延展低功耗動態隨機存取記憶體於車輛應用解決方案
- 林稼弘
-
半導體在車輛內應用趨勢
日本宣布在即將來臨的東京奧運會展示其無人駕駛技術，為近年來汽車智慧化的具體展現。透過第五代行動通訊(5G)與人工智慧(AI)的幫助，資通訊界正朝自動駕駛車的目標努力。資通訊技術在車內的應用已經從早期的娛樂影音播放以及導航系統，慢慢加入目前正發展的深度學習與車間通訊(V2X)以達到最終無人駕駛的目標。但要達到此目標，無論哪一種資通訊技術，半導體無疑是背後主要的推力。
先進駕駛輔助系統(ADAS)是目前在車用資通訊環境中最普遍應用之一，其基本上由許多子功能所組成，包括主動式巡航控制、自動緊急煞車、盲點偵測以及駕駛人監控系統等。車輛製造商長期以來一直試著添加更多主動式安全保護，期望能達到無人駕駛的最終目標。因此、更多的半導體業者試著與車輛製造商合作以提高裝置的可靠度。
如上所述，目前許多半導體已經實際應用於汽車內，包含油電混合車在內的電動車所使用的功率半導體、影音播放與整合系統、甚至車體與被動安全已使用如微控制器、數位信號處理器、半導體感測器、以及許多不同種類的記憶體(包括NOR與DRAM)等都是屬於車用半導體影響的範圍，根據IHS統計，整體車用半導體過去幾年產值平均大約以每年7%成長。
隨機存取記憶體(DRAM)在車子的應用
DRAM作為處理器相關重要零組件，負責儲存程式碼的重要工作，在越來越多資通訊功能包括但不限於個人電腦、伺服器、行動裝置、與車輛中扮演更重要的角色。目前主要使用記憶體之車內應用為資訊娛樂系統與先進駕駛輔助系統，兩者幾乎占整個車用DRAM產值8成以上。
在ADAS應用中，DRAM主要使用在相關雷達與光達感測、鏡頭感測應用，此外、領域(Domain)控制器搭配的應用也不在少數。而在資訊娛樂系統方面，座艙(Cockpit)控制器、車載資通訊(Telematics)為主要使用DRAM的應用領域。
而在領域控制器應用中，由於需要計算頻寬與容量來處理各個感測器資訊，隨著感測器解析度提升，所需要的DRAM不管是容量或是頻寬都有提升的趨勢。為了符合這個需求，第四代低功耗隨機存取記憶體(LPDDR4)及其延展版(LPDDR4x)變成越來越普遍，由於其資料傳輸率可高達4266Mbps。在資訊娛樂系統方面，由於發展的早，長年使用DDR (DDR2/DDR3)系列，但由於汽車對於省電的需要，低功耗記憶體(LPDDR)也慢慢有取代DDR趨勢。
一般DRAM最主要的應用除了容量以外，效能也是關鍵因素。由於車內應用種類廣泛，並非每種應用都需要使用到大容量DRAM，更常見的應用反而是需要計算之效能，例如在車內各種不同感測技術，透過高速運算來產生即時結果提供車用電子服務，故小容量之LPDDR4x都將在車用DRAM扮演重要角色。
可靠度的重要
由於車用安全性的需要，對於避免發生錯誤有極高的要求，相較於消費性電子只需重開機可能解決大部分問題，在行進中汽車並無法用此方式解決，故最重要的差異在車用電子並不是只關心出廠時的品質狀態，更重要是出廠後即使遇到不同高低溫氣候的環境差異，長期仍能保持正常運作狀態的可靠度要求。
在半導體元件中，硬體可能用來要求可靠度故障率的單位為Failures In Time(FIT)。常見的硬體可靠度包含晶粒與封裝的錯誤，晶粒可能發生的錯誤有電晶體的不穩定度，如離子汙染等或是金屬導體的電遷移(EM)、以及最常見的靜電放電傷害(ESD)等，與封裝有關的可靠度錯誤則如封裝的翹曲變形(Warpage)等。
為了解決上述硬體發生的可靠性問題，對於產品量產前皆會做高溫操作壽命測試(High Temperature Operating Lifetime Test；HTOL)來模擬產品在高溫加速的操作狀況，以及藉由確定量產線上的燒機(Burn In)將帶有製程缺陷零件刷清的早期故障率測試(Early Failure Rate；EFR)，而在封裝部分則透過板級可靠度(Board Level Reliability)來解決翹曲變形。
華邦電子已有製造車用記憶體多年經驗
華邦電子擁有自建晶圓製造廠，是全球前四大可同時提供DRAM與NOR/NAND FLASH之整合元件製造商，車用DRAM產品線包含SDRAM、DDR/2/3以及LPDDR/2/4/4x，容量涵蓋64Mb至1Gb，可自行滿足客戶對管理車規記憶體的嚴苛需求，並可提供長期供貨(Longevity)服務。華邦使用自有25奈米技術製造包含1Gb~8Gb容量的LPDDR4/4x DRAM，資料傳輸率最高可達4266Mbps，其封裝型態除了良裸晶粒(KGD)外，另外也提供標準200球柵列封裝(BGA)供客戶選擇，預計於本(2020)年第3季提升至第一級車規溫度規格(AG1)。
藉由過去通過IATF 16949與AECQ-100標準基礎上，多年來華邦為許多車用電子供應商。未來隨著越多ADAS功能進到車內，在追尋無人駕駛車目標過程中，華邦承諾將致力於提供優良效能同時具有最高可靠度之產品來支援車用產業客戶。(本文由華邦電子DRAM技術經理林修民撰文，林稼弘整理報導)
