2018年6月28日
作者:Fisher Zhu
编者注:本文原载于EET China
在中文中,“烹饪热”一词的使用不仅限于厨房;它也可以用来描述一个人的性格和成熟度。
这也适用于半导体制造业。
虽然一个小小的芯片看起来很简单,但它体现了大量的科学知识。只有真正了解制造工艺和应用原理的人,才知道生产芯片有多难,才能体会到注重小细节背后的美。
晶圆制造和未来的汽车
由于半导体技术不可阻挡的进步,许多涉及半导体技术的令人难以置信的汽车功能正在开发中;例如,高级驾驶辅助系统(ADAS)目前正在为自动驾驶汽车铺平道路。
总体来看,从现在到2023年,汽车应用半导体市场预计将以7%的复合年增长率增长,市场价值将从350亿美元增加到540亿美元。在ADAS/自动驾驶/车载信息娱乐(IVI)/电动汽车动力总成/安全应用的推动下,每辆汽车中半导体芯片的价值预计将从2017年的375美元上升到2025年的613美元。在此期间,ADAS应用的价值预计将激增,预计复合年增长率为19%。
但尽管如此,绝大多数人并没有意识到汽车电子和半导体代工厂 之间日益密切的联系。
格芯在ADAS和自动驾驶汽车领域拥有丰富的专业知识(来源:格芯)
知识产权、工艺技术和服务都至关重要
对于格芯的汽车电子业务来说,AutoPro™服务包 是一个关键要素。该服务包为格芯的所有汽车技术提供经验、质量和可靠性服务。因此,服务包可以满足汽车行业 严格的质量和可靠性要求,并帮助汽车制造商利用半导体的力量进入新的“智能互联网”时代。
GF解决汽车功能问题 (出处:GF)
AutoPro服务包解决方案的重要性在于它支持GF全球所有晶圆厂,包括德国德累斯顿;马耳他,纽约;新加坡;以及中国成都,为各类汽车客户提供通过汽车规范认证的模块化平台,无论他们选择使用哪种工艺(例如,新加坡的主流180nm、130nm、55nm和40nm工艺,马耳他的14LPP/12LP/7LP FinFET,或德累斯顿的22nm FD-SOI技术)。
毫不奇怪,汽车制造商对质量和可靠性的要求甚至高于其他市场的客户。这就是为什么拥有IATF16949认证非常重要的原因。
IATF16949认证代表了对整个生产过程保持在可控、可追溯状态的信心。它还保证了汽车级IC生产、测试和筛选过程具有零缺陷状态,因此是汽车客户的重要指标。
格芯德累斯顿1号工厂近日竣工,并首次获得全面IATF16949/ISO9001认证 ,表明该工厂的质量管理体系符合汽车生产要求,汽车客户可以从格芯平台获得汽车规格的IC产品。
为不同的应用选择正确的工艺
与其他晶圆代工厂不同,GF同时进入了FD-SOI和FinFET领域。格芯的22FDX®是AEC-Q100汽车标准的一部分,已经获得认证 ,可以满足汽车市场严格的质量和性能要求。
我们一直认为,22FDX生产中掩模工艺的成本和复杂性明显低于14nm FinFET工艺,FinFET工艺也无法轻松实现射频器件所需的体偏置。因此,通过实现功耗、性能和成本之间的实时权衡,FD-SOI为具有链接能力的新型嵌入式系统提供了理想的技术。物联网 (IoT)、5G 和 ADAS 是最适合 FD-SOI 技术的市场。相比之下,FinFET等先进的CMOS技术适用于旨在提供最大处理性能的芯片。
格芯汽车SoC产品路线图(出处:格芯)
如何为不同的应用选择合适的工艺?
GF一直专注于与客户保持密切联系,充分了解他们的产品需求。如果客户想要生产高性能的处理芯片,GF会建议他们使用FinFET工艺;如果他们只想生产雷达接收器,那么Si-Ge工艺就足够了;而如果他们想生产高分辨率雷达,22FDX工艺是最合适的。在制定解决方案的同时,GF还通过提供针对不同工艺的PPA分析报告,帮助客户做出正确的选择。
以汽车雷达为例,目前77-86GHz中远程汽车雷达的射频单元通常基于Si-Ge工艺,数字单元基于180nm和130nm CMOS工艺;因此,芯片的整体处理能力较差。相比之下,格芯的22FDX技术可以提供出色的毫米波性能和数字密度,使基于22FDX的雷达传感器能够提供更高的分辨率和更低的延迟,同时确保极低的整体系统成本。我们已经看到客户迅速推出基于22FDX技术的雷达成像芯片组 。这些芯片组可以检测 300 m 范围内的物体,并提供具有极高分辨率的宽视野。
客户在开发77GHz中短程雷达模块时一直使用格芯的主流CMOS工艺技术 。这些模块在单个电路板上集成了微控制器、数字信号处理器、SRAM、闪存和支持组件,可用于替代大型雷达阵列。
当然,雷达只是半导体在汽车中的应用方式之一。动力总成控制是另一种方式。在最近的嵌入式世界大会上,Silicon Mobility展示了其现场可编程控制单元(FPCU),该控制单元可用于控制电动和混合动力汽车动力总成。
Silicon Mobility在Embedded World 2018上的演示(来源:Silicon Mobility)
该元件设计为使用GF的55LPx技术 ,可以实时处理和控制来自传感器和执行器的信息,并且可以与单个芯片上的标准CPU连接(符合ISO 26262 ASIL-D安全标准)。
基于该FPCU的框架将提供更强大的功能、灵活性和安全性,并可以提高电动和混合动力汽车的动力总成控制能力和性能。通过使用硬件而不是软件来快速实现复杂的动力总成控制算法,该框架可以节省能源并延长电池寿命。据Silicon Mobility称,FPCU可以将电动和混合动力汽车的续航里程延长32%。
目前,用于空调、发动机和机油系统控制的MCU、用于短/中/远程雷达的MCU、用于电动/混合动力汽车电源管理的IC,以及用于ADAS/自动驾驶系统的高性能处理器占GF汽车电子应用服务的领先份额。根据我们自己的观察,中国汽车客户倾向于寻求视觉和自动驾驶处理芯片,欧洲市场最大的应用包括微控制器、传感器、摄像头和激光雷达,而美国客户则瞄准激光雷达和自动驾驶解决方案。
中国是一个非常有趣的市场,国际市场上大约30%的半导体供应商来自中国。然而,中国许多一级汽车制造商仍然从大型汽车设备公司购买标准雷达和处理器芯片——这就是现状。尽管如此,GF仍然看到了中国出现的各种创新解决方案的巨大前景。其中一个例子是视觉监控系统经验在汽车领域的应用。除了提供MIPI接口和Can Bus等内置IP解决方案外,我们的战略还包括在中国设立设计中心,以帮助客户更好地利用GF平台。
关于作者
朱淑娴
朱先生在半导体行业拥有超过15年的丰富经验。他曾在一些领先的公司担任过各种职位,包括研发、系统设计、软件和产品管理以及营销。他现在是GlobalFoundries的中国市场总监,此前曾在意法半导体、飞思卡尔和Synaptics工作。
朱先生拥有上海交通大学电子工程学士及硕士学位。