从消费级到车规级 存储器面临严苛应用考验

　　随着全球智能手机、笔记本电脑等主要存储器应用市场增长动能的日趋放缓，汽车作为下一代主流智能终端平台近年来也逐渐成为各大存储技术厂商追捧的对象。今年以来，在全球主流车企以及蔚来、小鹏这类造车“新秀”们的强势推进下，整车ADAS、车载娱乐等功能正快速在全球汽车市场放量，并被普遍认定为新一代“智能汽车”的标配，而多传感器融合以及多屏、大屏显示赋能下的车载软硬件系统无疑需要搭载更多的车载存储器。另一方面，5G时代也正步步逼近，新一代5G网络技术加持下的车载互联及通讯等相关功能也将催生更多的存储器应用需求，车载存储市场正蓄势待发。

　　多年以来，得益于智能手机、PC等消费电子市场的持续高景气增长，存储器产业的发展一直都顺风顺水，尤其是去年以来，全球存储器市场出现大幅涨价潮，让诸如三星、镁光等全球存储颗粒原厂及产业链供应商们赚的盆满钵满。但随着以智能手机为代表的整体消费电子市场增长动能的大幅减缓，终端出货量的骤减使得整个消费类存储器产业的市场红利也开始渐渐消失。相比之下，汽车产业则得益于ADAS传感器融合、多屏和大屏车载娱乐以及高速车联网通讯等应用的日益兴盛，已成为当下全球各大存储器厂商竞相发力的重要利基市场。

　　慧荣科技总经理苟嘉章在接受本刊采访时表示：“虽然现阶段汽车领域的存储看起来并没有什么大容量的应用，可能只到8G或者64G左右。但是在欧洲，像奔驰以及宝马等很多汽车大厂都已经将汽车前面的仪表板做成了LCD电子化显示，不少国内厂商也都在跟进，而这种数字图形的仪表板应用里面就需要很多的存储器。另一方面，到2020年，当5G开始普遍全面布局的时候，汽车的‘智能’和‘联网’也将滋生大量的高速数据交互类应用，这也就需要更多具备‘高速+高容量’性能的车载存储器。”而据记者了解，目前来看，一个标准L3级的智能汽车需要至少16GB的DRAM和256GB的NAND存储器，而一个L4或L5级的全自动驾驶汽车业内预估则需要74GB的DRAM和高达1TB的NAND，照此趋势发展，待5G相关应用和自动驾驶真正量产后，车载市场无疑将再度呈现甚至超越消费电子存储器市场的高景气态势。

　　但与消费级市场不同的是，由于供应链严格的标准把控及相对更长的供货周期，车载存储器本身在设计和生产上也面临着更多的高阶挑战。苟嘉章告诉记者：“汽车的门槛在于它的规格和需求，经历的时间非常长，由于很多车载端的应用关乎人生安全，因此门槛非常高。包括像德国大厂的车规，比如简单的像AEC-Q100，虽然是一个很简单的车规，但是进来之后还有ASPICE，Level 1、Level 2以及Level3，要符合这些标准用的设计就必须要比消费性电子的强度强10倍，比如半导体的制程我们都要另外付费给台积电来做特殊的制程，硬件设计要符合车规的设计过程，软件也需要符合车规规定的软件写的方法和过程，要求非常严谨，而且这不是一般的公司可以做的，你必须要有足够的承诺才行。”

　　以最简单的车规AEC-Q100为例，点序科技股份有限公司某产品工程师对记者表示：“AEC-Q100仅仅是车载存储器过车规的第一道关卡，它主要是用来预防IC产品可能发生各种状况或潜在的故障状态，标准中会采用各种评估和测试方案来对每个芯片的个案进行严格的质量和可靠度确认。典型的比如AEC-Q100-005、AEC-Q100-006、AEC-Q100-008以及AEC-Q101系列等，即可写可擦除的永久性记忆的耐久性和数据保持及工作寿命测试、热电效应引起的寄生闸极漏电流测试、早期寿命失效率(ELFR)以及车规级半导体分立器件应力测试等，加上ASPICE、QS9000/TS16949以及后续的其他一系列车规测试，都是现在市场衡量车载存储器产品质量的重要指标，而且还有很多关乎汽车数据安全方面的测试也都囊括在内。要想满足这些指标，厂商在存储主控芯片设计端需要经过相当长期且精密的前期研发和实验验证，因为一旦部署进汽车系统，再想停止就会产生高昂的成本，有时根本不可能为了支持寿命周期短暂的零部件而重新验证一款设计，因为很多情况下重新验证的成本可能高达数十万美元并花费更长的验证时间，且不利于产品的后期市场推进。这些对于存储芯片供货商来说，无论是在产品的尺寸、设计、合格率还是成本控制上都提出了非常高的挑战。”

