從消費級到車規級 儲存器面臨嚴苛應用考驗
隨著全球智慧手機、筆記本電腦等主要儲存器應用市場增長動能的日趨放緩，汽車作為下一代主流智慧終端平臺近年來也逐漸成為各大儲存技術廠商追捧的物件。今年以來，在全球主流車企以及蔚來、小鵬這類造車“新秀”們的強勢推進下，整車ADAS、車載娛樂等功能正快速在全球汽車市場放量，並被普遍認定為新一代“智慧汽車”的標配，而多感測器融合以及多屏、大屏顯示賦能下的車載軟硬體系統無疑需要搭載更多的車載儲存器。另一方面，5G時代也正步步逼近，新一代5G網路技術加持下的車載互聯及通訊等相關功能也將催生更多的儲存器應用需求，車載儲存市場正蓄勢待發。
多年以來，得益於智慧手機、PC等消費電子市場的持續高景氣增長，儲存器產業的發展一直都順風順水，尤其是去年以來，全球儲存器市場出現大幅漲價潮，讓諸如三星、鎂光等全球儲存顆粒原廠及產業鏈供應商們賺的盆滿缽滿。但隨著以智慧手機為代表的整體消費電子市場增長動能的大幅減緩，終端出貨量的驟減使得整個消費類儲存器產業的市場紅利也開始漸漸消失。相比之下，汽車產業則得益於ADAS感測器融合、多屏和大屏車載娛樂以及高速車聯網通訊等應用的日益興盛，已成為當下全球各大儲存器廠商競相發力的重要利基市場。
慧榮科技總經理苟嘉章在接受本刊採訪時表示：“雖然現階段汽車領域的儲存看起來並沒有什麼大容量的應用，可能只到8G或者64G左右。但是在歐洲，像賓士以及寶馬等很多汽車大廠都已經將汽車前面的儀表板做成了LCD電子化顯示，不少國內廠商也都在跟進，而這種數字圖形的儀表板應用裡面就需要很多的儲存器。另一方面，到2020年，當5G開始普遍全面佈局的時候，汽車的‘智慧’和‘聯網’也將滋生大量的高速資料互動類應用，這也就需要更多具備‘高速+高容量’效能的車載儲存器。”而據記者瞭解，目前來看，一個標準L3級的智慧汽車需要至少16GB的DRAM和256GB的NAND儲存器，而一個L4或L5級的全自動駕駛汽車業內預估則需要74GB的DRAM和高達1TB的NAND，照此趨勢發展，待5G相關應用和自動駕駛真正量產後，車載市場無疑將再度呈現甚至超越消費電子儲存器市場的高景氣態勢。
但與消費級市場不同的是，由於供應鏈嚴格的標準把控及相對更長的供貨週期，車載儲存器本身在設計和生產上也面臨著更多的高階挑戰。苟嘉章告訴記者：“汽車的門檻在於它的規格和需求，經歷的時間非常長，由於很多車載端的應用關乎人生安全，因此門檻非常高。包括像德國大廠的車規，比如簡單的像AEC-Q100，雖然是一個很簡單的車規，但是進來之後還有ASPICE，Level 1、Level 2以及Level3，要符合這些標準用的設計就必須要比消費性電子的強度強10倍，比如半導體的製程我們都要另外付費給臺積電來做特殊的製程，硬體設計要符合車規的設計過程，軟體也需要符合車規規定的軟體寫的方法和過程，要求非常嚴謹，而且這不是一般的公司可以做的，你必須要有足夠的承諾才行。”
以最簡單的車規AEC-Q100為例，點序科技股份有限公司某產品工程師對記者表示：“AEC-Q100僅僅是車載儲存器過車規的第一道關卡，它主要是用來預防IC產品可能發生各種狀況或潛在的故障狀態，標準中會採用各種評估和測試方案來對每個晶片的個案進行嚴格的質量和可靠度確認。典型的比如AEC-Q100-005、AEC-Q100-006、AEC-Q100-008以及AEC-Q101系列等，即可寫可擦除的永久性記憶的耐久性和資料保持及工作壽命測試、熱電效應引起的寄生閘極漏電流測試、早期壽命失效率(ELFR)以及車規級半導體分立器件應力測試等，加上ASPICE、QS9000/TS16949以及後續的其他一系列車規測試，都是現在市場衡量車載儲存器產品質量的重要指標，而且還有很多關乎汽車資料安全方面的測試也都囊括在內。要想滿足這些指標，廠商在儲存主控晶片設計端需要經過相當長期且精密的前期研發和實驗驗證，因為一旦部署進汽車系統，再想停止就會產生高昂的成本，有時根本不可能為了支援壽命週期短暫的零部件而重新驗證一款設計，因為很多情況下重新驗證的成本可能高達數十萬美元並花費更長的驗證時間，且不利於產品的後期市場推進。這些對於儲存晶片供貨商來說，無論是在產品的尺寸、設計、合格率還是成本控制上都提出了非常高的挑戰。”
