在中文里,，“火候”一詞的使用并不局限在廚房,，更能用來評(píng)價(jià)處世的修養(yǎng),，以及為人的境界,。
小小的芯片,，看似簡(jiǎn)單，卻充滿了科技之道,。只有真的懂得制造工藝與應(yīng)用原理,，了解每一顆芯片生產(chǎn)背后的艱辛，才能看懂制造商從小處用心的美好,。
晶圓制造與未來汽車
在強(qiáng)大的半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)下,，許多曾被認(rèn)為屬于科技幻想的汽車功能正不斷被開發(fā)出來，例如先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）正在為自動(dòng)駕駛汽車鋪平道路,?？梢赃@么說，汽車電子業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢,、后續(xù)乏力的情況已經(jīng)一去不返了,。
總體而言，從現(xiàn)在到2023年,，汽車應(yīng)用半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)將出現(xiàn)7％的復(fù)合年增長率,，市場(chǎng)價(jià)值將從350億美元增加到540億美元。在ADAS／自動(dòng)駕駛／車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）／電動(dòng)汽車動(dòng)力總成（EV Powertrain）／安全性等應(yīng)用的推動(dòng)下,，每輛汽車中所包含的半導(dǎo)體芯片價(jià)格,，將從2017年的375美元增長到2025年的613美元。在此期間,，最具代表性的ADAS應(yīng)用領(lǐng)域?qū)㈩A(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)CAGR猛增的現(xiàn)象,，達(dá)到19％。
然而即使這樣,，在大多數(shù)人的印象中,，汽車電子與晶圓代工廠之間的關(guān)系似乎并不緊密,。不過，最近兩則與格芯（Global Foundries）相關(guān)的新聞,，正在改變?nèi)藗兊倪@一傳統(tǒng)觀念,。
5月23日，格芯宣布22nm FD－SOI（22FDX）技術(shù)平臺(tái)通過AEC－Q100（2級(jí)）認(rèn)證,，準(zhǔn)備投入量產(chǎn),。這意味著，作為AEC－Q100汽車標(biāo)準(zhǔn)的一部分,，格芯22FDX技術(shù)的能力已經(jīng)得到驗(yàn)證,，能夠滿足汽車市場(chǎng)嚴(yán)格的質(zhì)量和性能要求；另一則消息則來自中國,，5月18日,，第八屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇上，由中國公司設(shè)計(jì),，基于芯原（VeriSilicon）VIP8000架構(gòu)的全球第一顆對(duì)標(biāo)Level－4的基于多傳感器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片,，采用GF 22FDX工藝制造，已于今年4月成功流片,。
格芯在ADAS與自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備
IP,、工藝與服務(wù)，一個(gè)都不能少
提到格芯的汽車電子業(yè)務(wù),，2017年推出的AutoPro服務(wù)包是一個(gè)繞不開的話題,。這種服務(wù)包提供所有格芯汽車技術(shù)都具備的體驗(yàn)、質(zhì)量和可靠性,，以質(zhì)量系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒,、技術(shù)平臺(tái)準(zhǔn)備就緒和運(yùn)行準(zhǔn)備就緒三種核心技術(shù)為支柱構(gòu)建，完全滿足汽車行業(yè)嚴(yán)格的質(zhì)量和可靠性要求,，幫助汽車制造商利用芯片的力量,，邁入“智能互聯(lián)”的新時(shí)代。
格芯面向汽車的功能
先讓我們花點(diǎn)時(shí)間簡(jiǎn)單了解一下AutoPro服務(wù)包里所包含的相關(guān)技術(shù)：
面向汽車的嵌入式存儲(chǔ)器
格芯130nm至22nm技術(shù)平臺(tái)提供了廣泛的嵌入式存儲(chǔ)器解決方案,，例如嵌入式磁阻性RAM（eMRAM）和嵌入式閃存（eFlash）,，這些存儲(chǔ)器解決方案能夠滿足2級(jí)到0級(jí)汽車市場(chǎng)的要求。