　　同时，在故障率及可靠性方面，深圳市江波龙电子有限公司汽车电子事业部总经理栗雪利也表示：“对于消费级电子比如手机或者家用的产品，存储芯片做到千分之一甚至万分之一的不良率就已经很好了，因为一千片坏一片，消费级设备其他器件可能就已经坏的差不多了，所以消费类存储产品不良率要求一般在千分之一左右水平。但在汽车里面，就需要做到10PPM级别，故障率是十万之一的级别，这里真的不只是万无一失，要求非常严格。所以从概念谈就是在产品布局上，江波龙电子面临最大的挑战其实是在产品的品质和可靠性验证，而且更主要是前端的可靠性还不只是后端，可能产品真正出来之前性能就需要做的非常棒。当然，后端市场也需要跟后端客户配合做好可靠性验证，所以整体看来这个过程需要做非常大量的工作，需要新的大量额外投入，包括技术储备、测试以及设备资金投入等各个方面。”

　　另外，随着越来越多网联应用的诞生，数据安全和加密保护也成为市场考量车载存储器安全性的重点。点序科技股份有限公司某产品工程师认为：“由于存储器是直接与整车数据打交道的关键部件，业内厂商一般在存储芯片设计之初就要充分考虑到各种数据安全控制和加密机制的冗余设计，并在存储芯片的硬件电路系统以及软件固件上做出相应的配置。尤其是近年来像OTA空中升级以及T-Box这种应用越来越广泛，网络数据交互已成为很多新车型的标配功能，对存储芯片的数据保护机制及安全机制都提出了更高的要求。一般在开发车载存储芯片时，都会在一些数据交换比较频繁的线路上加载不同的安全保护模块或者开关、甚至更严密的加密机制设计，以保证整个存储电路在进行网络数据交互过程中，线路通畅且不容易受到外界干扰。当然，加载的数据安全保护模块和相关机制越多越好，但这也会带来成本的提升，对此每个厂商也都会有自己的考量，如何能够把控成本以及安全性模块设计之间的平衡就是每个厂商各自的特色了。”

　　除上述以外，作为另一大评估汽车半导体产品质量的关键指标，存储器的环境适应性能设计也充满挑战。与大多数搭载于汽车端的半导体器件相同，车载存储器也时常需要经历高温、雨雪、电磁波干扰以及振动等各种恶劣的环境，而不同的行驶环境对存储器性能的设计也提出了不同的要求，如何能够在这些严苛应用环境下仍能保持存储器件的随时可读、可写以及长时存储等能力，成为各大厂商决胜全球车载存储市场的关键。

　　在环境适应性设计上，宽温控制以及抗干扰性能是其中最主要的两块，也是当前市场评估车载存储器的实际性能的关键指标。栗雪利告诉记者：“由于汽车行驶的外部环境温度变化非常大，比如像后视镜那个区域，太阳长时间照射后的温度可以达到90-100度左右，这对存储器的宽温控制性能有很高的要求，在车载存储器的设计上我们一般都需要做从-40度到105度的温度设计，以保证在极低温环境和高温环境下的宽温范围内存储性能都可稳定发挥;另一方面，在很多驾驶环境下会经常有电磁波等环境干扰，这对数据的可靠性也会产生不小的影响，所以在设计上也会针对存储器的抗干扰性能做很多工作。”除此之外，在关乎整车行驶安全性的部分，车载存储器在响应速度、抗振动、可靠性、纠错机制、Debug机制、可回溯性以及数据存储的高度稳定性等方面，相比消费类产品来说也都提高了很多个量级。

　　而随着应用要求的成倍提升，存储器的生产成本自然也会进一步提高，栗雪利补充到：“在生产成本上，我们估计至少是比消费级提高了20%以上，最主要体现还是在产品良品率，需要特别测试和筛选。在芯片封装里面用的元器件和基板/封装材料等成本会显著增加，一般的消费类产品，温度适用范围在70度以下即可，而车载领域就需要本身的电容和基板设计都具有耐高温特性。同时，bonding所用的线材，普通消费类产品可以用铝线，而车载所用的必须使用金线来做bonding，因此整体成本都比较高。"

　　由此可见，基于汽车领域特殊的车规指标及严苛的应用环境等多方面的要求，传统存储器厂商们在产品设计以及生产、工艺等多方面将面临比消费级更多更高的挑战，而车载领域准入门槛的大幅提升，也注定使得存储器的大部分市场和利润会被真正拥有实力和技术资源的大厂所攫取。不过，对于如今众多已经开始着手布局车载存储市场的企业来说，全球厂商几乎都处于同一起跑线，在接下来的时间里，如何能够深入车载领域不同的应用场景、精准把控客户的定制化需求则是制胜关键。（责编：振鹏）

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