芯片加速老化怎么破 芯片面临的新挑战居然还有这么多

可靠性不再仅仅以年计量。用例正在发生巨大的变化。现在的汽车在90％到95％的时间是闲置的，但自动驾驶汽车可能只有5％到10％的时间在闲置。这会影响电子产品的架构和开发技术的潜在商业模式。

随着边缘电子设备变得更加复杂，人们对功能性和“足够好”的定义也有所不同。过去，如果无人机或机器人上的摄像头被损坏或弄脏，通常会被换掉。但随着边缘设备中的电子产品变得越来越复杂，可以保证其有足够功能的条件下，补偿已破裂的摄像头。另一方面，由于更严格的系统容差，在不太复杂的系统中可被接受的部分在复杂的系统中可能不会被接受。

影响老化和质量建模的因素比过去更多。虽然其中一些在开发芯片时可能不明显，但与在PCB上相比，一个已知良好的芯片与其它芯片封装在一起时可能有不同的表现。

整个电子产品领域，用例（use cases）在发生变化。即使在数据中心内部也是如此，尽管历史上在采用新技术和新方法时数据中心也非常保守。

Helic市场副总裁Magdy Abadir表示：“芯片正在加速老化从而发生故障。它们时钟可能会缺失或发生额外的抖动，或是发生电介质击穿。任何时候都有可能发生一件什么事让你担心。在偶尔使用电子产品的时代许多老化模型是先进的，但现在芯片一直在运行，在芯片内部，模块也在升温，因此老化加速，而老化的芯片会出现各种奇怪的现象。许多公司目前还没有修改他们的老化模型。他们假设这些设备可以持续三到四年，但它们可能很快就失效。考虑到从开始设计时的利润就很小，老化可能将他们抛弃。”

在汽车领域芯片利用率趋势也在发生变化，并且会持续到可以取代人类司机的全自动汽车出现的时候。汽车正在处理越来越多的数据，其中一些从雷达、激光雷达和照相机等传感器流式传输而来。所有这些数据处理的时间都需要比过去更短，准确度更高，这些给电子设备带来了巨大的压力。

ADAS的首席技术专家Norman Chang说：“与过去的两到五年不同，ADAS的可靠性至少为十五年。老化不仅仅指时间上的老化，也与负偏置温度不稳定性（NBTI）、与热量有关的电迁移率、静电放电（ESD）和热耦合有关。”

图1：芯片和封装的热建模。

虽然许多汽车一级供应商都构建可以承受极端温度、机械震动和各种噪声的芯片，但使用较长时间的先进节点CMOS从未有过这类压力。许多业内人士证实，汽车制造商正在开发10 / 7nm芯片来管理所有这些数据，并在前沿节点工作，避免他们的设计过时，这些设计通常用于近几代的汽车。问题在于实际数据非常少，无法证明随着时间的推移，这些设备在任何环境条件下可以可靠运行。

Segars说：“你必须做不同的设计。有一种想法是，你将需要更少的汽车，因为它们不会一直处于闲置状态。但另一派认为自动驾驶汽车将跑得越来越快，也将会快地磨损，最后所有东西都会磨损。挑战在于，确保电子部件不会比机械部件先磨损，这就要求设计有所不同。这包括从严肃对待噪声到减小峰值电流的所有事情。”

更薄的绝缘层，更薄的衬底