CMOS毫米波雷達(dá)
40nm和22FDX CMOS毫米波解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)器,、DSP,、模擬和RF的片上系統(tǒng)集成，借此優(yōu)化ADAS解決方案的成本和復(fù)雜性,，特別適合短距離側(cè)面／尾部以及中距離前視雷達(dá),。22FDX全耗盡SOI可以比肩SiGe RF性能，適合長距離雷達(dá),，具備CMOS的集成優(yōu)勢(shì),，并因CMOS獨(dú)特的背柵極偏壓功能實(shí)現(xiàn)了超低功耗,。
SiGe BiCMOS
SiGe BiCMOS解決方案憑借經(jīng)由SiGe HBT實(shí)現(xiàn)的出色VCO相位噪聲、更高的PA輸出功率和效率,，為汽車ADAS雷達(dá)RFIC提供出色性能,，非常適合長距離前視77GHz ADAS雷達(dá)。
RF SOI
45RFSOI部分耗盡型式SOI技術(shù)采用以RF為中心的厚金屬層后端,，此后端被置于含有大量阱的高電阻率襯底上,，幫助實(shí)現(xiàn)低損耗和出色的諧波性能。它是面向低延遲,、新一代V2V和V2X應(yīng)用的理想解決方案,。該技術(shù)提供出色的RF性能，具備先進(jìn)CMOS的集成優(yōu)勢(shì),。
動(dòng)力解決方案
130nm BCD工藝支持客戶為電動(dòng),、混合動(dòng)力和內(nèi)燃機(jī)汽車內(nèi)的多個(gè)模塊提供單芯片解決方案。符合1級(jí)和0級(jí)汽車標(biāo)準(zhǔn)的工藝,，適用于電池管理,、電池監(jiān)測(cè),、頭端PMIC,。其80V器件具備轉(zhuǎn)變成100V器件的路線圖（適用于48V混合規(guī)格），NVM （eFlash）解決方案則可用于獲取與電池使用時(shí)間和健康狀況有關(guān)的實(shí)時(shí)信息,。
Autopro服務(wù)包解決方案的重要性,，在于它使得格芯在全球的每一個(gè)代工廠，無論是德國德累斯頓,、紐約馬耳他,，還是新加坡，甚至包括中國成都工廠,，也無論他們采用何種制程工藝（新加坡的180nm,、130nm、55nm,、40nm成熟工藝,，或是紐約馬耳他廠的14LPP／12LP／7LP FinFET，或是德累斯頓工廠的22納米FD－SOI技術(shù)）,，都能夠提供通過車規(guī)認(rèn)證的多種汽車客戶模塊化平臺(tái),。
比起其他市場(chǎng)的客戶，汽車客戶對(duì)質(zhì)量和可靠性的要求更高,，這無可厚非,，因?yàn)槲覀兌贾溃嚭涂ㄜ囋谑褂弥芷趦?nèi),，無論是在何種天氣,、道路條件和交通條件下,，都必須正常運(yùn)行，因此“IATF16949認(rèn)證”的重要性不言而喻,。
IATF16949認(rèn)證是保證整個(gè)生產(chǎn)過程處于可控,、可追溯狀態(tài)的信心源頭，能向客戶保證格芯在汽車級(jí)IC的生產(chǎn),、測(cè)試,、篩選等環(huán)節(jié)均處于零缺陷狀態(tài)，這是汽車客戶非常在意的指標(biāo),。目前,，格芯位于德累斯頓的Fab 1晶圓廠已經(jīng)完成了首次全面的IATF16949／ISO9001核查，這表明工廠的質(zhì)量管理系統(tǒng)符合汽車生產(chǎn)要求,，汽車客戶可以從格芯的平臺(tái)上面獲取符合車規(guī)的IC產(chǎn)品,。
為不同的應(yīng)用選擇正確的工藝
與其它晶圓代工企業(yè)不同，格芯在FD－SOI和FinFET這兩個(gè)領(lǐng)域都有布局,。我們始終認(rèn)為,，在22FDX的生產(chǎn)工藝中，它的掩膜工藝成本和復(fù)雜度要比14nm FinFET低不少,，RF器件所需的基體偏壓（Body Bias）又很難用FinFET工藝來做,。因此，考慮到可以在功耗,、性能和成本方面提供實(shí)時(shí)的權(quán)衡,，F(xiàn)D－SOI將是打造“具備連接能力的新型嵌入式系統(tǒng)所需的理想技術(shù)”，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）,、5G和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS是最為適于導(dǎo)入FD－SOI技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)域,。而在設(shè)計(jì)具有最高處理性能的芯片時(shí)，采用像FinFET這樣先進(jìn)的CMOS技術(shù)則更為適合,。
