三星12纳米级汽车LPDDR5X：用于安全关键型集中式汽车系统的DRAM

如今，汽车行业正经历电气和电子（E/E）架构的关键转型。是什么推动了这一变革？简而言之，沿用数十年的传统分布式架构已不适合处理来自新系统日益增长的数据量，也无法支持软件定义的功能。

那么，解决方案是什么？集中式架构。该方案通过整合原本分散在ADAS、IVI等域架构中的功能，将其统一集中到中央模块。系统不再孤立或分离，而是将车辆区域内的所有功能连接到区域网关。然后，每个网关通过多千兆以太网通道连接到其他区域网关和高性能集中式SoC。有关集中式架构的更多详细信息，请参见之前的技术博客。

除了性能提升之外，集中式架构还具有成本优势。首先，对所有功能使用通用以太网骨干网消除了每个功能或域所需的专用电缆线束。其次，由于功能被整合到集中式SoC中，SoC和ECU的总数减少了。据估计，采用集中式架构的车辆SoC/ECU数量减少20%，硬件和材料成本降低10%。¹

除了性能要求外，集中式架构还将运行制动和防撞等安全关键功能。这些应用需要独特的安全要求，以确保在恶劣环境条件下数据的完整性和可靠性。承受极端温度和机械应力对于保障安全关键功能的运行至关重要。此外，在功能整合的集中式架构设计中，内存是先前隔离功能之间的共享资源。因此，内存必须支持其支持的每个功能所需的安全级别。

这些变化将对系统内存需求产生深远的影响。

LPDDR DRAM最初是为移动电话开发的，因为它具有低功耗和高性能的特性，是汽车集中式架构的理想选择。随着通过自动驾驶功能生成的数据量越来越大，需要高带宽LPDDR内存来以更快的速度处理海量的车辆数据。

LPDDR5X

三星最近发布了其最新的车规LPDDR5X版本，该版本采用先进的12纳米级技术节点制造，具有极具竞争力的单元尺寸²。汽车产品组合中的这一新成员提供了更高的性能和功效，同时保持了与以前LPDDR5/5X产品的外形、配合和功能兼容性。

LPDDR5X是汽车SoC的理想选择，其具备安全关键系统所需的高性能，数据传输速率最高可达9600 Mbps，密度范围从3GB到24GB，以及三种不同的JEDEC标准FBGA封装，包括一种新的561F FBGA，它比现有的441F FBGA解决方案小50%。此外，12纳米级车规LPDDR5X的设计和开发符合ASIL-D系统（最高汽车安全完整性等级（ASIL））的要求，并且完全符合 ISO 26262 标准，适用于高要求的汽车应用用例。由于LPDDR5X的目标市场是汽车市场，因此它还支持AEC-Q100认证和1级（-40°C至+125°C）温度范围。

性能

集中式架构中的功能整合将要求SoC至少支持先前隔离系统的组合工作负载。同时，系统设计人员需要在软件定义的车辆中对硬件进行“面向未来”的设计，以适应车辆生命周期内的新功能和应用。如今，汽车SoC供应商正在通过推出功能越来越强大的处理器来解决这个问题，其中一些处理器支持高达1,000 TOPS，需要高性能内存来实现SoC的最大性能。 

为了说明这一点，9600Mbps的性能是针对单个I/O的。考虑到当今大多数SoC都具有256位总线宽度，这意味着12纳米级LPDDR5X支持307.2GB/s的SoC内存带宽。虽然其他内存接口可能提供更高的I/O带宽，但它们的每比特成本通常很高，并且在某些情况下，组装成本也更高。

安全

为了满足安全关键系统要求，OEM、一级供应商和组件供应商都遵守ISO 26262标准，该标准用于汽车E/E系统中的功能安全。ISO 26262提供了一个全面的框架，用于管理汽车系统在其整个生命周期中相关的安全风险。该标准概述了实现功能安全的过程、活动和要求，包括危害分析、风险评估以及安全目标和要求的制定。

