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延展低功耗动态随机存取存储器于车辆应用解决方案

华邦使用自有25纳米技术制造包含1Gb~8Gb容量的LPDDR4/4x DRAM,资料传输率最高可达4266Mbps,预计于2020年第3季提升至第一级车规温度规格(AG1)。

半导体在车辆内应用趋势

日本宣布在即将来临的东京奥运会展示其无人驾驶技术,为近年来汽车智能化的具体展现。透过第五代移动通信(5G)与人工智能(AI)的帮助,资通讯界正朝自动驾驶车的目标努力。资通讯技术在车内的应用已经从早期的娱乐影音播放以及导航系统,慢慢加入目前正发展的深度学习与车间通讯(V2X)以达到最终无人驾驶的目标。但要达到此目标,无论哪里一种资通讯技术,半导体无疑是背后主要的推力。

先进驾驶辅助系统(ADAS)是目前在车用资通讯环境中最普遍应用之一,其基本上由许多子功能所组成,包括主动式巡航控制、自动紧急煞车、盲点侦测以及驾驶人监控系统等。车辆制造商长期以来一直试著添加更多主动式安全保护,期望能达到无人驾驶的最终目标。因此、更多的半导体业者试著与车辆制造商合作以提高装置的可靠度。

如上所述,目前许多半导体已经实际应用于汽车内,包含油电混合车在内的电动车所使用的功率半导体、影音播放与集成系统、甚至车体与被动安全已使用如微控制器、数码信号处理器、半导体传感器、以及许多不同种类的存储器(包括NOR与DRAM)等都是属于车用半导体影响的范围,根据IHS统计,整体车用半导体过去几年产值平均大约以每年7%成长。

随机存取存储器(DRAM)在车子的应用

DRAM作为处理器相关重要零组件,负责储存程序码的重要工作,在越来越多资通讯功能包括但不限于个人计算机、服务器、行动装置、与车辆中扮演更重要的角色。目前主要使用存储器之车内应用为信息娱乐系统与先进驾驶辅助系统,两者几乎占整个车用DRAM产值8成以上。

在ADAS应用中,DRAM主要使用在相关雷达与光达感测、镜头感测应用,此外、领域(Domain)控制器搭配的应用也不在少数。而在信息娱乐系统方面,座舱(Cockpit)控制器、车载资通讯(Telematics)为主要使用DRAM的应用领域。

而在领域控制器应用中,由于需要计算带宽与容量来处理各个传感器信息,随著传感器分辨率提升,所需要的DRAM不管是容量或是带宽都有提升的趋势。为了符合这个需求,第四代低功耗随机存取存储器(LPDDR4)及其延展版(LPDDR4x)变成越来越普遍,由于其资料传输率可高达4266Mbps。在信息娱乐系统方面,由于发展的早,长年使用DDR (DDR2/DDR3)系列,但由于汽车对于省电的需要,低功耗存储器(LPDDR)也慢慢有取代DDR趋势。

一般DRAM最主要的应用除了容量以外,效能也是关键因素。由于车内应用种类广泛,并非每种应用都需要使用到大容量DRAM,更常见的应用反而是需要计算之效能,例如在车内各种不同感测技术,透过高速运算来产生实时结果提供车用电子服务,故小容量之LPDDR4x都将在车用DRAM扮演重要角色。

可靠度的重要

由于车用安全性的需要,对于避免发生错误有极高的要求,相较于消费性电子只需重开机可能解决大部分问题,在行进中汽车并无法用此方式解决,故最重要的差异在车用电子并不是只关心出厂时的质量状态,更重要是出厂后即使遇到不同高低温气候的环境差异,长期仍能保持正常运行状态的可靠度要求。

在半导体元件中,硬件可能用来要求可靠度故障率的单位为Failures In Time(FIT)。常见的硬件可靠度包含晶粒与封装的错误,晶粒可能发生的错误有晶体管的不稳定度,如离子污染等或是金属导体的电迁移(EM)、以及最常见的静电放电伤害(ESD)等,与封装有关的可靠度错误则如封装的翘曲变形(Warpage)等。

为了解决上述硬件发生的可靠性问题,对于产品量产前皆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的操作状况,以及藉由确定量产在线的烧机(Burn In)将带有制程缺陷零件刷清的早期故障率测试(Early Failure Rate;EFR),而在封装部分则透过板级可靠度(Board Level Reliability)来解决翘曲变形。

华邦电子已有制造车用存储器多年经验

华邦电子拥有自建晶圆制造厂,是全球前四大可同时提供DRAM与NOR/NAND FLASH之集成元件制造商,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,可自行满足客户对管理车规存储器的严苛需求,并可提供长期供货(Longevity)服务。华邦使用自有25纳米技术制造包含1Gb~8Gb容量的LPDDR4/4x DRAM,资料传输率最高可达4266Mbps,其封装型态除了良裸晶粒(KGD)外,另外也提供标准200球栅列封装(BGA)供客户选择,预计于本(2020)年第3季提升至第一级车规温度规格(AG1)。

藉由过去通过IATF 16949与AECQ-100标准基础上,多年来华邦为许多车用电子供应商。未来随著越多ADAS功能进到车内,在追寻无人驾驶车目标过程中,华邦承诺将致力于提供优良效能同时具有最高可靠度之产品来支持车用产业客户。(本文由华邦电子DRAM技术经理林修民撰文,林稼弘整理报导)

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