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臺積公司發表N5A技術,為車輛帶來超級計算機的效能

我喜歡的許多在線影片類型之一,就是看那些在空地上或谷倉中停放超過20年之久的老車,只要加滿油并啟動引擎就能恢復正常運轉的汽車修復影片。雖然許多人對于那樣單純的時代和技術感到懷念,但自化油器時代以來,汽車技術已經有了巨大的演進。消費者要求更好的安全性、更好的性能、更好的燃油效率、更高的可靠性、更多的便利性、以及更多的奢華感。

在幾個世代之前,計算機芯片和軟件對汽車工程師而言可能是過于深奧的概念,但如今它們與現代的汽車卻是密不可分。今天,即使駕駛的人可能并不知悉,但是半導體和軟件在汽車當中可說是無所不在,一輛車中可能有超過一千個半導體組件,控制從引擎管理系統、倒車攝影鏡頭、電池充電系統、胎壓監測器到信息娛樂系統等所有功能。半導體在今日、明日和未來設計的車輛中又將扮演什么樣的關鍵角色呢?

汽車持續以驚人的速度演進發展。從臺積公司的觀點來看,推動汽車半導體創新的一些關鍵技術趨勢包括傳動系統電氣化、主動安全和自動駕駛、身歷其境的信息娛樂系統、以及無線連網功能。將這些趨勢分解至半導體的層級,便可得知汽車半導體有兩種主要的類型:第一種是具有專屬組件級功能的芯片,第二種是處理新運算導向工作負載的芯片。

專屬組件級功能的芯片包括聲波傳感器、功率控制器、微控制器(MCUs)、高分辨率圖像傳感器等產品,這些產品通常以較為成熟和特殊的半導體技術制造。一輛汽車可能搭載了數百個這類的專用芯片。

第二種類型的車用芯片需要更強的運算能力,也是這篇文章的重點所在。新的工作負載,例如自動駕駛、主動安全、身歷其境的信息娛樂和無線連網功能,都把地球上最先進的半導體邏輯技術帶進汽車。這些功能需要最高效能和最高能源效率的處理器。相較于其化油器時代的前身,今日的汽車與超級計算機之間反而有更多的相似之處。

讓我們來看看擁有自動駕駛能力車輛的例子,這項功能將硬件和軟件技術推向了當今技術的極限。車輛將需要配備許多的傳感器,以便收集高分辨率、低延遲的數據,并使用車載AI模型來處理這些數據,能夠在每秒內進行數千次決策。每一個決策都會影響乘客和行人的安全。這需要大量的運算能力。由于汽車的發電和冷卻系統的限制,這個系統還必須要能夠達到高能源效率的水平,同時這些先進的運算系統也需要滿足嚴格的汽車安全和質量標準。這對于任何處理器和半導體技術而言,都是一個很高的要求。

臺積公司很高興宣布推出N5A技術,成為世界上最先進的半導體技術,并能為汽車提高效能。臺積公司的N5半導體技術是當今最強大的超級計算機和先進消費裝置的基礎。 N5在效能、功率效率和晶體管密度方面無可匹敵。相較于N5,N5A更進一步強化以因應現代車輛的嚴格要求,N5A按照進度預計于2022年第三季前通過驗證。

相較于臺積公司具備汽車服務套件的N7技術,N5A的效能提高約20%,功耗效率提高約40%,邏輯密度提高約80%。

與消費類產品相比,汽車對質量和可靠性的標準都嚴格許多。一輛車上可能有數千個零件:從半導體到開關到門把,任何零件的故障都可能影響人身安全,影響對制造商可靠性和質量的觀感,此外,還將增加其保固成本。汽車廠商已經將其零缺陷的概念推廣至供貨商:從概念上來看,如果所有組件皆為零缺陷,所有組件的總和也應是零缺陷。實際上,這一目標雖然難以百分百達成,但這種心態對于提高車輛及其所有零件的可靠性和質量至關重要。

臺積公司每年生產數十億個半導體產品,同樣維持著零缺陷思維。臺積公司的汽車半導體技術提高了內在與外在的質量。

內在質量或初始質量在很大程度上依賴于基礎半導體技術和設計法則。汽車的外在質量則是零件通過初始測試和檢驗并在車輛中使用后的表現。換言之,其意味著這個零件有多耐用?車輛的零組件必須通過極其惡劣的環境考驗,包括顛簸的路面、熱循環、或甚至是打翻的牛奶等情況。

臺積公司自2020年上半年以來,就從N5晶圓的制造過程獲得了許多學習經驗,并將其應用于N5A技術當中,進而達成汽車出廠時的世界級D0(缺陷密度) 和DPPM(每百萬單位缺陷零件數)— 同步改善了內在和外在質量。臺積公司的技術領導地位和規模,使我們在N5問世之后短短幾個月內,就能夠推出全球最先進汽車半導體技術的升級版本。

臺積公司的N5A技術正在取得汽車產業最嚴格的質量、可靠性和功能安全標準的驗證,包括AEC-Q100、ISO 26262和IATF16949標準,預計在第三季推出。

臺積公司N5A的汽車產業標準
Automotive Technology

臺積公司對蓬勃發展和范圍廣泛的半導體設計生態系統做出承諾,將臺積公司對N5A的IP9000A 評估要求擴展至我們的設計合作伙伴。符合我們的標準將可確保合作伙伴能使用臺積公司的合格汽車基礎硅智財及組件,以及車用集成電路仿真程序模型(SPICE model)。

雖然我熱愛傳統汽車的簡單本質,但我也同時期待著一個擁有安全和自動駕駛汽車的未來??茖W和科幻小說之間的區別在于工程學。透過臺積公司的N5A技術,我們正在實現小說中的汽車科幻情境。

如欲了解更多信息,請參見automotive.tsmc.com

All diagrams, animations and videos are for demonstrative and illustrative purposes onlyTSMC’s N5A is undergoing qualification for automotive industry’s toughest standards

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