里待了1000個小時。這是很多1,000個組件，然后你加速老化測試，然后你看看這1000個組件是否可以持續(xù)1,000小時大約相當(dāng)于三個月。然后應(yīng)該產(chǎn)生20年的模擬壽命。所以，我們有1,000臺設(shè)備正在通過這一點，你得出結(jié)論，其他設(shè)備也會這樣做。這就是你如何對汽車零件進(jìn)行質(zhì)量保證，這就是為什么它們?nèi)绱税嘿F。您在將它們放入車內(nèi)之前，需要通過大量的QA(質(zhì)量評估)測試?！?/p>