在握续高温的酷热时局要求下，汽车芯片的老化速率昭彰快于预期，这激勉了东谈主们对电气化汽车经久可靠性以及先进节点芯片是否是安全要道型应用的正确弃取的担忧。

咫尺，汽车中使用的许多最先进的电子开发皆相宜 ASIL D 递次，展望可在 125°C 的温度下正常职责。 在亚利桑那州城进行的最新辩论就解说了这少许，该地区有 64 天白昼气温跨越 110 华氏度（43.3 摄氏度），有 5 天最高气温跨越 115 华氏度（46.1 摄氏度）。 在这么的温度下，深色内饰的深色汽车车厢内的温度可接近华氏 200 度（摄氏 93 度），这与水的沸点进出无几。

IEEE 功能安全递次委员会发布的一份新白皮书指出，由于数据有限、系统中的非线性和动态互相作用以及预测技巧不及，很难准确预测复杂系统在这些要求下的四肢。白皮书指出："温度、湿度、振动、海拔或辐照等环境成分会对系统的退化和故障产生要紧影响。将这些成分纳入RUL（剩余使用寿命）预测模子可能具有挑战性，况且测量这些成分对系统的动态影响也可能受到限制"。

图：铜互连中电搬动导致故障的 SEM 图像。 钝化已被去除。

Synopsys市集营销和业务开发副总裁 Steve Pateras 说："咱们有许多 OEM 客户，几年前他们告诉咱们他们莫得任何问题，也不追思他们的硅片，因为他们频频使用的是 10 年前的技巧。当今情况不再是这么了。 咱们的汽车客户当今正处于 5 纳米和 3 纳米芯片的起初地位，需要大约测量正在发生的事情，而不单是是假定会发生什么或哄骗夙昔的教学。 因此，关于许多原始开发制造商来说，RUL 正成为一个信得过的大问题。 凭证阿伦尼乌斯方程（该方程用于辩论材料在温度要求下的降解经过），以及在城夏令一定时间内的开始小时数，咱们大约辩论硅寿命的变化。 效能止境惊东谈主。"

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Pateras说，关于一个联想寿命为30年的芯片来说，环境温渡过高会使其寿命每年多减少10%，因此一年后寿命就会下跌到26年。

芯片制造商非常澄澈这些因时局变化而加重的趋势。 极点温度的出现愈加经常，无意可能握续数周而不是数天。 整个这些皆需要纳入芯片架构，这可能需要不同的材料、特等的余量和某种主动冷却花式。

英飞凌科技好意思洲汽车市集营销副总裁 Bill Stewart 说："有两个方面需要接头。其一是开发的质料。 咱们的汽车芯片故障率为十亿分之六十。 因此，关于在高温下使用的部件，咱们在联想上留多余量。 第二个方面是功能安全，以及怎么检测系统故障。 是软件故障？ 是硬件故障？ 不管是咱们的芯片照旧别东谈主的芯片，你怎么会诊并领导操作员，这么你就不错一瘸一拐地回家，再行缔造，或者大开'检查发动机'携带灯，去找经销商。"

在复杂系统中，最贫乏的是车辆中的多样部件和系统怎么与其他部件和系统互相作用。 在这种复杂进度下，看似卑不足谈的组件可能会导致通盘系统瘫痪。 此外，凭证 ISO 26262 的要求，故障切换到其他系统可能会导致出东谈主意想的互相作用。 故障切换电路需要按照与故障部件相易的 ASIL 级别进行联想，况且即使在相易的要求下，也需要按照预期开始。

Synaptics智能传感部门高等副总裁兼总司理 Satish Ganesan 暗意："咱们还莫得遭遇过城一辆汽车上的清楚屏出现故障的情况。但也有其他组件因发烧而失效。 即使其他组件出现故障，咱们的触摸组件和屏幕仍有可能正常职责。 但任何组件出现故障皆可能导致系统故障。"

出问题的原因

整个这些皆所以正常职责负荷为前提的。 跟着车辆中自主系统的不断加多，处理元件的哄骗率可能会大幅提升。 与任何电子居品一样，更高的使用率会使电路温度升高，导致加速老化。

英飞凌科技汽车车身和信息文娱部门高等总监 Ray Notarantonio 说："当咱们对一个部件进行轻浮时，咱们会制定一个任务剖面图。该任务概况包括温度、电压和其他一切。 天然，汽车在其寿命的 50%时间里皆不会处于最高温度下。 这不在职务界限内。 但咱们看到，自动驾驶将改革任务概况，因为汽车将更经常地行径并开始东谈主工智能。 这是一个贫乏成分。 咱们意志到这少许，况且咱们从天赋的角度作念了许多职责，以超过这些任务简介。"

其他东谈主对此暗意赞同。Ansys高等应用工程师 Josh Akman 说："如若你领有一辆具有自动驾驶功能的组合电动汽车，那么它的占空比可能是 100% 。它可能贯通顺行驶，这与通勤车的使用量全皆不同。 当今，汽车引擎盖下基本上等于一台电脑。 要接头的挑战还有许多，如若你要淘气到非常小的节点，比如 5 纳米或 3 纳米，那么这些东西就必须履行许多互相竞争的职责--不仅要保证热完好意思性，还要保证电气和机械完好意思性。 如若搞定了其中一个问题，无意就会加重另一个问题。 有许多事情需要均衡。"

