台积电：2024年将推出N4AE和N3AE平台

台积电在汽车电子领域的工艺与技术布局。

近年来汽车行业在向着更安全、更智能以及更环保三大趋势发展，在7月19日世界半导体大会台积电专场上，台积电分享了围绕这三个趋势为客户提供的各种工艺支持。

首先是更安全，人在驾驶的时候，通过眼睛耳朵去搜集周围的信息，然后我们的大脑对它作出判断，再控制手和脚去做出相应的反应。随着辅助驾驶技术的进一步的演进，自动驾驶在人类的车子上面安装了更多的眼睛和耳朵，去搜集周围的信息，同时搭配一个相对强大的SOC的芯片来对这些信息做一个判断。

人类的眼睛耳朵有时候总会漏掉一些信息，大脑也有分神的时候，有了这样的辅助驾驶的芯片，会让未来的出行更加的安全。根据全球的预估到2030年L1级以上的ADAS芯片的上车率会达到90%以上。

第二个是更智能化，未来汽车会像是“有轮子的超级计算机”。这就需要汽车去跟外界做互通，就需要有一些通信模块的存在。现在看到的3G、4G甚至是5G的通信模块都在慢慢的上车，预计到2030年，整个通讯模块的车子上面的安装率会达到75%以上。

第三点更环保，今年新能源汽车的展台都是非常的火爆，而且每一个展台几乎中间的C位都是一台新能源车。中国新能源汽车发展的非常快，全球范围内预计新能源汽车的渗透率会达到40%以上，在中国这个数字应该会更早的被达到甚至被超越。

整体的汽车半导体行业的规模有多大？在2020年，整个全球汽车的出货量是8,200万台，台积电预计到2027年会增长到9,400万台，其中车子里面用到的芯片的含量的市场规模会从530亿美金增长到940亿美金。推动这些芯片数量增加的主要的来源就是刚刚提到的三大块，他们分别贡献了从16%~23%不等的一个年复合增长率。

不管是辅助驾驶还是自动驾驶，都需要有一个强大的SOC的芯片提供强大的算力来处理搜集到的大量的数据。从L2开始，就出现了一个能效比的概念。行业用Tops/Watt来衡量芯片需要提供的一个能力。在第二个层级，大概只需要0.1Tops/Watt，这个时候大概使用28纳米或者是16纳米就足够了；但是随着技术往前演进，在L4，L5，达到10个Tops/watt，这样子对于工艺的要求会进一步提升到5纳米甚至是3纳米。

针对汽车电子，台积电在2018年就已经推出了7纳米的工艺，但是直到2021年才完整的推出N7A平台。N5工艺也是一样，经过3年才推出N5A平台，随着产品更新换代速度的加快，台积电希望能加快推出更新工艺。

台积电计划在2024年推出N4AE和N3AE两个平台，那么AE代表Auto Early，这一平台是为了在2026年N3A的平台可以供客户使用之前，先让早期的客户拿到相关的设计文档，可以开始进行一些前期的设计。台积电在三年间不断提升工艺良率，客户也可以节省两年的时间去优化设计。这就等于是客户不用等到一切都准备好了，再开始跑，可以提前就小步快走起来。

 台积电谈车用eNVM

车子里面会用到很多MCU芯片，包括车窗的控制，雨刮器、空调、车灯等等。MCU分布在汽车的各个部位，传统的汽车的MCU是一种分布式的架构，现在随着电子电器架构的往前演进，可以看到MCU是在向域控制器以及中央计算发展，这就要求更强大的MCU来支持汽车更智能的控制。

因此台积电也看到整个的技术从28纳米向3D Finfet工艺的演进。

同时随着OTA的成熟以及软件定义汽车的普及，台积电看到对于存储的要求也在不断的增加，因此台积电看到MCU的趋势会从嵌入式的 flash的工艺向emerge memory演进。

在2005年，台积电就推出了180纳米的车用的平台。到2019年，台积电提供了28纳米的嵌入式的flash技术。

Flash有一个缺点，随着技术演进，它的成本价格会越来越高，这是不符合经济效益的。这个时间点台积电引入了eNVM技术，即MRAM和RRAM，目前台积电的16纳米和12纳米的技术正在开发中。

MRAM跟传统的Flash不同的点在于，MRAM是通过一个磁极的翻转来进行数据的存储以及擦写，这就表示它前端是跟我们的逻辑工艺完全兼容的，这样子台积电客户在逻辑工艺上开发出来的IP是可以完全复用。

MRAM工艺，它可以提供从-40摄氏度到125摄氏度下大于100万次的数据擦写，同时在230摄氏度的高温下，数据可以保持20年以上。

16纳米的MRAM在经过100万次的数据擦写以及150摄氏度的高温之后，它的现有的表面是基本没有发生变化，这样的性能表明MRAM特别适合应用于汽车电子上。

当然必须要说，因为MRAM是用磁极的翻转来做数据的重组擦写，所以它还是有一定的短板所在，那就是外界的强磁场对它的一个干扰。台积电经过多年的研究与我们客户的合作，台积电研发了一套针对磁干扰相关的Design给到客户来做参考。22纳米的MRAM已经进入量产阶段，台积电的16纳米MRAM在去年也通过了消费类电子的认证，预计2023年会推出给到台积电车用电子的客户使用。

