第四代低功耗动态 DRAM 与其延展版的车辆应用解决方案
2020-7-30 来源:汽车电子应用
随着5G技术与人工智能的发展,车载通讯技术已慢慢从早期的娱乐影音播放以及导航系统,发展到现在的深度学习与车联网,并朝着无人驾驶的目标前进。而实现此目标的关键因素正是半导体。

日本计划在东京奥运会上展示无人驾驶技术,展现了近年来汽车智能化的成果。随着5G技术与人工智能(AI)的发展,车载通讯技术已慢慢从早期的娱乐影音播放以及导航系统,发展到现在的深度学习与车联网(V2X),并朝着无人驾驶的目标前进。而实现此目标的关键因素正是半导体。

目前,先进驾驶辅助系统(ADAS)是车载通讯中最普遍的应用之一,它包含不同的子功能:主动式巡航控制、自动紧急煞车、盲点侦测以及驾驶人监控系统等。车辆制造商一直试着添加更多主动式安全保护,以达到无人驾驶的最终目标。因此,越来越多的半导体产商与车辆制造商合作,以提高装置的可靠度。

许多半导体已经实际应用于汽车内,如电动车(含油电混合车)所使用的功率半导体、车身与被动安全装置使用的微控制器、数字信号处理器、半导体传感器、不同种类的内存(包括NOR与DRAM),以及影音播放与整合系统等。根据IHS Markit统计,整体车用半导体过去几年产值平均以每年约7%的速度增长。

随机存取内存(DRAM)在车辆内的应用

作为处理器重要的零组件,DRAM负责储存程序代码的重要工作,并且在越来越多通讯功能(包括但不限于个人计算机、服务器、行动装置)与车辆应用中,扮演着重要的角色。目前主要使用内存的车内应用包括与息娱乐系统与ADAS,两者几乎占整个车用DRAM产值80%以上。

在信息娱乐系统方面,座舱(Cockpit)控制器、车载通讯(Telematics)是DRAM的主要应用。而在ADAS应用中,DRAM主要使用在雷达与光达感测,以及镜头感测。此外,它也有许多与域(Domain)控制器搭配的应用。

域控制器应用要求计算带宽与容量来处理各个传感器上的信息,因此随着传感器分辨率的提升,DRAM在容量以及带宽上也需要有相应提升。为了符合这一需求,第四代低功耗随机存取内存(LPDDR4)及其延展版(LPDDR4x)变得越来越普遍,其数据传输率可高达4266Mbps。由于信息娱乐系统发展较早,因而长年使用DDR (DDR2/DDR3)系列,但随着汽车对省电的需求逐渐增加,低功耗内存(LPDDR)也慢慢有了取代DDR的趋势。

除了容量以外,效能也是DRAM最主要的应用原因之一。虽然车内应用种类广泛,但并非每种应用都需要使用大容量DRAM,更常见的是需要计算的效能应用。如车内的各种感测技术,需要通过高速运算来产生实时结果,以提供车用电子服务。因此小容量的LPDDR4x将在车用DRAM中扮演重要角色。

DRAM对于车载通讯可靠度的重要性

由于车用安全性的极高要求,避免发生错误至关重要。相较于消费性电子通过重启就能解决大部分问题,行进中汽车并无法用此方式解决故障。因此对车用电子而言,最重要的不只是出厂时的质量状态,还有出厂后对环境变化的运作状态可靠度——遇到高低温气候时,仍能保持长期正常运作。

在半导体组件中,测量硬件可靠度故障率的单位为Failures In Time (FIT)。影响硬件可靠度的常见因素是晶粒与封装的错误。晶粒可能发生的错误有晶体管的不稳定,如离子污染、金属导体的电迁移(EM),以及常见的静电放电伤害(ESD)等;封装的错误如封装的翘曲变形(Warpage)等。

为了提高硬件的可靠性,一般在产品量产前会做高温操作寿命测试(High Temperature Operating Lifetime Test, HTOL),来模拟产品在高温加速时的操作状况;并进行早期故障率测试(Early Failure Rate, EFR),来解决翘曲变形问题,以提高封装部分的板级可靠度(Board Level Reliability)。

华邦电子拥有自建晶圆制造厂,是全球前四大同时提供DRAM与NOR/NAND FLASH整合组件的制造商。旗下车用DRAM产品线包含SDRAM、DDR/2/3以及LPDDR/2/4/4x,容量涵盖64Mb至1Gb,可满足客户对车规内存管理的严苛需求,并可提供长期供货。通过使用自有的25纳米技术,华邦可制造1Gb~8Gb容量的LPDDR4 / DRAM4x,数据传输率最高可达4266Mbps。其封装型态除了良裸晶粒(KGD)外,也提供标准200球栅阵列封装(BGA)供客户选择,并预计于今年(2020)第三季提升至第一级车规温度规格(AG1)。

华邦已通过IATF 16949与AECQ-100标准,并长期为车用电子厂商供货。未来随着越来越多ADAS功能进到车内,在实现无人驾驶车辆目标的过程中,华邦将致力于提供效能优良,同时具有高可靠度的产品,来支持车用产业客户。

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