聊聊汽车电子的可靠性问题(一)

　　供应链的变化，对共享数据的抵制和技术的未知性加剧了持续的不确定性。

　　确保汽车电子产品的可靠性已经引发了整个半导体供应链的争夺，并且发现了一系列数据不足，缺乏明确定义的标准以及不一致的专业知识水平的问题。

　　可靠的功能安全性，可在恶劣环境中使用18至20年，或在自动出租车或卡车上持续使用，这是一项艰巨的任务，需要在人工智能，激光雷达，雷达，车辆和车辆通讯等领域取得工程技术进步。它还需要管理一个全球供应链，这个供应链由初创公司，没有汽车经验的芯片制造商以及在先进电子方面经验不足的汽车供应商组成。

　　图1.系统验证应确定系统出于正确的原因做正确的事情。

　　此时，没有人确切知道7nm AI(人工智能)系统的可靠性，或者在出现故障时故障将会如何有效地转移到另一个系统中。事实上，没有人确定在测试期间要问什么是正确的问题。供应链上下的所有供应商之间的沟通必须清晰和开放，但一些供应商通过隐瞒重要数据来保护其知识产权，使汽车制造商需要自己发现一些数据。更糟糕的是，将所有这些结合起来的规则充其量只是参差不齐的规则。

　　卡内基梅隆大学的Phillip Koopman和Edge Case Research的Mitch Wagner在2018年SAE世界的一篇2018年的论文中写道：“目前，还没有普遍认可的技术战略来验证这些车辆的非常规软件方面的安全性。”。 “一旦开发团队认为他们的车辆准备就绪，似乎会部署许多HAV，然后他们就会看到公路上的事情如何发挥作用。即使试点部署产生可接受的低故障率，仍然存在这样的问题：有限规模部署是否能够准确预测更大规模部署的安全性以及随之而来的软件更新。

　　图2、全自动电动汽车电子技术的趋势和挑战

　　缺乏关于自动驾驶汽车的政府法规使得消费者受到竞争激烈的新兴自动驾驶汽车(AV)行业支配的影响。但如果失败，这些行业将会损失很多。这种经济威胁与ISO 26262标准的不断发展相结合，可能是拯救的恩典。 ISO 26262要求在采购和制造的所有环节跟踪所有的材料和零件，为供应商之间的安全行为文化和合作奠定基础。故障的故障诊断看起来像航空调查。毫无疑问，对于安全关键系统而言，测试和跟踪过程更加昂贵，而可靠性和良好质量仍然是非安全关键系统(如信息娱乐系统)的重要卖点。

　　在先进工艺节点上盲目飞行

　　通过向后看是真正了解高级节点的寿命和可靠性的唯一方法。 “先进节点的最大问题是你需要为压力筛选测试获得可靠的数据，并且在先进节点生产一段时间之前你没有它们，”Gert J?rgensen说道。 Delta Microelectronics的销售和营销。 “你可以使用模拟生命周期的旧方法，但实际上你不知道这个模型在时间消失之前是否合适。这些工具是因为你将旧模型强加给新技术，但实际上你不知道它是否在时间消失之前是有用可靠的。“

　　对零件可靠性的信心随着时间的推移而增加。 “当你有多年调试过程时，你自然会有更高的可靠性，”KLA-Tencor战略合作高级主管Jay Rathert说。 “但是当你将7纳米和10纳米零件放入其中时，这些工艺仍然有很多成熟的工作要做。仍然存在许多尚未调试的系统缺陷和集成挑战。“

　　大多数汽车芯片不是在先进节点上开发的。但是那些需要大量计算能力才能做出瞬间安全关键决策的应用，例如AI，需要最高的密度。这就产生了在先进节点上常常被忽略的可靠性问题，因为使用这些过程开发的大多数芯片都用于消费者设备或受控环境。

　　图3、汽车电子系统架构复杂性的演进

　　“较新的制造工艺通常会产生比有时间成熟的旧工艺技术更多的缺陷部件，”西门子事业部Mentor的高级营销总监Tessent Benware表示。 “在汽车应用中使用最新的工艺技术是两个关键挑战。这种较高的缺陷密度意味着制造后的测试必须达到更高水平的缺陷覆盖率以达到同等质量水平。使用抽象逻辑故障模型生成检测缺陷的测试序列的传统方法已不再充分。使用先进工艺节点实现复杂IC的汽车级质量水平要求测试模式生成需要了解缺陷在物理上的表现方式和位置，并且必须了解这些缺陷在模拟意义上的行为，而不仅仅是数字意义。 ”

　　Benware看到了单元内部更多的缺陷。 “在finFET工艺技术之前，通常会看到逻辑单元内部有50-50个缺陷分裂，互连线中有缺陷。随着finFET的引入，与互连层相比，制造晶体管和相关逻辑单元的工艺复杂性不成比例地增长。随着更多异国晶体管技术的引入，这种差异有望持续到5nm，3nm及以下。现在汽车IC将利用这些先进节点，必须更多地专门用于测试电池内部的缺陷。“

　　所有汽车电子产品 - 特别是安全关键部件和系统 - 现在都在制造期间和之后经过严格的测试。目标是淘汰早起失效或早期有隐患的设备：早期失效的设备。

　　“每一台设备都经历了加速的生命周期测试，然后你需要这样做128小时 - 整整一周，”Jrgensen说。 “你测试设备，你把它们放入烤箱，加速生命周期测试，一周后将它们取出，然后你就模拟了一年的寿命。接下来，您将设备放入汽车或车内的模块中，它们应该持续工作20年。通过[做到这一点]，你摆脱了所谓的早期失效或者有隐患的设备。“

　　第二步进一步进行测试。 “然后你有另一部分批次，这是你放在同一个温箱里的很多生产批次，”

　　Jrgensen教授继续说，“但它在那里待了1000个小时。这是很多1,000个组件，然后你加速老化测试，然后你看看这1000个组件是否可以持续1,000小时大约相当于三个月。然后应该产生20年的模拟寿命。所以，我们有1,000台设备正在通过这一点，你得出结论，其他设备也会这样做。这就是你如何对汽车零件进行质量保证，这就是为什么它们如此昂贵。您在将它们放入车内之前，需要通过大量的QA(质量评估)测试。“