芯片加速老化怎麽破 芯片面臨的新挑戰

    随着芯片打入汽車(chē)、雲計(jì)算(suàn)個(gè)工業物聯網等市場(chǎng)，芯片的可(kě)靠性逐漸成為(wèi)開(kāi)發者關注的重要問題。事實也證明(míng)，随着時(shí)間(jiān)的推移，芯片想要達到目标的功能将會(huì)變得(de)越來(lái)越難以實現。

    在過去，芯片的可(kě)靠性一般被歸結為(wèi)代工問題，但(dàn)是随着芯片打入新的市場(chǎng)或過去不太成熟的電(diàn)子産品市場(chǎng)，如汽車(chē)、物聯網、家(jiā)庭自動化等，這不再是一個(gè)簡單的問題。每個(gè)終端市場(chǎng)都有(yǒu)其獨特的需求和(hé)特點，影(yǐng)響芯片的使用方式和(hé)條件，而芯片的使用方式和(hé)條件又會(huì)對老化、安全等其他問題産生(shēng)更大(dà)的影(yǐng)響。

    随着邊緣電(diàn)子設備變得(de)更加複雜，人(rén)們對功能性和(hé)“足夠好”的定義也有(yǒu)所不同。過去，如果無人(rén)機或機器(qì)人(rén)上(shàng)的攝像頭被損壞或弄髒，通(tōng)常會(huì)被換掉。但(dàn)随着邊緣設備中的電(diàn)子産品變得(de)越來(lái)越複雜，可(kě)以保證其有(yǒu)足夠功能的條件下，補償已破裂的攝像頭。另一方面，由于更嚴格的系統容差，在不太複雜的系統中可(kě)被接受的部分在複雜的系統中可(kě)能不會(huì)被接受。

    影(yǐng)響老化和(hé)質量建模的因素比過去更多(duō)。雖然其中一些(xiē)在開(kāi)發芯片時(shí)可(kě)能不明(míng)顯，但(dàn)與在PCB上(shàng)相比，一個(gè)已知良好的芯片與其它芯片封裝在一起時(shí)可(kě)能有(yǒu)不同的表現。

    整個(gè)電(diàn)子産品領域，用例（use cases）在發生(shēng)變化。即使在數(shù)據中心內(nèi)部也是如此，盡管曆史上(shàng)在采用新技(jì)術(shù)和(hé)新方法時(shí)數(shù)據中心也非常保守。

    Helic市場(chǎng)副總裁Magdy Abadir表示：“芯片正在加速老化從而發生(shēng)故障。它們時(shí)鍾可(kě)能會(huì)缺失或發生(shēng)額外的抖動，或是發生(shēng)電(diàn)介質擊穿。任何時(shí)候都有(yǒu)可(kě)能發生(shēng)一件什麽事讓你(nǐ)擔心。在偶爾使用電(diàn)子産品的時(shí)代許多(duō)老化模型是先進的，但(dàn)現在芯片一直在運行(xíng)，在芯片內(nèi)部，模塊也在升溫，因此老化加速，而老化的芯片會(huì)出現各種奇怪的現象。許多(duō)公司目前還(hái)沒有(yǒu)修改他們的老化模型。他們假設這些(xiē)設備可(kě)以持續三到四年，但(dàn)它們可(kě)能很(hěn)快就失效。考慮到從開(kāi)始設計(jì)時(shí)的利潤就很(hěn)小(xiǎo)，老化可(kě)能将他們抛棄。”

    ADAS的首席技(jì)術(shù)專家(jiā)Norman Chang說：“與過去的兩到五年不同，ADAS的可(kě)靠性至少(shǎo)為(wèi)十五年。老化不僅僅指時(shí)間(jiān)上(shàng)的老化，也與負偏置溫度不穩定性（NBTI）、與熱量有(yǒu)關的電(diàn)遷移率、靜電(diàn)放電(diàn)（ESD）和(hé)熱耦合有(yǒu)關。”

    在汽車(chē)領域芯片利用率趨勢也在發生(shēng)變化，并且會(huì)持續到可(kě)以取代人(rén)類司機的全自動汽車(chē)出現的時(shí)候。汽車(chē)正在處理(lǐ)越來(lái)越多(duō)的數(shù)據，其中一些(xiē)從雷達、激光雷達和(hé)照相機等傳感器(qì)流式傳輸而來(lái)。所有(yǒu)這些(xiē)數(shù)據處理(lǐ)的時(shí)間(jiān)都需要比過去更短(duǎn)，準确度更高(gāo)，這些(xiē)給電(diàn)子設備帶來(lái)了巨大(dà)的壓力。

    雖然許多(duō)汽車(chē)一級供應商都構建可(kě)以承受極端溫度、機械震動和(hé)各種噪聲的芯片，但(dàn)使用較長時(shí)間(jiān)的先進節點CMOS從未有(yǒu)過這類壓力。許多(duō)業內(nèi)人(rén)士證實，汽車(chē)制(zhì)造商正在開(kāi)發10 / 7nm芯片來(lái)管理(lǐ)所有(yǒu)這些(xiē)數(shù)據，并在前沿節點工作(zuò)，避免他們的設計(jì)過時(shí)，這些(xiē)設計(jì)通(tōng)常用于近幾代的汽車(chē)。問題在于實際數(shù)據非常少(shǎo)，無法證明(míng)随着時(shí)間(jiān)的推移，這些(xiē)設備在任何環境條件下可(kě)以可(kě)靠運行(xíng)。

    Segars說：“你(nǐ)必須做(zuò)不同的設計(jì)。有(yǒu)一種想法是，你(nǐ)将需要更少(shǎo)的汽車(chē)，因為(wèi)它們不會(huì)一直處于閑置狀态。但(dàn)另一派認為(wèi)自動駕駛汽車(chē)将跑得(de)越來(lái)越快，也将會(huì)快地磨損，最後所有(yǒu)東西都會(huì)磨損。挑戰在于，确保電(diàn)子部件不會(huì)比機械部件先磨損，這就要求設計(jì)有(yǒu)所不同。這包括從嚴肅對待噪聲到減小(xiǎo)峰值電(diàn)流的所有(yǒu)事情。