滿足車用電子質量/可靠性/成本之需求　FPGA取代ASIC/ASSP

當今汽車中的電子產品日增，最明顯的是儀錶板式和車載資通訊系統或資訊娛樂系統，以及諸如全球定位系統(GPS)和面向後排乘客配備的DVD電影設備等。而且，由於技術進步、強制性排放限制和安全標準等，加上駕駛者對安全性和方便性的要求提高，使得電子設備和半導體零件在汽車核心電子系統中的數量正持續增加。  

FPGA取代ASIC與ASSP  

對所有汽車產品來說，質量、可靠性和成本非常重要，尤其是那些應用在安全和系統關鍵子系統的半導體而言。而且，汽車設計人員還要承受龐大的壓力，及應對不斷變化的技術標準、協定和法規；並迎合汽車行業對產品壽命和新型號開發週期的需要；同時還得滿足低成本和高產量的嚴苛要求。這些因素再加上汽車中的組件數不斷增加、開發時間縮短及性能要求增加，使得許多汽車設計人員在核心汽車系統應用領域中，轉向非揮發性現場可編程閘陣列(FPGA)技術來替代傳統的定制特定用途積體電路(ASIC)、微控制器或特定用途標準產品(ASSP)。  

FPGA具彈性 適應新標準  

比較ASIC和ASSP，FPGA能為設計人員提供一個靈活的平台，更易於應對新協定、新標準以及新市場需求。利用FPGA，設計人員可在最後階段進行修改，已經投入使用的產品也可進行升級，且很少會導致產品資格認證問題及成本增加。在產品開發週期壓力增大、系統成本管理愈趨重要下，廠商都不願冒險； ASIC存在的燒制返工(Respin)既費錢又耗時，且其非經常性工程成本(NRE)不斷增加。如採用FPGA，只須進行軟體修改和下載新的硬體配置，就可設計修改。產品過時也是問題之一，FPGA的生命週期，尤其是對產品壽命而言，一般都比低產量的ASIC零件長；有些FPGA供應商直到現在才對其在上世紀80年代推出的產品宣布壽命終結。  

然而，也許人們最看重的還是FPGA在應對昂貴且耗時的汽車資格認證手續上所表現出來的優勢，與ASIC不同，一旦對FPGA完成繁複的資格認證手續，就可以用於多個專案/工程中，因此有助於設計人員大幅節省耗費在資格認證手續上的時間和資源。  

可靠性確保正常運作  

可靠性資料對保證當今汽車中各個系統的正確運作非常重要。例如在設計核心系統如引擎控制模組和防鎖死剎車系統時，失效是絕對不允許的。  

中子誘發的韌體錯誤對許多電子設備的可靠性會帶來重大的風險，中子轟擊造成的單粒子翻轉(Single Event Upset, SEU)會發生在許多積體電路的儲存單元中。例如，對採用以揮發性SRAM為基礎的FPGA設計人員而言，可靠性可能會受到嚴重的威脅；因為這種零件採用記憶體來保存FPGA的配置狀態，如果SRAM FPGA的某個配置位元被翻轉並改變狀態，該零件的功能將被改變，導致嚴重的資料破壞或向系統中其他電路發送虛假訊號。  

而且，中子誘發的韌體錯誤會顯著影響整個系統的故障(FIT)率指標，這些擾亂會導致FIT指標超標，大大超出業界可接受的範圍。這種韌體錯誤非常難以診斷和檢測，因此會給維護和維修造成難題。  

由於汽車產業重視零瑕疵(Zero Defect)質量，與微控制器程式記憶體中的壞數位一樣，以SRAM為基礎的FPGA中存在中子誘發的韌體錯誤是個嚴重的質量問題。但與微控制器應用不同，這在當今汽車應用中已有糾錯電路(ECC)，SRAM FPGA目前還沒簡單或具成本效益的方法能檢測和緩解韌體錯誤。  

對於採用以SRAM為基礎FPGA實現的任務關鍵汽車電子應用來說，中子誘發的韌體錯誤存在嚴重的隱憂。由於現有的檢測技術是通過定期讀回FPGA配置來實現，因此有可能讓已經破壞的資料進入汽車電子系統。隨著這種易受攻擊的FPGA技術的廣泛使用，可能需要新的質量評估系統，以檢測汽車電子系統對中子誘發的韌體錯誤的免疫能力。用於檢測損壞配置資料的回讀電路本身就易遭受SEU故障或損壞。此外，檢測和糾正FPGA韌體錯誤的方案會增加系統設計複雜性，且大幅增加尺寸和材料成本。  

幸運的是，輻射測試資料表明，以反熔絲和快閃記憶體為基礎的非揮發性FPGA不會發生由中子誘發SEU事件，而造成配置資料丟失，因此能更好地滿足零瑕疵的要求。換言之，這種FPGA非常獨特，適合所有重視可靠性或安全性的應用採用。  

對安全和車體控制功能的需求會繼續增加汽車電子的複雜性，設計人員須能快速回應不斷變化的客戶需求。對於半導體供應商來說，要滿足汽車電子設計人員的需求，同時又不迫使他們在質量、可靠性、靈活性、成本和開發時間之間作取捨，從未變得如此重要。在這個不斷變化的市場中，採用非揮發性FPGA來實現那些系統關鍵應用正是成功的關鍵。  

(本文作者為愛特半導體產品市場總監)