臺積電在汽車電子領域的工藝與技術布局。

近年來汽車行業在向著更安全、更智能以及更環保三大趨勢發展，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。現在看到的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。中國新能源汽車發展的非常快，全球范圍內預計新能源汽車的滲透率會達到40%以上，在中國這個數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的規模有多大？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模會從530億美金增長到940億美金。推動這些芯片數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據。從L2開始，就出現了一個能效比的概念。行業用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，經過3年才推出N5A平臺，隨著產品更新換代速度的加快，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，客戶也可以節省兩年的時間去優化設計。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、車燈等等。MCU分布在汽車的各個部位，傳統的汽車的MCU是一種分布式的架構，現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中。

MRAM跟傳統的Flash不同的點在于，MRAM是通過一個磁極的翻轉來進行數據的存儲以及擦寫，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100萬次的數據擦寫，同時在230攝氏度的高溫下，數據可以保持20年以上。

16納米的MRAM在經過100萬次的數據擦寫以及150攝氏度的高溫之后，它的現有的表面是基本沒有發生變化，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是用磁極的翻轉來做數據的重組擦寫，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。臺積電經過多年的研究與我們客戶的合作，臺積電研發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已經進入量產階段，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據的存儲和查詢。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，臺積電發現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，它的數據也可以保持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現在已經在量產階段，12納米目前正在開發當中。

?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點上，針對車用電子所做的開發。

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倍的數據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里大數據的傳輸的。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，可想而知這樣的數據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分開來。現在高精度的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于28納米的Finfit的性能表現供客戶使用。

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。

在這些趨勢的驅動之下，整個工藝往前演進的方向，首先從工藝節點，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產品的落地。

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。這些工藝節點都經過了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DesignFlow方面，臺積電會有end of life ?aging flow，Thermal AwareEM，Custom Design Ref.flow。

在IP生態系統方面，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的一個質量體系認證，確保所有在臺積電的平臺上開發的第三方IP質量。

最后一點就是制造，這是臺積電的優勢所在。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保留空閑產能。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技術方面的積累，去實現與更多汽車客戶合作。

審核編輯：劉清