"接头包装层面的互相作用，不错在某种进度上辞别老化效应和磨损效应，"Akman 说。"如若握续高温，一个常见的问题是焊点会变得更脆。 当第一次回流焊时，你得到的是散装焊料，在封装和印刷电路板的接口处，你得到的是所谓的金属间化合物，这是焊料和印刷电路板上的东西的羼杂物。 它们在回流时互相羼杂，跟着时间的推移，跟着焊料的老化，金属间化合物层会增长，变得更脆。 因此，老化效应会产生新的潜在失效模式。 一样，如若温度出现波动，就会产生大皆的热推广整个（CTE）不匹配问题。 不同的材料会以不同的速率推广和收缩，从而产欲望械应力，导致不同的失效模式，不管是在封装上照旧在焊点上，以致是在 C4 凸点、倒装芯片凸点或微凸点上。 然后，你可能会在芯片级出现电搬动和介电击穿，以及许多其他与温度联系的问题。"

畴昔的变化

搞定整个这些问题莫得单一的最好实施。Siemens EDA羼杂和造谣系统副总裁 David Fritz 说："有一种蛮干的门径。咱们在开发中施行装配了分析仪，它们会检测到'哦，两年前，这只需要两毫秒就能完成。 当今则需要 10 毫秒。 于是"检查发动机"的灯就亮了。 但也有另一种门径。 我会见了中国的一家供应商，他们正在哄骗最新、最先进的技巧将东谈主工智能应用到他们的芯片中。 它被称为Focused Transformer。 它与这些大型谈话模子所使用的是一样的东西，但它不错按比例装配到单个芯片中。 它能监测情况，敬佩何时出现性能下跌，然后决定还能作念出哪些改革。 因此，也许我的频率莫得达到最大值。 我可能思把这辆车的频率再提升 10 兆赫，这么就能蔓延使用寿命。 这不单是是监测。 它是决策和改革开发功能的花式，不错蔓延开发的使用寿命。"

这与苹果公司在其 iPhone 上弃取的门径类似，但正值相背。 苹果镌汰了其应用处理器的时钟速率，以退缩其因电板老化充电减少而关机。 在这种情况下，与车辆电机所需的能量比拟，对电板的浮滥相对较小。

关联词，这种弹性很难经管，尤其是在复杂的系统中。 由于热梯度会导致电搬动，减少电子在导线中的流动，因此并非整个芯片皆会均匀老化。 在酷热的时局要求下，这种情况变得愈加难以戒指。 诚然不错使用冗余电路来躲闪电磁干与，但在 5 纳米和 3 纳米工艺中这并不成行，因为加多电路会影响举座性能。 更厄运的是，在这些先进的节点上，互连器件非常薄，这加重了热室中的热效应。 更薄的绝缘薄膜亦然如斯，会跟着时间的推移而解析（随时间变化的介质击穿，或 TDDB）。

那么接下来会发生什么呢？"最能施展问题的是下一版 ISO 26262 递次，"Synopsys 的 Pateras 说。"一直起劲于预测性选藏的职责组正在将其纳入递次的第三版，该职责组信得过驳斥的是监控和回复才智。 它大约赢得硅数据，对其进行监控，并以此来预测故障。 业界正朝着这一意见发展，在这仍是过中需要主动监控硅片，而不单是是通过其他花式开发固有的弹性。 功能安全将经久存在，东谈主们会接头使用多样技巧。 但监控将是经管这种弹性的要道器具。"

安全问题

加速老化和高环境温度的影响远不啻单一电路。 在汽车规模，安全性和安全性可能会以特有的花式访佛。

Rambus硅 IP 居品经管高等技巧总监 Scott Best 说："几年前，在 GOMACTech（政府微电路应用与要道技巧会议）上有一篇论文，他们将 PUF 放入 FPGA 的可编程结构中，然后对 FPGA 进行超电压、超温度供电。"他们基本上是将其放入烤箱，进行快速老化磨真金不怕火。 然后，他们把 PUF 放回织物中，由于地段织物老化，无法恢归附始要道材料。"

夙昔违犯集聚挫折最常用的门径之一是混浊，混浊的本色是在开发中添加杂音，让东谈主更难敬佩芯片是怎么职责的。 问题是，东谈主工智能算法不错识别出东谈主类无法识别的杂音，这就很容易被阻断。

"我曾在一次会议上向一位客户先容电源分析侧信谈对策，"贝斯特说。"他们制作了一个噪声电路，向电源发出大皆噪声。 因此，如若你测量电源，就会被这些立地噪声归拢，就看不到加密操作的特征了。 咱们的回答是，如若你进行两次测量并将它们相减，立地信号就会褪色。 东谈主类无法不雅察到这少许，但使用一些器具和 1000 个示波器轨迹，它就能联想出效能。 它不会被数字或图像所勾引。 '有信号，有杂音，趁机说一下，这是要道值'"。

论断

咫尺还不澄澈电路中的热量加多是否会使电介质解析时的信号愈加昭彰，但这敬佩是畴昔要决策的一个话题。 总之，热是整个电路皆会遭遇的问题，但如若再加上比预期更高的环境温度，与热接洽的老化速率就会加速。 这激勉了许多汽车制造商始料未及的一系列挑战，他们更需要提升汽车芯片的最高握续职责温度，或者找出更好的门径来监控汽车电子开发，以敬佩何时应该更换以及怎么冷却。

跟着自动驾驶汽车使用率的提升，以及汽车制造商使用更先进的节点芯片和芯片组，基板、导线和电介质越来越薄，这些挑战只会愈加严峻。 在汽车应用中，安全和安保与电路老化赓续合，需要达成奥妙的均衡。 但是，跟着亚利桑那州城等地弃取 5 纳米和 3 纳米芯片开始高等算法，这种均衡就变得愈加难以达成。

参考文件

Weather Underground 2024 年的最高日气温取自菲尼克斯天港国外机场的逐日陈述。

Patrick-Emil Zörner， CC BY-SA 3.0， via Wikimedia Commons.