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 日世界半導體大會臺積電專場上，臺積電分享了圍繞這三個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的反應。隨著輔助駕駛技術的進一步的演進，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，同時搭配一個相對強大的 SOC 的芯片來對這些信息做一個判斷。

人類的眼睛耳朵有時候總會漏掉一些信息，大腦也有分神的時候，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)全球的預估到 2030 年 L1 級以上的 ADAS 芯片的上車率會達到 90% 以上。

第二個是更智能化，未來汽車會像是「有輪子的超級計算機」。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，預計到 2030 年，整個通訊模塊的車子上面的安裝率會達到 75% 以上。

第三點更環(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?？?，全球范圍內(nèi)預計新能源汽車的滲透率會達到 40% 以上，在中國這個數(shù)字應該會更早的被達到甚至被超越。

整體的汽車半導體行業(yè)的規(guī)模有多大？在 2020 年，整個全球汽車的出貨量是 8,200 萬臺，臺積電預計到 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，他們分別貢獻了從 16%~23% 不等的一個年復合增長率。

不管是輔助駕駛還是自動駕駛，都需要有一個強大的 SOC 的芯片提供強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)了一個能效比的概念。行業(yè)用 Tops/Watt 來衡量芯片需要提供的一個能力。在第二個層級，大概只需要 0.1Tops/Watt，這個時候大概使用 28 納米或者是 16 納米就足夠了；但是隨著技術往前演進，在 L4，L5，達到 10 個 Tops/watt，這樣子對于工藝的要求會進一步提升到 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。

臺積電計劃在 2024 年推出 N4AE 和 N3AE 兩個平臺，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的設計文檔，可以開始進行一些前期的設計。臺積電在三年間不斷提升工藝良率，客戶也可以節(jié)省兩年的時間去優(yōu)化設計。這就等于是客戶不用等到一切都準備好了，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 分布在汽車的各個部位，傳統(tǒng)的汽車的 MCU 是一種分布式的架構，現(xiàn)在隨著電子電器架構的往前演進，可以看到 MCU 是在向域控制器以及中央計算發(fā)展，這就要求更強大的 MCU 來支持汽車更智能的控制。

因此臺積電也看到整個的技術從 28 納米向 3D Finfet 工藝的演進。

同時隨著 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。

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。

Flash 有一個缺點，隨著技術演進，它的成本價格會越來越高，這是不符合經(jīng)濟效益的。這個時間點臺積電引入了 eNVM 技術，即 MRAM 和 RRAM，目前臺積電的 16 納米和 12 納米的技術正在開發(fā)中。

MRAM 跟傳統(tǒng)的 Flash 不同的點在于，MRAM 是通過一個磁極的翻轉(zhuǎn)來進行數(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 特別適合應用于汽車電子上。

當然必須要說，因為 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，那就是外界的強磁場對它的一個干擾。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的 Design 給到客戶來做參考。22 納米的 MRAM 已經(jīng)進入量產(chǎn)階段，臺積電的 16 納米 MRAM 在去年也通過了消費類電子的認證，預計 2023 年會推出給到臺積電車用電子的客戶使用。

臺積電的 ReRAM，不同的點是在于它是通過后端一個電阻絲的連接和斷開，通過阻值的改變來進行一個數(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，它其實是針對于消費類的電影以及 IOT 應用，主打的是一個性價比。但隨著臺積電對這項技術的不斷的研究，深入的認識，臺積電發(fā)現(xiàn)它其實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，然后它還有一點好處是它沒有磁干擾的問題。因此臺積電認為 RRAM 在未來可能比較適用于中低端的 MCU 的應用上面。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)當中。

車用電子的三個特殊工藝

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

第一個是車用 RF 通信技術。

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 5 倍的數(shù)據(jù)傳輸速率的一個提升，因此這一技術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 的標準，汽車可以跟周圍的各種事物去進行一個通信，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。

另外一項應用將在毫米波雷達。早期的比較低分辨率的雷達識別物體的時候，如果物體靠得特別近，可能沒辦法把對象區(qū)分開來?，F(xiàn)在高精度的 4D 的圖像雷達，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行一個區(qū)分。

臺積電專門推出針對毫米波雷達在 28 納米上的 HPC plus 的工藝，同時臺積電在 16 納米上也在進一步的做提升，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。

第二個特殊工藝是車用 CIS。

CIS 在車子里面的應用跟在手機上面的應用差別很大，CIS 用在手機里面基本上是用來拍照或者是錄制視頻。但是在車里面更多的用途是用來幫助機器視覺看得更遠更清楚，這就要求它具有更低 pixel size，有更高的分辨率。

車子大部分的時候都是在開動的，所以對于運動的圖像的一個識別是非常的重要，要保證運動的圖像能夠拍的清楚，能夠不變形。技術從 rolling shutter 向 Global Shutter 的演進也是一個大的趨勢。

在這些趨勢的驅(qū)動之下，整個工藝往前演進的方向，首先從工藝節(jié)點，會從 N90/N65 延伸到 N65/N45 納米，同時臺積電會提供 wafer 的堆疊，以及具有更高密度的 3D 的 MiM。

第三個特殊工藝是 BCD 技術。

電動車的普及使得汽車里面相應的電源管理的模塊數(shù)量大大的增加，同時電動車的電池也從 12 伏向 48 伏演進，這個時候就需要更高壓的 PCB 工藝。此外，電源管理模塊還有一個整合的趨勢，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走向整合。因此我們看到這些技術所用到的工藝節(jié)點也是從 180 納米，然后引進到 130 納米，下一代會演進到 55 納米。

臺積電車用電子平臺

臺積電有一個完整的車務電子平臺，ADEP（Atuomotive Design Enablement Platform）來幫助客戶更好實現(xiàn)產(chǎn)品的落地。

ADEP 包含以下幾個部分，在技術方面，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)點都經(jīng)過了 AECQ100 的認證，臺積電會提供完整的設計文件以及相應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 的認證。臺積電針對第三方的 IP 會有 in-house 的 IP9000A 的一個質(zhì)量體系認證，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線上的 pattern control，會選擇最好的機臺去跑這些 wafer。同時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

不久前，臺積電曾在一個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邏輯電路和專業(yè)技術方面的積累，去實現(xiàn)與更多汽車客戶合作。