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Los chips , en el corazón de toda la electrónica, se han convertido en una parte integral de nuestra vida cotidiana. Tan pequeños como relojes y pulseras, tan grandes como cohetes y satélites, los chips son inseparables. Sin embargo, el entorno de trabajo de varios chips es muy diferente. Por ejemplo, los chips ordinarios de grado de consumo solo funcionarán a la temperatura diaria, e incluso si se congela, no tendrá un gran impacto; los chips que funcionan en las fábricas pueden necesitar soportar más Entornos "difíciles", como alta humedad, vibración, arena y polvo, etc.; los chips utilizados en los automóviles deben garantizar la estabilidad a largo plazo, y los automóviles de alta velocidad necesitan chips absolutamente confiables para garantizar que puedan conducir de manera segura; Los chips en el chip no solo debe soportar el entorno más extremo del planeta, sino también estar constantemente amenazado por los rayos externos del universo.
La división de grado de los chips es en realidad la división de la dureza del entorno de aplicación del chip. Nuestros chips comunes generalmente se dividen en cuatro categorías, grado civil (grado de consumo), grado industrial, grado automotriz y grado militar (grado aeroespacial). En la actualidad, el chip de especificación más alto al que podemos acceder es el chip de especificación del automóvil. En comparación con los chips para consumidores, los chips para automóviles pueden soportar temperaturas y entornos de uso más extremos.
Dado que los chips de grado militar y de grado de automóvil son tan poderosos, ¿no sería suficiente hacer que todos los chips cumplan con los estándares de los chips de alto grado tanto como sea posible?
La clasificación de chips no es tan simple. En realidad, involucra todo el proceso de diseño de circuitos, proceso de fabricación y empaque final y prueba de chips. Los chips de alto estándar pueden no ser adecuados para otros niveles de entornos. En primer lugar, los chips con especificaciones más altas a menudo significan precios más altos, y pagar escenarios de aplicación imposibles reducirá la rentabilidad de los chips. Además, no es que cuanto mayor sea el nivel del chip, mayor sea la velocidad de procesamiento, a veces el chip sacrificará parte del rendimiento para no colapsar ante escenarios de aplicaciones especiales.
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Diferentes niveles de requisitos de chips fuente: CSDN
Según la tabla anterior, podemos ver la diferencia entre este tipo de fichas. En pocas palabras, cuanto mayor sea el grado del chip, mayor será el rango de temperatura que puede soportar y la dificultad correspondientemente mayor en la fabricación del chip. Todos son chips, ¿por qué solo algunos de ellos pueden alcanzar el grado militar?
Diseño de redundancia de chip
La descripción del riesgo de una cosa a menudo se explica por su tasa de tolerancia a fallas. La tasa de tolerancia a fallas generalmente está diseñada para la redundancia en el proceso de fabricación de chips.
En pocas palabras, el diseño de redundancia es para aumentar la confiabilidad del chip a cambio de una mayor inversión en recursos.
La existencia de circuitos redundantes en el chip no es un desperdicio, porque el chip debe estar completamente preparado cuando se enfrenta a tareas desconocidas para reducir la posibilidad de tiempo de inactividad en circunstancias especiales. Los expertos en diseño de chips explican los circuitos redundantes: "Podemos adaptar el sistema para que tenga suficiente almacenamiento en búfer entre el procesador y la memoria, de modo que incluso si la memoria se carga al máximo y hay un flujo máximo de transacciones entre el procesador y la latencia de la memoria, entonces el procesador puede cubrir muchos problemas transaccionales". Ciertas cachés redundantes pueden evitar fallas cuando la memoria se desborda al procesar tareas paralelas a gran escala. Además, también se puede lograr el mismo efecto para el diseño de redundancia de memoria.
Por supuesto, diseñar circuitos redundantes no es un simple copiar y pegar. Por ejemplo, la fábrica de chips puede aumentar el margen de capacidad de procesamiento en algunos procesos de procesamiento, como la memoria redundante y la memoria caché mencionadas anteriormente, lo que puede permitir que el chip se ocupe de los problemas de temporización del búfer y los posibles cambios de manera oportuna; la redundancia también puede ser opcional Un núcleo IP maduro, aunque no es necesariamente la velocidad informática más rápida, puede maximizar la confiabilidad; la redundancia también puede permitir que el procesador adopte una estrategia estable en lugar de una estrategia eficiente al calcular ciertos algoritmos, en la medida de lo posible Evite el daño causado por errores de cálculo.
En general, la redundancia no es redundante. Los ingenieros en el campo de la conducción autónoma en la industria han señalado: "Muchos aspectos del diseño son reglas empíricas. Es posible que soliciten un margen del 30 % para proporcionar un búfer de tiempo. Esto puede manejar las condiciones anormales encontradas en el diseño físico". Este margen no es de ninguna manera un desperdicio, más como un seguro para el diseño físico o problemas críticos del proceso”.
El embalaje especial hace que el chip sea más fiable.
El 9 de febrero, hora de Beijing de este año, SpaceX declaró que de los 49 satélites Starlink lanzados por la compañía el 3 de febrero, 40 de ellos se habían estrellado o estaban a punto de estrellarse en la atmósfera debido a tormentas geomagnéticas. La declaración dada por SpaceX es que después del lanzamiento del satélite, este se vio afectado por la explosión magnética, aumentó la densidad de la atmósfera en el sitio de lanzamiento y aumentó la resistencia del satélite al cielo, lo que provocó que algunos satélites salieran de órbita.
