车用SoC如何克服多重图形与FinFET挑战

　　在今年度的国际固态电路会议（ISSCC 2016）上，有两款车用系统单芯片（SoC）成为数位处理器议程中最有趣、最大胆创新的芯片技术展示；它们比分别由联发科（MediaTek）与AMD所发表的最新智能型手机与PC处理器内含更多核心、采用更激进的制程技术。那两款车用芯片是瑞萨（Renesas）设计、采用16奈米FinFET制程，其中之一是符合ISO26262标准、内含8颗ARMv8核心、2颗ARM R7核心以及3颗Imagination绘图处理（GPU）核心的车用安全芯片；另一款则是针对车用资通讯娱乐系统与驾驶辅助系统应用的视讯处理器芯片，采用了6种不同类型的17颗视讯处理器。

　　“在过去，技术推动者是智能型手机应用处理器，但情况已经改变了；”参与设计上述视讯SoC的瑞萨资深工程师Seiji Mochizuki在接受EE Times美国版编辑访问时表示，有鉴于车用资通讯娱乐系统以及驾驶附注系统的需求：“车用SoC将会需要比智能型手机处理器高得多的性能，未来的车用处理器必须以最先进的技术来开发。”

　　负责车用安全SoC开发的另一位瑞萨工程师Chikafumi Takahashi补充指出：“这是来自市场的需求，因为我们需要处理大量资料。ISSCC的常客、微处理器分析师David Kanter同意以上观点，他指出汽车的功率限制并不像手机那么多，而且对芯片的需求快速成长，特别是下一个十年将问世的自动驾驶车辆：“手机市场发展趋缓，意味着人人都在找下一个大商机；而显然资料中心领域已经是英特尔（Intel）的天下，但汽车领域还有很多能像是Nvidia等厂商取得差异化的机会。”Kanter指出，汽车也是一个能在单芯片中整合、虚拟化许多功能的成熟应用环境，可利用如瑞萨所展示、在安全关键功能进行个别设计的方法。瑞萨的车用视讯处理器现在已经开始提供样品，不过安全芯片则仍在进行评估。

　　联发科智能型手机应用处理器内含10核心

　　车用处理器还没有完全把手机处理器比下去，目前市面上其实只有少数芯片是采用14/16奈米FinFET制程；主要是苹果（Apple）、三星（Samsung）智能型手机的应用处理器，还有高通（Qualcomm）的Snapdragon 芯片。联发科在ISSCC发表的最新智能型手机处理器也不落人后，整合了8颗Cortex-A53、2颗A57核心，以及GPU、数据机与多媒体子系统。该款芯片采用20奈米制程，将处理器核心分成三个丛集；中阶的2GHz A53核心丛集占据独特的地位，提供比低阶的1.4G A53核心丛集高40%的性能，以及比高阶2.5 GHz A72核心丛集低40%的耗电。

　　联发科技术副总Uming Ko表示，因为芯片尺寸小，在手机处理器内可以整合多少颗核心并没有限制：“如果你在超低功耗与高性能之间画一条直线，沿着它还有足够的性能点可以让你继续找到添加够多核心的效益。”AMD的工程师则展示了让其PC 处理器Carrizo性能提升15%的聪明方法──仅透过简单地提供更积极的电源管理技术到该28奈米制程设计中。该Bristol Ridge平台设计，是利用电源管理方案来克服与发热、电压、电流息息有关的性能限制。

　　16奈米设计挑战

　　另外我还询问瑞萨工程师有关于16奈米节点的设计经验，采用该制程的处理器设计需要克服多重图形（multi-patterning）与FinFET的挑战，芯片架构在某种程度上需要有所改变；不过他们有其他的看法。Takahashi表示：“16奈米节点有许多考验与困难…功号是一个问题，有时候可靠度也是问题；”他指出，16奈米芯片的记忆体单元非常小，而且记忆体线（memory lines）很短、因此更容易遭遇软体错误。”

　　而Takahasi也表示，晶圆代工厂会提供16奈米互连，但缺乏对先进功能的支持，像是瑞萨在自家芯片上互连内建的服务品质（quality-of-service controls）控制。为了简化16奈米设计与验证工作，需要采用更高阶的设计语言例如System C。此外Mochizuki 则指出，16奈米芯片使用相对较高频率的时脉，很难维持低功耗；他表示，16奈米节点：“与前几世代的制程比较起来弹性较少…为了降低功耗，我们可能需要改变设计模式。”