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车规控制器技术篇 - 基础知识(一)
2021-05-14

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Chapter 1 - 嵌入式闪存介绍 


  



相比传统家电、智能家居、手机等消费类MCU,车用MCU对于可靠性,安全性,稳定性有着更加严格的要求,车规MCU的工作温度必须满足-40摄氏度至125摄氏度,甚至可能达到150摄氏度,还要能经受住各种高低温冲击、电磁辐射、抗干扰等压力。“基于对安全事故的零容忍以及对零部件长期稳定工作的要求,汽车领域对半导体产品的抗干扰能力、可靠性和稳定性要求极高。”


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目前,大多数汽车MCU设计有片上嵌入式闪存,用于存储执行汽车应用上越来越复杂的指令代码。符合ISO26262的车规级别的嵌入式闪存的应用,大大提升了汽车MCU的性能,可靠性和抗干扰能力。


 


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Chapter 2 - 嵌入式闪存相比于片外闪存的优点 

  

  • 更高的带宽

将存储器集成在片上之后,我们可以在片内设计非常宽的总线(比如常用的72位数据带8位ECC校验,高速应用上甚至会采用128位,256位数据总线),不需采用I/O引脚和带宽受限的片外总线。由于避免了驱动大的I/O电容,片内的频率将大大提高。这样,嵌入式闪存能够为其他片上逻辑提供更高的数据带宽。

  • 更低的系统功耗

片外互连需要很大的I/O驱动能力,以克服封装和PCB布线的寄生电容与等效阻抗,因而消耗非常大的动态电流。嵌入式闪存不存在这个问题。

另外嵌入式闪存可以采用各种low power技术来降低漏电,从而实现远远低于片外闪存的漏电。

  • 更优化的粒度和存储结构

通过专门的定制设计和结构优化,嵌入式闪存可以很好的解决存储粒度的问题。通过合理的存储块组合,采用不同的低功耗控制。在可以复用的工作模式下,使用同一组控制逻辑,在需要高带宽的位置,使用多套输入输出结构,大大提高了整体设计的灵活性。

  • 更紧凑的系统结构

通过将多个芯片集成在一起,减少了整体方案的元件个数,节省了PCB面积,可以采用更小、更紧凑的系统实现给定的功能。这对于汽车电子等嵌入式应用来说是非常必要的。

  • 更高的可靠性和安全性

将存储器和逻辑集成在一块芯片上降低了系统成本,提高了系统的可靠性和电磁兼容性。嵌入式闪存通过数据ECC校验等冗余设计可以实现ASILD的安全等级,这是片外闪存方式很难达到的。

另外片外flash从信息安全角度也有很大concern,很难避免执行代码被篡改和抄袭。


 

 


  




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Chapter 3 - 多晶硅浮栅嵌入式闪存SuperFlash技术 

 




在过去二十年间,创新型分离栅极SuperFlash®技术凭借其差异化且高效的多晶硅间擦除和源极注入编程存储单元,不断推动行业向前发展。




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第一代嵌入式SuperFlash(ESF1)

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第三代嵌入式SuperFlash(ESF3)

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基于ESF3的Flash扇区读写操作示意图


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Chapter 4 - 嵌入式闪存制程 


 目前车规级嵌入式闪存已然实现了40nm级别的量产。更先进制程的嵌入式存储器目前也在研发当中,比如MRAM/RRAM等新兴存储器。汽车、工业和IoT应用正在推动MCU闪存器件发展。为了在这一细分市场上占据一席之地,许多代工厂已经启用了嵌入式闪存平台或者正在积极努力之中,包括GLOBALFOUNDRIES、TSMC、UMC等。



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