面向未來(lái)汽車應(yīng)用的高可靠性創(chuàng)新半導(dǎo)體方案綜述
現(xiàn)在，汽車行業(yè)的創(chuàng)新幾乎完全由智能電子技術(shù)驅(qū)動(dòng)，很多情況下這也是唯一可以實(shí)現(xiàn)新功能特性的途徑。如今，一個(gè)裝備良好的高檔汽車一般帶有40～50個(gè)電子控制單元，頂級(jí)車型甚至有70個(gè)以上。每個(gè)控制單元至少有一個(gè)微型計(jì)算機(jī)和幾個(gè)模擬元器件。因此，近年來(lái)汽車行業(yè)已成為半導(dǎo)體行業(yè)的一個(gè)重要市場(chǎng)。今后幾年半導(dǎo)體技術(shù)將會(huì)怎樣呢？對(duì)汽車電子行業(yè)有何影響呢？
半導(dǎo)體工藝尺寸越來(lái)越小的趨勢(shì)會(huì)繼續(xù)延續(xù)。目前，針對(duì)汽車應(yīng)用的MCU所用工藝范圍從0.5微米至0.18微米�；�0.13微米工藝的MCU也已開(kāi)始啟用。
批量生產(chǎn)預(yù)計(jì)于2005年開(kāi)始。飛思卡爾的MPC5200和MPC5500架構(gòu)是這一工藝技術(shù)的典型代表。90nm和65nm工藝也正在開(kāi)發(fā)中。隨著尺寸的縮小，每個(gè)晶圓上的芯片數(shù)目將大大增加，但相應(yīng)的芯片掩膜和生產(chǎn)成本也會(huì)大幅提高。300mm晶圓的采用將進(jìn)一步增加成本。因此，只有大批量生產(chǎn)才能實(shí)現(xiàn)具有成本效益的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，一個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品系列的很多衍生型號(hào)都將遭受淘汰的命運(yùn)。顯然，將來(lái)的趨勢(shì)是少品種、大批量。
為了支持針對(duì)汽車應(yīng)用的未來(lái)定制方案，就需要基于嵌入式閃存EEPROM技術(shù)的靈活、可配置且可編程的產(chǎn)品。因此，在專用ROM MCU的開(kāi)發(fā)中，eFlash技術(shù)將受到青睞，而且將來(lái)會(huì)取代簡(jiǎn)單的CMOS技術(shù)。此外，越來(lái)越多的EEPROM仿真基于標(biāo)準(zhǔn)eFlash存儲(chǔ)模塊。然而，EEPROM仿真仍需要高性能嵌入式閃存技術(shù)，以便獲得至少一萬(wàn)次的編程/擦寫(xiě)周期。再過(guò)幾年，一種全新的非易失存儲(chǔ)技術(shù)將用于汽車應(yīng)用。MRAM存儲(chǔ)技術(shù)可滿足MCU存儲(chǔ)器的所有專用需求，而且不存在目前的存儲(chǔ)器劃分(如ROM、RAM和EEPROM)的限制。非易失存儲(chǔ)器可快速寫(xiě)入實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的功能將打開(kāi)新的應(yīng)用之門(mén)，如飛機(jī)黑匣子記錄功能。此外，各種低功耗待機(jī)模式將大大降低空閑模式下的功耗。飛思卡爾已經(jīng)推出第一批MRAM存儲(chǔ)器樣片。
面向汽車創(chuàng)新應(yīng)用的未來(lái)結(jié)構(gòu)
創(chuàng)新功能的實(shí)現(xiàn)通常需要越來(lái)越高性能的計(jì)算方案。與PC不同的是，在汽車應(yīng)用中高性能計(jì)算能力不能簡(jiǎn)單地依靠增加時(shí)鐘速率來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這里有很多因素在限制著時(shí)鐘速度的提高，比如高達(dá)125°C的周圍溫度、缺乏散熱裝置及功耗的限制等。此外，汽車系統(tǒng)嚴(yán)格的實(shí)時(shí)要求大大降低了傳統(tǒng)高性能CPU的效率。頻繁的任務(wù)切換和大量的中斷使得CPU流水線或高速緩存應(yīng)接不暇。將部分任務(wù)轉(zhuǎn)移給外圍器件可解決這類問(wèn)題，如I/O處理器和狀態(tài)機(jī)等。在馬達(dá)管理應(yīng)用中，專門(mén)的“時(shí)間處理單元”可承擔(dān)分析和生成復(fù)雜時(shí)序信號(hào)的責(zé)任。智能DMA模塊可自動(dòng)處理來(lái)自LIN或CAN網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)，或靈活存儲(chǔ)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)據(jù)。依靠新的地址和數(shù)據(jù)總線架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)主CPU和I/O處理器或DMA模塊的并行運(yùn)行。這種分布式智能架構(gòu)最早在新近推出的32位MCU MPC5500、MPC5200和MAC7