同時，在故障率及可靠性方面，深圳市江波龍電子有限公司汽車電子事業部總經理慄雪利也表示：“對於消費級電子比如手機或者家用的產品，儲存晶片做到千分之一甚至萬分之一的不良率就已經很好了，因為一千片壞一片，消費級裝置其他器件可能就已經壞的差不多了，所以消費類儲存產品不良率要求一般在千分之一左右水平。但在汽車裡面，就需要做到10PPM級別，故障率是十萬之一的級別，這裡真的不只是萬無一失，要求非常嚴格。所以從概念談就是在產品佈局上，江波龍電子面臨最大的挑戰其實是在產品的品質和可靠性驗證，而且更主要是前端的可靠性還不只是後端，可能產品真正出來之前效能就需要做的非常棒。當然，後端市場也需要跟後端客戶配合做好可靠性驗證，所以整體看來這個過程需要做非常大量的工作，需要新的大量額外投入，包括技術儲備、測試以及裝置資金投入等各個方面。”
另外，隨著越來越多網聯應用的誕生，資料安全和加密保護也成為市場考量車載儲存器安全性的重點。點序科技股份有限公司某產品工程師認為：“由於儲存器是直接與整車資料打交道的關鍵部件，業內廠商一般在儲存晶片設計之初就要充分考慮到各種資料安全控制和加密機制的冗餘設計，並在儲存晶片的硬體電路系統以及軟體韌體上做出相應的配置。尤其是近年來像OTA空中升級以及T-Box這種應用越來越廣泛，網路資料互動已成為很多新車型的標配功能，對儲存晶片的資料保護機制及安全機制都提出了更高的要求。一般在開發車載儲存晶片時，都會在一些資料交換比較頻繁的線路上載入不同的安全保護模組或者開關、甚至更嚴密的加密機制設計，以保證整個儲存電路在進行網路資料互動過程中，線路通暢且不容易受到外界干擾。當然，載入的資料安全保護模組和相關機制越多越好，但這也會帶來成本的提升，對此每個廠商也都會有自己的考量，如何能夠把控成本以及安全性模組設計之間的平衡就是每個廠商各自的特色了。”
除上述以外，作為另一大評估汽車半導體產品質量的關鍵指標，儲存器的環境適應性能設計也充滿挑戰。與大多數搭載於汽車端的半導體器件相同，車載儲存器也時常需要經歷高溫、雨雪、電磁波干擾以及振動等各種惡劣的環境，而不同的行駛環境對儲存器效能的設計也提出了不同的要求，如何能夠在這些嚴苛應用環境下仍能保持儲存器件的隨時可讀、可寫以及長時儲存等能力，成為各大廠商決勝全球車載儲存市場的關鍵。
在環境適應性設計上，寬溫控制以及抗干擾性能是其中最主要的兩塊，也是當前市場評估車載儲存器的實際效能的關鍵指標。慄雪利告訴記者：“由於汽車行駛的外部環境溫度變化非常大，比如像後視鏡那個區域，太陽長時間照射後的溫度可以達到90-100度左右，這對儲存器的寬溫控制性能有很高的要求，在車載儲存器的設計上我們一般都需要做從-40度到105度的溫度設計，以保證在極低溫環境和高溫環境下的寬溫範圍內儲存效能都可穩定發揮;另一方面，在很多駕駛環境下會經常有電磁波等環境干擾，這對資料的可靠性也會產生不小的影響，所以在設計上也會針對儲存器的抗干擾性能做很多工作。”除此之外，在關乎整車行駛安全性的部分，車載儲存器在響應速度、抗振動、可靠性、糾錯機制、Debug機制、可回溯性以及資料儲存的高度穩定性等方面，相比消費類產品來說也都提高了很多個量級。
而隨著應用要求的成倍提升，儲存器的生產成本自然也會進一步提高，慄雪利補充到：“在生產成本上，我們估計至少是比消費級提高了20%以上，最主要體現還是在產品良品率，需要特別測試和篩選。在晶片封裝裡面用的元器件和基板/封裝材料等成本會顯著增加，一般的消費類產品，溫度適用範圍在70度以下即可，而車載領域就需要本身的電容和基板設計都具有耐高溫特性。同時，bonding所用的線材，普通消費類產品可以用鋁線，而車載所用的必須使用金線來做bonding，因此整體成本都比較高。"
由此可見，基於汽車領域特殊的車規指標及嚴苛的應用環境等多方面的要求，傳統儲存器廠商們在產品設計以及生產、工藝等多方面將面臨比消費級更多更高的挑戰，而車載領域准入門檻的大幅提升，也註定使得儲存器的大部分市場和利潤會被真正擁有實力和技術資源的大廠所攫取。不過，對於如今眾多已經開始著手佈局車載儲存市場的企業來說，全球廠商幾乎都處於同一起跑線，在接下來的時間裡，如何能夠深入車載領域不同的應用場景、精準把控客戶的定製化需求則是制勝關鍵。(責編：振鵬)