万博客户端详解芯片老化在汽车市场的问题

发布时间:2019-06-17 发布者:康芯威
      随着新的可靠性要求在汽车等市场推出,在高级节点上,芯片老化(chip-aging)是一个日益严重的问题。但是到目前为止,大多数设计团队暂时还无需解决这个问题。,这种情况将发生重大变化,汽车等市场需要对影响老化的因素进行全面分析。万博客户端专注“前沿存储技术开发、方案输出、芯片设计、半导体器件分销”为主营业务,接下来详解芯片老化在汽车市场的问题:
      Moortec公司首席执行官Stephen Crosher表示:“我们都知道,半导体器件会随着时间的推移而老化,但我们通常不太了解的是老化的机制和导致芯片失效的原因。此外,器件的最短使用寿命肯定会有要求,这取决于应用。对于消费电子器件,可能是2~3年,对于通信器件,则可能长达10年。鉴于老化过程非常复杂,而且往往难以完全预测,所以今天的许多芯片设计往往采用过度设计,以确保足够的裕度可以满足可靠的使用寿命要求。”
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      拥有高可靠性要求的器件种类正在日益增加。Cadence公司高级万博app下载经理Art Schaldenbrand指出:“进入基站或服务器机群的高级节点器件有非常严格的可靠性要求。它们一天24小时,一周7天不间断工作。这是持续的压力。此外还有关键任务型应用。很多人都关注汽车,但它就像工业应用和太空应用,失败的代价非常高。一旦一颗卫星被送入太空,你就希望它能一直工作到使用寿命结束。”
      更麻烦的是,一些故障模式是统计学问题。Crosher说:“如果老化过程可能变得更加确定,或者如果你能实时监控老化过程,那么你就可以减少过度设计。你可以开发能够对老化效应做出反应和调整的芯片,甚至可以预测芯片何时会出现故障。”
      了解老化的影响需要将模拟和数字分开讨论,数字是比较简单的情况。
      Movellus公司的Faisal说:“请考虑一个简单的反向器。如果反向器中晶体管的阈值电压在4年内变化50mV,那么它仍然可以反向。但它的速度会比设计的慢,这可以进行测算。随着延迟的增加,它可能会在某个时刻成为一个问题。电路越快、越活跃,老化速度就越快。然而,即使有时钟,你也只有一个边缘,波形的振幅必须足以触发电路——通常是Vdd/2。所有这些都可以测算。如果你要运行1GHz的时钟,并且预计会有10%的退化,那么我就可以设计足够的裕度,即使它退化,我仍然可以保持在指定的速度范围内。 ”
      这简化了老化模型。Geada说:“数字电路的好处是电流只在非常有限的时间内流动。因此,尽管我们必须注重功率,但与模拟器件相比,数字器件要静态得多。它有短暂的高活动区间,但要等到下一个时钟周期才会有下一次。模拟电路永远不会打开或关闭,它们总是活跃的,并且以不同的方式积累热应力。模拟电路必须处理更大的电压波动和更大的电流,这使得金属容易受到影响。模拟电路要处理不同的事物集合。它必须处理热效应,因为电流总是在流动。”
      类似于数字电路,模拟电路也随着时间的推移而老化。Schaldenbrand说:“模拟器件的性能特征通常会发生漂移。在单个器件层面,它们对老化更敏感。在一些罕见的情况下,你可能会担心增益的变化,如果设计得当,你可以做出对这些影响相对不敏感的设计。在模拟设计中,你可以采取一些手段让它对老化不敏感,但是因为你直接依赖于器件参数,所以模拟器件更加敏感。”
      但这可能变得非常难以实现。Faisal说:“请考虑运算放大器,它是很多东西的基础。运算放大器必须正确偏置,并且必须在过驱动电压上留出一些裕度。你必须确保有足够的裕度,这样随着运算放大器的老化,它会停留在晶体管的饱和区。晶体管的过驱动电压裕度正在减小,因为7nm的供电电压为750mV,阈值约为350mV,因此几乎没有任何空间留下很大的裕度。随着老化,阈值电压可以偏移多达50mV。如果运算放大器偏置电路偏移50mV,它可能会从饱和区转移到线性区,此时晶体管变成了电阻,不再具有增益。运算放大器的功能是提供增益,所以这种影响相当致命。此时,电路变得毫无用处。”
      模拟设计从一开始就很难。据万博app官方下载手机版相关技术同事分析:“老化和可靠性是模拟设计师面临的挑战。今天的设计可能明天就不能用了,因为设计可能会退化。你必须确保所有老化和可靠性要求都得到满足。”理解老化物理机制是至关重要的,因为它可能导致意想不到的结果和漏洞。通常的过度设计芯片的方法不再是可行的选择,特别是当竞争对手使用更好的设计和分析技术来限制过度设计的需求的时候。