瑞萨电子研发出业内首创的28nm微控制器的嵌入式闪存工艺

创立了可扩充车用微控制器的片上闪存容量的28nm制程工艺

2014年02月18日


2014年2月18日,日本东京讯 — 全球领先的半导体及解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)于今日宣布其已研发出业内首项应用于28 nm制程工艺的微控制器(MCU)的 28纳米(nm)闪存知识产权(IP)。

 

  现代发动机油耗不断降低,要求新型控制机制能够对应新式燃烧方法的引入以及小型化所带来的进一步系统升级。高速 实时处理,例如根据对多个传感器的反馈而产生的载荷变化在多种控制算法之间进行动态切换将成为必备功能,车用MCU中将需要具备当前性能的三到五倍的性 能。此外,随着ECU数目的不断增多,如果我们考虑电源方面的限制,比如汽车临时停车时关掉发动机的习惯,那么显而易见的是,在提高性能的同时,还需要降 低能耗。

 

  同时,由于集成多个MCU以及控制算法本身的复杂性日益提高,闪存MCU将要求片上闪存的容量要比先前的器件增 大约3倍。与此同时,由于目前提高汽车控件以及汽车MCU上各项需求的安全性和保密性极为重要,因此高级功能安全已成为重中之重。新式的多核架构要求包含 在锁步模式下同时运行的多个双核处理器,并可对应集成各种功能的要求。低油耗发动机需要安装用于生成喷油脉冲的处理加速器以及在无人驾驶汽车的驾驶支持系 统中实现高精度燃烧控制、爆震控制和协同控制功能所需的信号处理的器件,因此更高的集成密度,也就是采用更精细的外形尺寸制造工艺是不可缺少的。

 

  瑞萨目前的40 nm制程工艺最高支持8 MB的片上MCU闪存。但我们需要提供容量为10 MB的片上MCU闪存模块,从而满足MCU搭载的控制系统精密程度不断提高所提出的要求。

 

  采用更小的工艺规格是一种提高闪存集成密度以及扩充集成在单个芯片上的外设功能的方法。采用瑞萨新推出的28 nm制程工艺开发的单片MCU最大能支持16MB以上的片上闪存容量。

 

  瑞萨一直致力于28 nm制程原型的研发,其外形较现有的40 nm制程更为精细。在最新的原型芯片中,高速读出操作的运行时钟频率最高可达到160 MHz、而且数据保留时间可达到20年,重写循环的次数为250,000次(对数据存储)。随着外形尺寸的缩小,维持闪存的性能及可靠性变得越来越困难, 但瑞萨利用MONOS(注释 1)结构闪存的可扩展性成功地创建了这一原型,从而使集成在闪存MCU中的存储器的容量和性能均得到同步提升。瑞萨应用于MCU的MONOS工艺在公司40 nm制程生产中已经取得了辉煌的业绩。

 

  新研发的MCU用28nm闪存IP可为对可靠性提出高标准要求的汽车及其它行业提供设计优势。 例如,在ADAS(高级驾驶辅助系统)领域,存储容量和性能的提升将能够支持复杂的3D雷达数据处理,从而提高汽车的安全性。此外,在动力传动领域,这项 新技术将通过增加用于燃油喷射的映射数据量以及提高数据处理能力对燃油喷射以及点火装置实现更为精细的控制。这样一来,不仅燃油效率会提高,同时环境和能 源危机也会得到缓解。此外,28 nm制程的采用将能够降低电流消耗。

 

  瑞萨将加快28 nm制程汽车闪存MCU商用版本的开发进度,以满足高速读出、高可靠性、更大容量(最大容量在16 MB以上)的需求。

 

  瑞萨已经在批量生产闪存MCU方面占据了行业领先位置,并致力于将闪存MCU广泛应用于多种行业,包括汽车、消 费电子和工业领域。瑞萨早已深知闪存MCU将朝着可靠性更高、集成密度更大的方向发展,并在2004年的150 nm制程MCU、2007年的90 nm MCU以及2012年的40 nm MCU中采用了相对更适用于更加精细的外形尺寸制程的MONOS结构闪存。此外,瑞萨是首家从90nm系列开始交付闪存MCU样品并同时升级制程工艺的半 导体制造商。

 

28 nm片上闪存IP的主要特点:

(1) 经过验证的高度读出性能

  在原型芯片中,从程序存储闪存中读出速度达到了160 MHz(参照:瑞萨40 nm制程器件的120 MHz),因此,基于28nm工艺的MCU产品能够执行比如发动机控制等复杂的实时处理功能。

 

(2) 经过验证的高可靠性

  新型IP可使数据保留时间长达20年之久,这对于汽车MCU来说是非常重要的,此外,作为数据存储闪存使用时,其重写循环次数可达到250,000次,这也与瑞萨40 nm制程器件的重写循环次数相同。

 

(3) 能够容纳更大容量的闪存

   如果采用该闪存制造28 nm制程闪存MCU,那么MCU单个芯片上的片上闪存容量最大将达到16 MB。

 

  采用更为精细的制程后,逻辑电路中包含的高速/低功率晶体管的数量约为早先瑞萨40 nm制程的两倍。 这样便能够开发出支持多个CPU内核、功能安全和保密以及多种接口标准的MCU,并能够集成到汽车电子控制装置(ECU)中。

 

  现在,瑞萨在其多年积累的专业技术及其在将外形尺寸缩减至40 nm制程中获得的经验的基础上,完成了业内首个MCU 28 nm制程片上闪存IP的开发。 这项研发成果将使瑞萨成为第一家有能力制造出车用28 nm闪存MCU的制造商,瑞萨将能够增大存储器容量并提高处理性能的同时能够缩减逻辑电路(而非闪存电路)的外形尺寸。

 

  在此项开发所取得的成果的基础上,瑞萨将加快其开发28 nm制程汽车闪存MCU的进程,并将成为首家将此类产品推广到市场、以此满足客户需求的制造商。因此,瑞萨将一直致力于帮助系统设计人员开发出更为先进的产品为您带来安全、愉悦的汽车驾驶环境。

 

(注释 1) MONOS(金属氧氮氧化硅)

 

(注释)
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