2024年4月4日 星期四

老工程師的技術生活(二十五) --- 選擇比努力重要

在上一篇文章的留言中,我們提到了大家都喜歡講個一句話:選擇比努力重要

尤其是你已經努力了十幾、二十年之後,你或許也很認真地思考與努力之後,

到了四、五十歲之後,體會會更深。的確,有時候回顧自己過去十幾、二十年的

工程師歲月,也難免會有這種感慨。但千金難買早知道啊。

那我們真的可以有比較好的選擇之後,才可以精準的努力嗎?

所以我在留言中提到:所謂選擇也不是盲目的選擇,事前的分析規劃,真的是比

全心全力的投入努力還重要。畢竟我們都是一個人,青春歲月也非常有限的。

要說努力,肯定每個人都會說自己很努力啊,更何況還要加上先天的聰明才智啊。

你真的不要否認,人天生資質與聰明才智,真的有差的啦。要不然人家也不會有所謂

IQ 評鑑啊。為什麼?人家書本,規格書拿出來K 那一兩下,就可以很快地融會貫通?

那你要說:沒關係,我資質比較差一點,但我可以用努力克服這一點,老師不是教我們

偉大的發明家愛迪生說過:天才是百分之一的天份,再加上百分之九十九分努力

你長這麼大了,你還真的相信這句話嗎?你真的沒有看過、遇過所謂資優班的同學嗎?

如果人家就是百分之六、七十,甚至百分之八、九十的天分,還加上一點點的努力,

就可以很輕易地學完該學的東西,又把學習的觸角,把視野拓展到你所看不到的地方時,

你還要說:我百分之九十九的努力,可以克服那百分之一的天份。

那你還有沒有想到過所謂的:你可能還缺百分之五十的資源支持喔

因為人家就是有高比例的天分,更容易取得比你更多資源的支持啊。

講難聽一點:如果有個方案提供商,看到一個台清交的技術團隊,及一個普通科大的

技術團隊時,你認為人家會把這些資源投在哪裡?更何況人家原廠就是比你更容易

整合與聚集更多資源、設備與財力,有些東西也根本不需要你百分之九十九的努力啊。

我們就以微控制器(MCU) 的大廠ST 來看:他們在我們一般工程師認為比較具有技術

挑戰性的機電整合產品開發上,所推出的產品方案來看:真的是可以讓許多應用

工程師們去專注在機電產品的系統應用上,而真的不需要花太多心思去搞很基礎的

機電控制理論:ST ZeST

STM32 ZeST (zero speed full torque) solution

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這就跟我們一般人在寫MCU 的韌體或寫 PC APP 應用軟體時,真的不需要還要花

百分之九十九的努力來克服許多艱深難懂的小細節。舉個簡單的例子:

這是前幾天的雜誌新聞評論:

谁说MCU不用拼制程?

你說:你真的要了解MCU 開發生產製造工藝的演進嗎?我們大概就了解一下箇中的

原理與趨勢機會就好,(我怕你以上的文章連結消失,我就先備份在文章下方)

說真的啦,你說要不是MCU 市場就非得用 Embedded Flash,否則啊,人家也是可以像

PC 或一般 Embedded System 一樣,利用Cache memory 架構方式來克服啊,要不然你

以為人家PC 桌機CPU 或手機處理器怎麼可以在市場競爭呢?這當然就是一群有:

百分九十幾的天分。又有百分之九十幾的努力,外加百分之九十幾的資源整合的

人員與公司所組合而成的啊。你還真的以為就靠你小貓兩三隻就可以做嗎?

你還在想:愛迪生的那句話嗎?

你真的有從技術以外去想這句:百分之一的天份。再加上百分之九十九的努力。

難道百分之九十九就真的只有針對技術努力而已嗎?你花了多少百分比的努力在

技術以外的事物上?當你看到上述的那些原廠或市場上別人用不同的市場趨勢操作,

做出那些:你認為只要你付出百分之九十九的努力之後,就可以迎頭趕上的東西?

你不覺得你努力的很辛苦嗎?那到底你是缺乏努力呢?還是沒有做出正確判斷的選擇?

當然站在資源不平等的競爭態勢下,我們的努力真的很辛苦,但你有沒有想過:

是你自我要求太高,只想當個技術界的唐吉軻德?還是不懂得如善用資源為自己

創造更好的選擇條件?譬如說:我自己對於USB 的核心技術專注,也具有一定的

系統開發能力。但我就不會想說:努力地用自己的方法或方式,去創造一個屬於自己

獨到的USB 系統概念。(就是我以前我剛入行時 USB 師父說的:他想去做個通用型的 

USB host 系統,可以讓許多現成的USB 裝置可以透過這個USB host 完成系統的完善。

是啊,看起來既有理想,又有市場似的....

