瑞薩電子研發(fā)出業(yè)內首創(chuàng)的28nm微控制器的嵌入式閃存工藝

　　全球領先的半導體及解決方案供應商瑞薩電子株式會社日前宣布其已研發(fā)出業(yè)內首項應用于28 nm制程工藝的微控制器(MCU)的28納米(nm)閃存知識產權(IP)。

　　現(xiàn)代發(fā)動機油耗不斷降低，要求新型控制機制能夠對應新式燃燒方法的引入以及小型化所帶來的進一步系統(tǒng)升級。高速實時處理，例如根據對多個傳感器的反饋而產生的載荷變化在多種控制算法之間進行動態(tài)切換將成為必備功能，車用MCU中將需要具備當前性能的三到五倍的性能。此外，隨著ECU數(shù)目的不斷增多，如果我們考慮電源方面的限制，比如汽車臨時停車時關掉發(fā)動機的習慣，那么顯而易見的是，在提高性能的同時，還需要降低能耗。

　　同時，由于集成多個MCU以及控制算法本身的復雜性日益提高，閃存MCU將要求片上閃存的容量要比先前的器件增大約3倍。與此同時，由于目前提高汽車控件以及汽車MCU上各項需求的安全性和保密性極為重要，因此高級功能安全已成為重中之重。新式的多核架構要求包含在鎖步模式下同時運行的多個雙核處理器，并可對應集成各種功能的要求。低油耗發(fā)動機需要安裝用于生成噴油脈沖的處理加速器以及在無人駕駛汽車的駕駛支持系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度燃燒控制、爆震控制和協(xié)同控制功能所需的信號處理的器件，因此更高的集成密度，也就是采用更精細的外形尺寸制造工藝是不可缺少的。

　　瑞薩目前的40 nm制程工藝最高支持8 MB的片上MCU閃存。但我們需要提供容量為10 MB的片上MCU閃存模塊，從而滿足MCU搭載的控制系統(tǒng)精密程度不斷提高所提出的要求。

　　采用更小的工藝規(guī)格是一種提高閃存集成密度以及擴充集成在單個芯片上的外設功能的方法。采用瑞薩新推出的28 nm制程工藝開發(fā)的單片MCU最大能支持16MB以上的片上閃存容量。

　　瑞薩一直致力于28 nm制程原型的研發(fā)，其外形較現(xiàn)有的40 nm制程更為精細。在最新的原型芯片中，高速讀出操作的運行時鐘頻率最高可達到160 MHz、而且數(shù)據保留時間可達到20年，重寫循環(huán)的次數(shù)為250,000次(對數(shù)據存儲)。隨著外形尺寸的縮小，維持閃存的性能及可靠性變得越來越困難，但瑞薩利用MONOS[注釋1]結構閃存的可擴展性成功地創(chuàng)建了這一原型，從而使集成在閃存MCU中的存儲器的容量和性能均得到同步提升。瑞薩應用于MCU的MONOS工藝在公司40 nm制程生產中已經取得了輝煌的業(yè)績。

　　新研發(fā)的MCU用28nm閃存IP可為對可靠性提出高標準要求的汽車及其它行業(yè)提供設計優(yōu)勢。 例如，在ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))領域，存儲容量和性能的提升將能夠支持復雜的3D雷達數(shù)據處理，從而提高汽車的安全性。此外，在動力傳動領域，這項新技術將通過增加用于燃油噴射的映射數(shù)據量以及提高數(shù)據處理能力對燃油噴射以及點火裝置實現(xiàn)更為精細的控制。這樣一來，不僅燃油效率會提高，同時環(huán)境和能源危機也會得到緩解。此外，28 nm制程的采用將能夠降低電流消耗。

　　瑞薩將加快28 nm制程汽車閃存MCU商用版本的開發(fā)進度，以滿足高速讀出、高可靠性、更大容量(最大容量在16 MB以上)的需求。

　　瑞薩已經在批量生產閃存MCU方面占據了行業(yè)領先位置，并致力于將閃存MCU廣泛應用于多種行業(yè)，包括汽車、消費電子和工業(yè)領域。瑞薩早已深知閃存MCU將朝著可靠性更高、集成密度更大的方向發(fā)展，并在2004年的150 nm制程MCU、2007年的90 nm MCU以及2012年的40 nm MCU中采用了相對更適用于更加精細的外形尺寸制程的MONOS結構閃存。此外，瑞薩是首家從90nm系列開始交付閃存MCU樣品并同時升級制程工藝的半導體制造商。

　　28 nm片上閃存IP的主要特點：

　　(1)經過驗證的高度讀出性能

　　在原型芯片中，從程序存儲閃存中讀出速度達到了160 MHz(參照：瑞薩40 nm制程器件的120 MHz)，因此，基于28nm工藝的MCU產品能夠執(zhí)行比如發(fā)動機控制等復雜的實時處理功能。

　　(2)經過驗證的高可靠性

　　新型IP可使數(shù)據保留時間長達20年之久，這對于汽車MCU來說是非常重要的，此外，作為數(shù)據存儲閃存使用時，其重寫循環(huán)次數(shù)可達到250,000次，這也與瑞薩40 nm制程器件的重寫循環(huán)次數(shù)相同。

　　(3)能夠容納更大容量的閃存

　　如果采用該閃存制造28 nm制程閃存MCU，那么MCU單個芯片上的片上閃存容量最大將達到16 MB。

　　采用更為精細的制程后，邏輯電路中包含的高速/低功率晶體管的數(shù)量約為早先瑞薩40 nm制程的兩倍。 這樣便能夠開發(fā)出支持多個CPU內核、功能安全和保密以及多種接口標準的MCU，并能夠集成到汽車電子控制裝置(ECU)中。

　　現(xiàn)在，瑞薩在其多年積累的專業(yè)技術及其在將外形尺寸縮減至40 nm制程中獲得的經驗的基礎上，完成了業(yè)內首個MCU 28 nm制程片上閃存IP的開發(fā)。 這項研發(fā)成果將使瑞薩成為第一家有能力制造出車用28 nm閃存MCU的制造商，瑞薩將能夠增大存儲器容量并提高處理性能的同時能夠縮減邏輯電路(而非閃存電路)的外形尺寸。

　　在此項開發(fā)所取得的成果的基礎上，瑞薩將加快其開發(fā)28 nm制程汽車閃存MCU的進程，并將成為首家將此類產品推廣到市場、以此滿足客戶需求的制造商。因此，瑞薩將一直致力于幫助系統(tǒng)設計人員開發(fā)出更為先進的產品為您帶來安全、愉悅的汽車駕駛環(huán)境。

　　MONOS(金屬氧氮氧化硅)

　　瑞薩目前對集成在MCU芯片上的閃存采用的MONOS工藝在EEPROM、安全MCU以及其它產品中擁有20年的成功經驗。瑞薩也正在開發(fā)其獨有的晶體管結構。