車用SoC如何克服多重圖形與FinFET挑戰(zhàn)

　　在今年度的國際固態(tài)電路會議（ISSCC 2016）上，有兩款車用系統(tǒng)單芯片（SoC）成為數(shù)位處理器議程中最有趣、最大膽創(chuàng)新的芯片技術(shù)展示；它們比分別由聯(lián)發(fā)科（MediaTek）與AMD所發(fā)表的最新智能型手機與PC處理器內(nèi)含更多核心、采用更激進的制程技術(shù)。那兩款車用芯片是瑞薩（Renesas）設(shè)計、采用16奈米FinFET制程，其中之一是符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)含8顆ARMv8核心、2顆ARM R7核心以及3顆ImaginaTIon繪圖處理（GPU）核心的車用安全芯片；另一款則是針對車用資通訊娛樂系統(tǒng)與駕駛輔助系統(tǒng)應(yīng)用的視訊處理器芯片，采用了6種不同類型的17顆視訊處理器。

　　“在過去，技術(shù)推動者是智能型手機應(yīng)用處理器，但情況已經(jīng)改變了；”參與設(shè)計上述視訊SoC的瑞薩資深工程師Seiji Mochizuki在接受EE TImes美國版編輯訪問時表示，有鑒于車用資通訊娛樂系統(tǒng)以及駕駛附注系統(tǒng)的需求：“車用SoC將會需要比智能型手機處理器高得多的性能，未來的車用處理器必須以最先進的技術(shù)來開發(fā)。”

　　負(fù)責(zé)車用安全SoC開發(fā)的另一位瑞薩工程師Chikafumi Takahashi補充指出：“這是來自市場的需求，因為我們需要處理大量資料。ISSCC的?？汀⑽⑻幚砥鞣治鰩烡avid Kanter同意以上觀點，他指出汽車的功率限制并不像手機那么多，而且對芯片的需求快速成長，特別是下一個十年將問世的自動駕駛車輛：“手機市場發(fā)展趨緩，意味著人人都在找下一個大商機；而顯然資料中心領(lǐng)域已經(jīng)是英特爾（Intel）的天下，但汽車領(lǐng)域還有很多能像是Nvidia等廠商取得差異化的機會。”Kanter指出，汽車也是一個能在單芯片中整合、虛擬化許多功能的成熟應(yīng)用環(huán)境，可利用如瑞薩所展示、在安全關(guān)鍵功能進行個別設(shè)計的方法。瑞薩的車用視訊處理器現(xiàn)在已經(jīng)開始提供樣品，不過安全芯片則仍在進行評估。

　　聯(lián)發(fā)科智能型手機應(yīng)用處理器內(nèi)含10核心

　　車用處理器還沒有完全把手機處理器比下去，目前市面上其實只有少數(shù)芯片是采用14/16奈米FinFET制程；主要是蘋果（Apple）、三星（Samsung）智能型手機的應(yīng)用處理器，還有高通（Qualcomm）的Snapdragon 芯片。聯(lián)發(fā)科在ISSCC發(fā)表的最新智能型手機處理器也不落人后，整合了8顆Cortex-A53、2顆A57核心，以及GPU、數(shù)據(jù)機與多媒體子系統(tǒng)。該款芯片采用20奈米制程，將處理器核心分成三個叢集；中階的2GHz A53核心叢集占據(jù)獨特的地位，提供比低階的1.4G A53核心叢集高40%的性能，以及比高階2.5 GHz A72核心叢集低40%的耗電。

　　聯(lián)發(fā)科技術(shù)副總Uming Ko表示，因為芯片尺寸小，在手機處理器內(nèi)可以整合多少顆核心并沒有限制：“如果你在超低功耗與高性能之間畫一條直線，沿著它還有足夠的性能點可以讓你繼續(xù)找到添加夠多核心的效益。”AMD的工程師則展示了讓其PC 處理器Carrizo性能提升15%的聰明方法──僅透過簡單地提供更積極的電源管理技術(shù)到該28奈米制程設(shè)計中。該Bristol Ridge平臺設(shè)計，是利用電源管理方案來克服與發(fā)熱、電壓、電流息息有關(guān)的性能限制。

　　16奈米設(shè)計挑戰(zhàn)

　　另外我還詢問瑞薩工程師有關(guān)于16奈米節(jié)點的設(shè)計經(jīng)驗，采用該制程的處理器設(shè)計需要克服多重圖形（mulTI-patterning）與FinFET的挑戰(zhàn)，芯片架構(gòu)在某種程度上需要有所改變；不過他們有其他的看法。Takahashi表示：“16奈米節(jié)點有許多考驗與困難…功號是一個問題，有時候可靠度也是問題；”他指出，16奈米芯片的記憶體單元非常小，而且記憶體線（memory lines）很短、因此更容易遭遇軟體錯誤。”

　　而Takahasi也表示，晶圓代工廠會提供16奈米互連，但缺乏對先進功能的支持，像是瑞薩在自家芯片上互連內(nèi)建的服務(wù)品質(zhì)（quality-of-service controls）控制。為了簡化16奈米設(shè)計與驗證工作，需要采用更高階的設(shè)計語言例如System C。此外Mochizuki 則指出，16奈米芯片使用相對較高頻率的時脈，很難維持低功耗；他表示，16奈米節(jié)點：“與前幾世代的制程比較起來彈性較少…為了降低功耗，我們可能需要改變設(shè)計模式。”