又誠如我前多核心微控制器的老闆想的:他想用多核心MCU 的指令架構,來取代

傳統 SIE (Serial Interface Engine) 的設計。來為這類MCU 創造一個另類的系統應用市場。

其實這兩種想法在他們考慮的當下都沒有錯的,在某個市場機會分析下,也煞有其事。

但今日我們回頭再看一下:以現在這些檯面上的MCU 大廠所提供的產品中,難道就沒有

支援這兩種想法嗎?如果,我當初還傻傻地的投入去做這些事?看起來是否有點愚蠢?

是不是反過來看:我既然這麼了解與應用 USB 系統,那我乾脆就多接幾個?或整合應用

一些稀鬆平常USB 系統的產品出來賣還比較實際呢?這時候你說到底是選擇比努力重要?

那些所謂我想努力的東西,是不是該由具有比較多資源的公司與團隊去做呢?

我到底有沒有找到屬於我自己核心價值該選擇的事物與方向?

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所以當你工程師的資歷與歲月隨著你的年紀增長之後,你當然就會深刻的體會到說:

選擇真的比努力重要。但你真的可以做出正確的選擇嗎?

你真的有好好的去了解市場產品趨勢、個人所擁有的資源機會與其他綜合評比的去

總結出:你所該做的選擇機會嗎?又當你上了年紀之後,你又真的還可做出甚麼選擇?

我以前常說:不管你一個人有多聰明?又有多努力?等你到了一個年紀之後,

你所能做的真的很有限的啦。以下是一篇年過五十的科技人員的歲月故事。

遇上裁員潮曾一度失落,58歲科技人變房務員:我知道自己真的重新開始了

你真的不要懷疑,這才是真實與現實的人生故事。

如果你在三、四十歲時,真的不懂得從你的工作環境與條件中,去分析判斷出

你該如何做出你人生的抉擇時,你就真的也沒資格與條件跟別人說:

選擇比努力重要。

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谁说MCU不用拼制程?

发布者:EEWorld资讯最新更新时间:2024-03-25 来源: EEWORLD作者: 付斌关键字:MCU  制程

上周,ST宣布全新STM32即将采用18nm FD-SOI工艺的嵌入式相变存储器 (ePCM),并将于2024下半年开始向部分客户出样片。这意味着ST率先将MCU突破20nm壁垒。


关于制程,很多工程师都存在疑问:为什么手机芯片都3nm/2nm了,MCU却很少用制程升级性能。其实,MCU也需要通过制程升级性能,只不过,在此之前需要更换存储技术。


MCU制程,被eFlash锁死


不能怪MCU不努力,只能说eFlash(嵌入式闪存)技术拖垮了MCU。


很多人都发现,最近几年MCU一直在40nm徘徊。事实上,MCU内存存储非易失性存储器 (eNVM)从EPROM/OTP到eFlash,早已是二十多年前的事。


上世纪90年代,凭借着可编程性、非易失性和片内嵌入性,eFlash在彼时价值数十亿美元的MCU行业开启了“eFlash创新”时代。从1991年开始的0.8微米技术节点,eFlash技术已与标准CMOS逻辑技术相结合,使MCU在2015年就达到了28nm的产品水平。


2016年,瑞萨开发出全球首款分离闸金属氧化氮氧化硅(SG-MONOS)闪存单元,虽然彼时这项技术直指16nm~14nm及以上的片上闪存MCU。但现在,这项技术更多为瑞萨的40nm MCU服务。


不过,随之而来的16nm FinFET、FD-SOI等技术,让它渐渐跟不上时代节奏。可以说,eFlash作为MCU片上的老兵,虽然行业已经利用浮栅、SONOS或SG-MONOS等技术开发了多代产品,但在面对更为复杂的需求时,包括更高的性能功耗比、更高的存储密度、数字电路密度等,也是“廉颇老矣”。





存储器行业普遍认为,28nm/22nm硅光刻节点将是eFlash的最后一个经济高效的技术节点。


这并非因为可扩展性限制,而是考虑到成本和工艺的结果:


第一,制造28nm及以下的eFlash需要9~12层甚至更多层掩模,40nm以上eFlash最少只需要4层掩模,而对比起来eMRAM这种新型存储只需要3层额外掩模。要知道,MCU总共就四五十层,十多层的成本明显是与MCU不匹配的。所以,制造28nm以下的eFlash是不具备性价比的,更何况是要放进追求极致性价比的MCU。


第二,更高的eFlash工艺节点会带来可靠性问题。随着器件规模超过40nm,eFlash系统的可靠性不仅受到eFlash存储单元的限制,还受到外围晶体管和金属互连的限制。随着晶体管器件中和金属互连之间的氧化膜越来越薄,其瞬态介电击穿 (TDDB) 寿命严重下降,这对先进的 eFlash 设计提出了巨大挑战。要知道,eFlash本身正因为其极强的可靠性,才会占据MCU半壁江山,这等于是消除把它最大的优点。


第三,难以与先进的逻辑工艺集成。比如说高k金属栅、FD-SOI、FinFET将对eFlash结构和CMOS兼容性产生影响,相反,新型存储例如MRAM、RRAM,结构几乎不受低层CMOS结构影响。再比如,SONOS、纳米点、减薄浮动栅极等薄膜存储结构技术在28nm以上节点更具优势。