格芯面向汽車SoC市場(chǎng)的產(chǎn)品路線圖
那么,，如何為不同的應(yīng)用選擇正確的工藝？
跟客戶進(jìn)行深入的交流,，充分了解他們的產(chǎn)品需求,，是格芯一貫堅(jiān)持的做法。如果有客戶想做高性能處理芯片,，格芯就會(huì)推薦他們使用FinFET工藝,；如果只想做一個(gè)雷達(dá)收發(fā)器，那么硅鍺工藝就足夠了,；如果想做一個(gè)高分辨率雷達(dá),，22FDX工藝則更加合適。而且，在制定方案的同時(shí),，格芯還會(huì)根據(jù)不同的工藝給出相應(yīng)的PPA分析報(bào)告,，方便客戶做出正確的選擇。
以汽車?yán)走_(dá)為例,，目前77－86GHz的中／長距離汽車?yán)走_(dá)的射頻部分通?；诠桄N工藝，數(shù)字部分基于180nm和130nm CMOS工藝,，芯片整體處理能力不強(qiáng),。與之相比，格芯22FDX技術(shù)則能夠提供更出色的毫米波（mmWave）性能和數(shù)字密度,，使得基于22FDX的雷達(dá)傳感器能夠提供更高的分辨率和更低的延遲,，且總系統(tǒng)成本非常低。很快我們就會(huì)看到有客戶展示基于22FDX技術(shù)所構(gòu)建的雷達(dá)成像芯片組,，此芯片組能夠檢測(cè)300米范圍內(nèi)的物體,，且具備分辨率極高的寬視場(chǎng)。
而在77GHz短／中距離雷達(dá)模塊的開發(fā)中,，有客戶采用的則是格芯成熟的CMOS工藝技術(shù)來開發(fā),。該模塊將微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器,、SRAM和閃存和支持組件集成于電路板上,，用于替代更大型的雷達(dá)陣列。
當(dāng)然,，雷達(dá)只是汽車半導(dǎo)體應(yīng)用中的一種,。動(dòng)力總成控制是另外一種,。在近期舉辦的嵌入式世界大會(huì)中,，Silicon Mobility展示了其公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程控制單元（FPCU），用于控制電動(dòng)和混合汽車的動(dòng)力總成,。該單元采用格芯的55LPx CMOS技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建,，能夠?qū)崟r(shí)處理和控制傳感器及致動(dòng)器，在單個(gè)半導(dǎo)體（符合安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262 ASIL－D）中,，與標(biāo)準(zhǔn)CPU連接,。
由此獲得的功能更強(qiáng)大、更靈活,、更安全的架構(gòu),，可以提升電動(dòng)和混合汽車動(dòng)力總成的控制力和性能。通過在硬件而非軟件中快速實(shí)施復(fù)雜的動(dòng)力總成控制算法,，大幅節(jié)省了能源,，并延長電池的使用壽命。根據(jù)Silicon Mobility的反饋,，F(xiàn)PCU可以將電動(dòng)和混合汽車的行駛范圍擴(kuò)大32％,。
目前,，對(duì)空調(diào)、引擎和油路系統(tǒng)進(jìn)行控制的MCU,、短／中／長距離雷達(dá),、針對(duì)電動(dòng)／混合電動(dòng)汽車的電源管理IC、以及用于ADAS／自動(dòng)駕駛的高性能處理器,，占據(jù)了格芯汽車電子業(yè)務(wù)的前幾位,。從我們自己的觀察來看，中國汽車客戶更傾向于做視覺和自動(dòng)駕駛處理芯片,，歐洲市場(chǎng)比較大的應(yīng)用來自微控制器,、傳感器、攝像頭和激光雷達(dá),，美國則以激光雷達(dá)和自動(dòng)駕駛解決方案最具代表性,。
中國是一個(gè)很有趣的市場(chǎng)，國際市場(chǎng)里有30％的供應(yīng)商都來自中國,。但很多中國tier 1的車廠,，卻還是從比較大型的車用器件公司采購標(biāo)準(zhǔn)的雷達(dá)或者處理器芯片，這是目前的現(xiàn)狀,。不過,，格芯仍然相當(dāng)看好中國層出不窮的創(chuàng)新方案，將視頻監(jiān)控領(lǐng)域所涉及的視覺系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到汽車領(lǐng)域就是其中一例,。除了提供包括MIPI接口,、Can Bus等在內(nèi)的IP整體解決方案外，通過在中國成立設(shè)計(jì)中心,，幫助客戶更好的利用格芯平臺(tái),，更是我們的優(yōu)先戰(zhàn)略。