De hecho, las amenazas a las que se enfrentan los chips transportados por vehículos aeroespaciales como satélites y cohetes son mucho más que estas. Sin la protección de la atmósfera, las explosiones geomagnéticas, las tormentas solares, los rayos cósmicos, etc. afectarán el funcionamiento normal del chip, y ante estas amenazas, por mucho esfuerzo que se haga en el diseño inicial, no pueden ser resuelto En este momento, se requiere una protección especial para que el chip aísle el entorno externo.
Antes de que una pieza de silicio monocristalino finalmente se convierta en un chip para que la usemos, tiene que pasar por el diseño, la fabricación, el empaque , las pruebas y otros vínculos. Uno de los aspectos izquierdo y derecho del embalaje es proteger el frágil troquel del interior del entorno exterior.
Tomemos como ejemplo los chips de grado aeroespacial. Los chips ordinarios de grado de consumo pueden lograr suficiente protección mediante el uso de paquetes de plástico, mientras que los chips de grado aeroespacial a menudo se empaquetan en cerámica o metales, y el paquete también está revestido con una capa de latón para aislar los rayos cósmicos y los ambientes de alta temperatura. Para reducir los efectos secundarios causados por la radiación, también se llena un gas especial durante el envasado.
En la actualidad, el nivel de especificación del automóvil es el chip de especificación más alto que los consumidores pueden ver. A juzgar por los requisitos de las reglamentaciones de vehículos, se requiere que su temperatura de funcionamiento alcance de -40 °C a 125 °C, y también debe ser a prueba de rayos, humedad y golpes. Por lo tanto, los chips aptos para automóviles a menudo deben tener en cuenta la disipación de calor y los problemas de sellado al empaquetarlos. En la actualidad, la mayoría de los chips automotrices se empaquetan en SIP. La mayoría de los módulos que requieren una alta estabilidad informática se integran entre sí para la protección del empaque. Al mismo tiempo, se reduce la distancia de comunicación entre los diferentes módulos y la posibilidad de verse afectado durante la transmisión de datos. esta reducido.
Mecanismo de revisión estricta
De hecho, ya sea un chip de grado industrial, automotriz o aeroespacial militar, después de múltiples rondas de preparación en la etapa inicial, se debe realizar una selección y prueba estrictas al final. Los chips de cada grado no son producidos por fabricantes de chips y son autosellados, y los grados deben determinarse después de la aprobación de los departamentos nacionales pertinentes.
[Error en la transferencia de la imagen del enlace externo, el sitio de origen puede tener un mecanismo de enlace antirrobo, se recomienda guardar la imagen y cargarla directamente (img-CwUKvoHv-1682912416210)(null)] La fuente de la imagen de prueba de múltiples rondas del chip de nivel de coche: Jiuzhang
Zhijia
En los últimos años, el campo de los vehículos eléctricos ha crecido rápidamente, y la tecnología de conducción no tripulada se está volviendo cada vez más popular, y la demanda del mercado de chips para vehículos también se está volviendo cada vez más intensa. Este es un ejemplo del chip para automóviles más discutido: en comparación con los chips para consumidores comunes, debe pasar por múltiples rondas de gestión de requisitos, diseño crítico para la seguridad, simulación de fallas funcionales, revisión e informes, y certificación de seguridad por parte de terceros. -evaluación del partido. De acuerdo con la definición de la nueva versión del estándar IOS 26262-2018, la seguridad funcional se refiere a la ausencia de riesgos irrazonables debido a peligros causados por el mal comportamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos. Todos los productos de automoción, incluidos los IP, deben cumplir los requisitos de seguridad funcional definidos por esta nueva norma. La verificación AEC está dirigida principalmente a las pruebas de confiabilidad de seguridad funcional.
El nombre completo de AEC es Automotive Electronics Council (Consejo de Electrónica Automotriz).Es una organización de estandarización para estándares de componentes electrónicos confiables y de alta calidad iniciada por las tres principales empresas estadounidenses Chrysler, Ford y General Motors en 1993. Su objetivo es establecer un estándar común para componentes electrónicos confiables y de alta calidad . Los miembros de AEC se dividen en dos tipos, uno son miembros permanentes, generalmente empresas de vehículos, y el otro son miembros técnicos, generalmente empresas de chips. AEC proporciona una plataforma de prueba, y el chip debe pasar la serie de pruebas AEC-Q después de la cinta para pasar la verificación del nivel del vehículo. Por lo tanto, la prueba AEC-Q también se denomina "umbral básico" para que el chip se instale en el automóvil.
Con la prueba, debe haber resultados. Después de probar el chip, se obtendrá la tasa de aprobación general del lote, es decir, la tasa de rendimiento. La tasa de rendimiento determina el rango de clasificación final del chip. De acuerdo con el estándar DPPM (parte defectuosa por millón), la cantidad de chips de consumo es inferior a 500 y el estándar automotriz es de 0 a 10 defectos. Los reglamentos industriales están entre los dos, y los requisitos específicos se ajustarán de acuerdo con las necesidades del cliente.
Resumir
En la actualidad, los chips se dividen aproximadamente en cuatro grados: grado de consumo, grado industrial, grado automotriz y grado militar (aeroespacial). Los chips de diferentes grados y especificaciones tienen diferentes requisitos desde el diseño hasta las etapas de empaque y prueba, y los escenarios de uso también son bastante diferentes. En general, cuanto más altas sean las especificaciones del chip, mayor será el diseño de redundancia del chip, más ajustado será el empaque y más complicado y estricto será el proceso de prueba.