除了提高制程,eFlash本身在面对高算力时,过往的优点也变成了问题。比如说,eFlash一直是高密度、片上非易失性内存(NVM)的一个常规和主要来源,但是对小型电池供电应用来说,eFlash会占用太多的系统功耗预算。再比如,仅支持页面/块级擦除,无法进行字节写入,因而成为昂贵的高功率解决方案。又比如,在汽车应用中,集成到板载MCU中的eFlash的可重写次数太少,随着每次写入和擦除周期,浮栅NOR单元中的隧道氧化物会退化,漏电会增加,从而加速eFlash的老化。





最近,也很少有机构去研究eFlash了,因为现在eFlash产品技术已经几近停滞状态,主要参与者包括台积电(40nm)、联电(28nm)、三星(45nm)以及意法半导体、英飞凌这种IDM长沙过年。虽然大多厂商都或多或少尝试过28nm/22nm以及更高制程,不过几乎很难用在MCU上。





新型存储,突破制程的路


在过去,即便是40nm抑或是90nm的eFlash,都足够MCU使用。


随着市场需求越来越复杂,MCU逐渐向200MHz以上主频、低功耗和大容量存储方向发展,加之多核异构需求,其片上的大多器件制程也需要压到28nm以下,eFlash的制程限制就越来越明显了。


从汽车MCU片上闪存的性能和容量趋势来看,整体MCU的性能要求在10年内增长了约20倍,每年35%,这是由架构演进,如高速缓存存储器的使用和多核CPU的实现,eFlash速度提高支持。器件扩展可靠性设计等。与此同时,片上ROM容量以每年23%的速度增长。





所以厂商们纷纷寻求解药,那就是新型存储——潜在技术包括eMRAM、eRRAM(eReRAM)、ePCM、eFeRAM。这些技术能够显著提高MCU性能,降低整体功耗。


当然,也不是说eFlash就没用了,只能说eFlash已经足够成熟,未来eFlash的MCU和新型存储的MCU将会是截然不同的两条赛道。





目前,市场共有三种新型存储器已经开始用在MCU内——RRAM(阻变存储)、MRAM/STT-MRAM(磁性存储器)、PCM(PCRAM,相变存储器)。


当然做进MCU,它们之前也就都加了一个e(Embedded,嵌入式),即eRRAM、eMRAM、ePCM。


第一种是RRAM(阻变存储),英飞凌是在这条路线上的最大玩家。英飞凌与台积电合作的为28nm eRRAM。


第二种是MRAM/STT-MRAM(磁性存储器),瑞萨和恩智浦是主要推进者。恩智浦与台积电合作的为16nm FinFET eMRAM,瑞萨开发的则是22nm eSTT-MRAM。


第三种是PCM(PCRAM,相变存储器),意法半导体是主要推进者。意法半导体此前与三星合作的为28nm FD-SOI ePCM,最近则升级到18nm FD-SOI ePCM。


通过上述不同玩家布局可以看出,制程均已突破28nm,瞄准市场则主要是汽车领域。而上述技术理论工艺节点均可达5nm。不仅如此,更换了eFlash,不仅让节点更进一步,也带来了更多工艺,这其中就包括了FD-SOI和FinFET。





不可避免的代差


虽说MCU的制程已经逐渐跟上了时代的脚步,那它会不断追求非常高的先进制程吗?那可能不会。


事实上,从历史来看,嵌入在MCU的存储一直以来都与时下最先进的光刻工艺存在代差。根据工程师的分享,其中原因是多方面的。


第一,先进工艺量产成本很高,市场决定需求,需求驱动市场,业界很少用贵MCU做产品,MCU的价和量也很难抢到先进工艺,手机、显卡这些高价值芯片更会是先进工艺的第一批用户。打个比方来说,一年房车卖不了几辆,新车研发就比较慢。


第二,MCU迫切换代需求没那么高。毕竟MCU直到现在,90nm抑或是40nm都能满足大部分需求,上面所说的18nm FD-SOI ePCM MCU、28nm eRRAM MCU应对的更多是汽车市场的新需求。所以说,MCU领域一直更偏向改内部装潢,而不是直接把整个房子都翻修,只有在市场需求达到一定量级,才会迈出新一步。


第三,相比MCU来说,也有很多变通方案。有时候大家已经开始选择成本较优的嵌入式产品或SoC,比如说大火的全志T113。更有甚者,还会按照Intel做Ultra处理器的方式,在封装时塞入 IO、处理器、RAM、ROM以及各种小die。


总结起来,就是有钱就能做出更先进的产品,而现在最先发生改变的,就是汽车领域。当然,相信未来,随着AI需求的扩大,下游智能设备的改变,新型存储成本和技术成熟度不断向前推进,未来新型存储也会逐渐扩展到整个MCU领域。而届时,整个MCU的制程也将进一步向前推进。


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