今日台积电发布：针对汽车电子，2024年将推出N4AE和N3AE平台

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 Design Flow 方面，台积电会有 end of life aging flow，Thermal Aware EM，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。