ISO 26262认证体系包含功能安全管理流程认证和产品级认证两个维度。 功能安全管理过程中的认证表明该组织已制定流程来解决组件在其整个生命周期中的风险评估。三星于2019年通过国际第三方测试、检验和认证公司TÜV Rheinland获得了ISO 26262认证。

在产品级别，公司必须通过文档证明该产品从规划、设计和生产（直至报废）都以功能安全为基石进行构思和开发。然后，该产品根据随机硬件故障（以时间故障（FIT）衡量）获得电气和电子系统的汽车安全完整性等级（ASIL）。

该标准定义四个等级，按风险程度从低到高依次为ASIL-A至ASIL-D。

ADAS或AD系统将包含表中列出的多个功能，包括制动系统、巡航控制和视觉ADAS后视摄像头。虽然这些功能中的每一个都具有不同的安全级别，但集中式架构中使用的组件（包括内存）必须支持最高安全级别（ASIL-D），以确保满足所有安全要求。

三星汽车LPDDR5X从最初的规划阶段就经过专门开发，以满足汽车系统的高安全要求。ASIL-D是ISO 26262中定义的初始危害的最高分类，代表严重的危及生命或致命伤害，这意味着需要极高的安全保证才能满足ASIL-D认证的安全目标。汽车LPDDR5X预计将实现ASIL-D增强型功能安全级别，包括使用ISO 26262 SEooC（独立安全元件）概念开发的使用假设（AoU），其中主机对单比特错误执行自校正，对多比特错误执行自检测。

小封装

如上所述，汽车LPDDR5X将提供三种JEDEC标准封装。支持x32总线的315F FBGA和支持x64总线的441F FBGA。此外，还提供了一种新的带有x64总线接口的561F FBGA。尺寸为8mm x 12.4mm (99.2mm²) 的561F FBGA比封装尺寸为14mm x 14mm (196mm²) 的441F FBGA小约50%。 

由于集中式架构需要更高性能的内存才能在汽车温度范围内运行，因此信号完整性成为一个挑战。虽然信号布线取决于各种因素，包括PCB材料和组件规格，但通常情况下，极大限度地缩短走线长度可以减少干扰和串扰，从而提高信号完整性。较小的561F FBGA的优势在于，它允许将封装放置在更靠近SoC的物理位置，以确保以更短的信号走线提供更佳的信号完整性。

此外，561F封装的较小尺寸和球间距使其成为多芯片模块（MCM）集成的理想封装解决方案，其中多个IC（包括SoC和内存）放置在小型基板上，目的是优化电气性能。除了提高信号完整性之外，MCM中IC彼此靠近还可以实现紧密的通信通道，从而由于延迟小而提高性能。

采用JEDEC标准封装（如561F FBGA）进行设计可提供单个PCB布局，使汽车客户能够向上或向下扩展内存密度，从而经济高效地为每个装饰/型号定制功能。此外，基于行业贸易组织的封装可确保客户有多个供应商可供选择，而不是采用单一来源的设计，这是供应链稳定性的必要条件。

助力构建未来

随着汽车供应商和制造商不断突破创新界限，对高度可靠、高性能内存解决方案的需求变得至关重要。随着功能和计算密集型系统（ADAS/IVI）整合到集中式架构中，车载计算需求呈指数级增长，并将继续增长。这就需要高带宽、低功耗的DRAM解决方案，以满足实时数据处理的需求。

几十年来，三星一直是数据中心、移动、物联网和消费电子产品内存解决方案的行业领先供应商之一，现在正将同样的信任和创新记录带到汽车领域。三星全面的汽车内存产品组合是客户实现功能安全目标的理想解决方案，具有高故障覆盖率，增强的安全机制，可靠性和不妥协的质量。

^{1. https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/automotive%20and%20assembly/our%20insights/mapping%20the%20automotive%20software%20and%20electronics%20landscape%20through%202030/outlook%20on%20the%20automotive%20software%20and%20electronics%20market%20through%202030/automotive-software-and-electronics-2030-full-report.pdf}  

^{2. https://library.techinsights.com/public/sectioned-blog-viewer/a0e24d07-f721-4346-a58c-73786f397dbd?b=banner3}