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

近年來汽車行業(yè)在向著更安全、更智能以及更環(huán)保三大趨勢發(fā)展，在 7 月 19 日世界半導(dǎo)體大會臺積電專場上，臺積電分享了圍繞這三個(gè)趨勢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)相對強(qiáng)大的 SOC 的芯片來對這些信息做一個(gè)判斷。

人類的眼睛耳朵有時(shí)候總會漏掉一些信息，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 級以上的 ADAS 芯片的上車率會達(dá)到 90% 以上。

第二個(gè)是更智能化，未來汽車會像是「有輪子的超級計(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?，F(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達(dá)到 75% 以上。

第三點(diǎn)更環(huán)保，今年新能源汽車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。中國新能源汽車發(fā)展的非?？欤蚍秶鷥?nèi)預(yù)計(jì)新能源汽車的滲透率會達(dá)到 40% 以上，在中國這個(gè)數(shù)字應(yīng)該會更早的被達(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，臺積電預(yù)計(jì)到 2027 年會增長到 9,400 萬臺，其中車子里面用到的芯片的含量的市場規(guī)模會從 530 億美金增長到 940 億美金。推動這些芯片數(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，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，這樣子對于工藝的要求會進(jìn)一步提升到 5 納米甚至是 3 納米。

針對汽車電子，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 3 年才推出 N5A 平臺，隨著產(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(jì)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。

臺積電談車用 eNVM

車子里面會用到很多 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)，隨著技術(shù)演進(jìn)，它的成本價(jià)格會越來越高，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)?MRAM 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)磁場對它的一個(gè)干擾。臺積電經(jīng)過多年的研究與我們客戶的合作，臺積電研發(fā)了一套針對磁干擾相關(guān)的 Design 給到客戶來做參考。22 納米的 MRAM 已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，臺積電的 16 納米 MRAM 在去年也通過了消費(fèi)類電子的認(rèn)證，預(yù)計(jì) 2023 年會推出給到臺積電車用電子的客戶使用。

臺積電的 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。但隨著臺積電對這項(xiàng)技術(shù)的不斷的研究，深入的認(rèn)識，臺積電發(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

臺積電還分享了另外三個(gè)特殊工藝節(jié)點(diǎn)上，針對車用電子所做的開發(fā)。

第一個(gè)是車用 RF 通信技術(shù)。

未來，汽車中會有更多的通信模塊會上車，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)識別物體的時(shí)候，如果物體靠得特別近，可能沒辦法把對象區(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。

臺積電專門推出針對毫米波雷達(dá)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(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嗟挠猛臼怯脕韼椭鷻C(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)候都是在開動的，所以對于運(yùn)動的圖像的一個(gè)識別是非常的重要，要保證運(yùn)動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(qū)動之下，整個(gè)工藝往前演進(jìn)的方向，首先從工藝節(jié)點(diǎn)，會從 N90/N65 延伸到 N65/N45 納米，同時(shí)臺積電會提供 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，臺積電看到未來的電源管理芯片會整合更多的東西，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，下一代會演進(jìn)到 55 納米。

臺積電車用電子平臺

臺積電有一個(gè)完整的車務(wù)電子平臺，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，臺積電從 16 納米 FinFET 工藝上開始提供 ADEP 平臺，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，臺積電會提供完整的設(shè)計(jì)文件以及相應(yīng)的老化模型給客戶去做評估。

在 Design Flow 方面，臺積電會有 end of life aging flow，Thermal Aware EM，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，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(rèn)證。臺積電針對第三方的 IP 會有 in-house 的 IP9000A 的一個(gè)質(zhì)量體系認(rèn)證，確保所有在臺積電的平臺上開發(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。我們針對車用電子芯片會提供汽車的 service package，但這一部分我們會幫助客戶去做一個(gè)線上的 pattern control，會選擇最好的機(jī)臺去跑這些 wafer。同時(shí)我們還會不斷的針對線上去做引入，提升它的良率，以及降低它的失效率。

總結(jié)

不久前，臺積電曾在一個(gè)論壇上表示不會為汽車行業(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。