台积电的ReRAM，不同的点是在于它是通过后端一个电阻丝的连接和断开，通过阻值的改变来进行一个数据的存储和查询。那么它一样跟逻辑的工艺是完全兼容的。在RRAM开发的初期，它其实是针对于消费类的电影以及IOT应用，主打的是一个性价比。但随着台积电对这项技术的不断的研究，深入的认识，台积电发现它其实是很有潜力可以用在车用电子里面的。

在-40摄氏度到125摄氏度这样子的情况下，它可以支持25万次以上的擦写，在125摄氏度下，它的数据也可以保持10年以上，然后它还有一点好处是它没有磁干扰的问题。因此台积电认为RRAM在未来可能比较适用于中低端的MCU的应用上面。台积电的40纳米28纳米以及22纳米的RRAM现在已经在量产阶段，12纳米目前正在开发当中。

 车用电子的三个特殊工艺

台积电还分享了另外三个特殊工艺节点上，针对车用电子所做的开发。

第一个是车用RF通信技术。

未来，汽车中会有更多的通信模块会上车，由于 5G比4G有高达5倍的数据传输速率的一个提升，因此这一技术是非常适合用来作为这种ADAS里大数据的传输的。此外，通过CV2x的标准，汽车可以跟周围的各种事物去进行一个通信，可想而知这样的数据量也会是非常的惊人。所以RF工艺也在不断的演进。

另外一项应用将在毫米波雷达。早期的比较低分辨率的雷达识别物体的时候，如果物体靠得特别近，可能没办法把对象区分开来。现在高精度的4D的图像雷达，可以有小于1度角的分辨率，把靠得很近的物体可以清晰的按照边界进行一个区分。

台积电专门推出针对毫米波雷达在28纳米上的HPC plus的工艺，同时台积电在16纳米上也在进一步的做提升，台积电16纳米第二代的工艺上可以提供优于28纳米的Finfit的性能表现供客户使用。

第二个特殊工艺是车用CIS。

CIS在车子里面的应用跟在手机上面的应用差别很大，CIS用在手机里面基本上是用来拍照或者是录制视频。但是在车里面更多的用途是用来帮助机器视觉看得更远更清楚，这就要求它具有更低pixel size，有更高的分辨率。

车子大部分的时候都是在开动的，所以对于运动的图像的一个识别是非常的重要，要保证运动的图像能够拍的清楚，能够不变形。技术从rolling shutter向Global Shutter的演进也是一个大的趋势。

在这些趋势的驱动之下，整个工艺往前演进的方向，首先从工艺节点，会从N90/N65延伸到N65/N45纳米，同时台积电会提供wafer的堆叠，以及具有更高密度的3D的MiM。

第三个特殊工艺是BCD技术。

电动车的普及使得汽车里面相应的电源管理的模块数量大大的增加，同时电动车的电池也从12伏向48伏演进，这个时候就需要更高压的PCB工艺。此外，电源管理模块还有一个整合的趋势，台积电看到未来的电源管理芯片会整合更多的东西，比如MCU，gate Driver，LIN/CAN，走线等等，所有的这一切也要求技术走向整合。因此我们看到这些技术所用到的工艺节点也是从180纳米，然后引进到130纳米，下一代会演进到55纳米。

 台积电车用电子平台

台积电有一个完整的车务电子平台，ADEP（Atuomotive Design Enablement Platform）来帮助客户更好实现产品的落地。

ADEP包含以下几个部分，在技术方面，台积电从16纳米FinFET工艺上开始提供ADEP平台，还包括N7N5以及N3。这些工艺节点都经过了AECQ100的认证，台积电会提供完整的设计文件以及相应的老化模型给客户去做评估。

在DesignFlow方面，台积电会有end of life  aging flow，Thermal AwareEM，Custom Design Ref.flow。

在IP生态系统方面，不同于更早期的车用电子的平台，台积电在IP的部分也有部分的成果。台积电在in-house的foundation IP上提供完整的AECQ100以及ISO26262的认证。台积电针对第三方的IP会有in-house的IP9000A的一个质量体系认证，确保所有在台积电的平台上开发的第三方IP质量。

最后一点就是制造，这是台积电的优势所在。我们针对车用电子芯片会提供汽车的service package，但这一部分我们会帮助客户去做一个线上的pattern control，会选择最好的机台去跑这些wafer。同时我们还会不断的针对线上去做引入，提升它的良率，以及降低它的失效率。

 总结

不久前，台积电曾在一个论坛上表示不会为汽车行业保留空闲产能。台积电今日的分享似乎表明了这家巨头正在通过在先进逻辑电路和专业技术方面的积累，去实现与更多汽车客户合作。

审核编辑：刘清