第四代低功耗动态 DRAM 与其延展版的车辆应用解决方案

作者： 华邦电子 DRAM 技术经理，林修民

日本计划在东京奥运会上展示无人驾驶技术，展现了近年来汽车智能化的成果。随着5G技术与人工智能（AI）的发展，车载通讯技术已慢慢从早期的娱乐影音播放以及导航系统，发展到现在的深度学习与车联网（V2X），并朝着无人驾驶的目标前进。而实现此目标的关键因素正是半导体。

目前，先进驾驶辅助系统（ADAS）是车载通讯中最普遍的应用之一，它包含不同的子功能：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。车辆制造商一直试着添加更多主动式安全保护，以达到无人驾驶的最终目标。因此，越来越多的半导体产商与车辆制造商合作，以提高装置的可靠度。

许多半导体已经实际应用于汽车内，如电动车（含油电混合车）所使用的功率半导体、车身与被动安全装置使用的微控制器、数字信号处理器、半导体传感器、不同种类的内存（包括NOR与DRAM），以及影音播放与整合系统等。根据IHS Markit统计，整体车用半导体过去几年产值平均以每年约7%的速度增长。

随机存取内存（DRAM）在车辆内的应用

作为处理器重要的零组件，DRAM负责储存程序代码的重要工作，并且在越来越多通讯功能（包括但不限于个人计算机、服务器、行动装置）与车辆应用中，扮演着重要的角色。目前主要使用内存的车内应用包括与息娱乐系统与ADAS，两者几乎占整个车用DRAM产值80%以上。

在信息娱乐系统方面，座舱（Cockpit）控制器、车载通讯（Telematics）是DRAM的主要应用。而在ADAS应用中，DRAM主要使用在雷达与光达感测，以及镜头感测。此外，它也有许多与域（Domain）控制器搭配的应用。

域控制器应用要求计算带宽与容量来处理各个传感器上的信息，因此随着传感器分辨率的提升，DRAM在容量以及带宽上也需要有相应提升。为了符合这一需求，第四代低功耗随机存取内存（LPDDR4）及其延展版（LPDDR4x）变得越来越普遍，其数据传输率可高达4266Mbps。由于信息娱乐系统发展较早，因而长年使用DDR （DDR2/DDR3）系列，但随着汽车对省电的需求逐渐增加，低功耗内存（LPDDR）也慢慢有了取代DDR的趋势。

除了容量以外，效能也是DRAM最主要的应用原因之一。虽然车内应用种类广泛，但并非每种应用都需要使用大容量DRAM，更常见的是需要计算的效能应用。如车内的各种感测技术，需要通过高速运算来产生实时结果，以提供车用电子服务。因此小容量的LPDDR4x将在车用DRAM中扮演重要角色。

DRAM对于车载通讯可靠度的重要性

由于车用安全性的极高要求，避免发生错误至关重要。相较于消费性电子通过重启就能解决大部分问题，行进中汽车并无法用此方式解决故障。因此对车用电子而言，最重要的不只是出厂时的质量状态，还有出厂后对环境变化的运作状态可靠度——遇到高低温气候时，仍能保持长期正常运作。

在半导体组件中，测量硬件可靠度故障率的单位为Failures In Time （FIT）。影响硬件可靠度的常见因素是晶粒与封装的错误。晶粒可能发生的错误有晶体管的不稳定，如离子污染、金属导体的电迁移（EM），以及常见的静电放电伤害（ESD）等；封装的错误如封装的翘曲变形（Warpage）等。

为了提高硬件的可靠性，一般在产品量产前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时的操作状况；并进行早期故障率测试（Early Failure Rate， EFR），来解决翘曲变形问题，以提高封装部分的板级可靠度（Board Level Reliability）。

华邦电子拥有自建晶圆制造厂，是全球前四大同时提供DRAM与NOR/NAND FLASH整合组件的制造商。旗下车用DRAM产品线包含SDRAM、DDR/2/3以及LPDDR/2/4/4x，容量涵盖64Mb至1Gb，可满足客户对车规内存管理的严苛需求，并可提供长期供货。通过使用自有的25纳米技术，华邦可制造1Gb~8Gb容量的LPDDR4 / DRAM4x，数据传输率最高可达4266Mbps。其封装型态除了良裸晶粒（KGD）外，也提供标准200球栅阵列封装（BGA）供客户选择，并预计于今年（2020）第三季提升至第一级车规温度规格（AG1）。

华邦已通过IATF 16949与AECQ-100标准，并长期为车用电子厂商供货。未来随着越来越多ADAS功能进到车内，在实现无人驾驶车辆目标的过程中，华邦将致力于提供效能优良，同时具有高可靠度的产品，来支持车用产业客户。