智能車，或是更進階的無人駕駛車，一直都是近幾年資通訊大展的亮點。漢諾威電子展（Cebit）早在 2008 年就新增了汽車電子展區(qū)，包含 Benz 與 BMW 同時也在該年展出了未來信息（IT）概念車，首次將傳統(tǒng)汽車業(yè)結(jié)合信息通訊技術(shù)?，F(xiàn)在的信息通訊大展已不再只限傳統(tǒng)信息通訊業(yè)者如 Apple 或 Google 參展，更多的是汽車業(yè)者加入。而在大廠動向方面，高通并購了恩智浦（NXP）、英特爾最近并購了 Mobileye，都是看中未來汽車電子的潛力。

電動、智能車載及工業(yè) 4.0，成下個明星產(chǎn)業(yè)

推升智能車的另一個潮流就是電動車的出現(xiàn)，由特斯拉在近幾年帶動的插電電動車風潮席卷了全球，其訴諸的節(jié)能減碳，綠能運輸更是人類產(chǎn)業(yè)未來必走的路。近期減緩氣候變遷與支持低碳經(jīng)濟是全球一致的目標。

除了汽車應(yīng)用外，另外一個未來產(chǎn)業(yè)亮點為工業(yè) 4.0。帶入先進的感測、聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)進入傳統(tǒng)工廠內(nèi)，期待提高效率與質(zhì)量。目前德國與日本都將工業(yè) 4.0 視為下一代發(fā)展制造工業(yè)的目標。在工業(yè) 4.0 預(yù)定目標中，透過機器對機器（Machine to Machine，M2M）的控制，智能工廠能實時（Real-time）自行管理生產(chǎn)鏈、物流與操作程序，互相整合的系統(tǒng)在機器、資產(chǎn)、操作程序與物料之間建立起互動的橋梁，智能機器與裝置可利用校正程序，避免意料外的失誤，讓無效率的停機時間成為過去。

而要發(fā)展智能汽車或是工業(yè) 4.0，共同特性都是透過資通訊技術(shù)讓反應(yīng)自動化，能否實時處理事件是非常重要的關(guān)鍵因素，其中智能汽車或是未來的自駕車，更是牽涉到人們生命安全，對于可靠性與處理突發(fā)狀況的能力更是極端要求，在此之下，現(xiàn)行的 LTE-A 或是 LTE-A Pro（4G）處理此類需求恐力有未逮，故信息通訊業(yè)者期待透過制定 5G 中全新一代的通訊標準 IMT-2020，把人類的夢想進一步化為可能。

車用通訊需求兩大特性

3GPP 已經(jīng)在今年發(fā)表了俗稱第五代移動通訊標準 IMT-2020 準備時程，將使用于 Release-15、Release-16 以及后續(xù)相關(guān) 5G 標準規(guī)格中。第一個 Release-15 版本將于 2018 年 9 月完成，主要為了滿足較急迫的商業(yè)需求，尤其是在 2020 年東京奧運時商轉(zhuǎn)；而第二個版本將于 2020 年 3 月完成，稱為 Release-16，將滿足 IMT-2020 提出的目標和所有可辨識的用例與需求。同時 3GPP 也公布了代表 5G 的識別圖案（logo）。

IMT-2020 確立了三大應(yīng)用領(lǐng)域，分別是加強移動寬帶（enhanced Mobile BroadBand，eMBB），大規(guī)模機器通訊（massive Machine Type Communication，mMTC）以及高可靠低延遲通訊（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）。現(xiàn)有4G（LTE-A）延續(xù) 3G 早已有的移動寬帶技術(shù)，如目前 iPhone 7 具備三個聚波載合（Carrier Aggregation，CA）并且在 3GPP Release-13 定義了專為機器通訊的規(guī)格，例如物聯(lián)網(wǎng)的 Cat-M 或是 NB-IoT，只有 URLLC 為傳統(tǒng) 3/4G 所沒有的新興應(yīng)用領(lǐng)域，廣義而言，其也屬于機器通訊的一種，只是相較于現(xiàn)行 4G 的規(guī)格，其應(yīng)用于汽車或是工業(yè)使用等關(guān)鍵領(lǐng)域，與傳統(tǒng)現(xiàn)行物聯(lián)網(wǎng)專注于超低成本與超低功耗完全不同，可說為 5G 規(guī)格中相當重要的亮點。

針對上面的車用或是工業(yè)用的需求，IMT-2020 的 URLLC 規(guī)格將處理滿足最低 1ms（毫秒），其低延遲（Low-Latency）特性就是為了縮短通訊聯(lián)機的時間，讓智能汽車或智能工廠能有更充裕的處理由傳感器所傳來的信息。根據(jù)統(tǒng)計，目前 4G 系統(tǒng)在通訊延遲時間上都遠超過此數(shù)值，臺灣電信系統(tǒng)在最糟的情況需要 4X ms，而美國電信系統(tǒng)因為幅員廣大，甚至有 2XX ms 的紀錄?，F(xiàn)行被采用為車載通訊（Dedicated Short Range Communication，DSRC）間技術(shù)之一的 IEEE 802.11p，雖然為 WiFi 架構(gòu)的一種，但其主要修改要點就是縮短 WiFi 之高延遲特性，降低通訊傳遞的時間。

除了縮短處理時間之外，汽車業(yè)攸關(guān)人命安全，本田汽車創(chuàng)辦人本田宗一郎（Soichiro Honda）曾說：“交通工具與人命相關(guān)，從業(yè)員工需要有強烈的責任感，不負責任的人可以去賣文具用品或是布匹之類的，這些東西如果有缺陷的話，換個貨就可以解決；但我們公司的產(chǎn)品如果有瑕疵，后果會相當嚴重。”故在 URLLC 規(guī)格上面，可靠性（Reliability）與可處理突發(fā)狀況都是不可或缺的規(guī)格，確保收到與處理訊息的裝置錯誤率都必須盡可能降低。

會妨礙訊息傳輸可靠性的原因常見有三：訊息遺失、訊息錯誤或訊息傳輸太晚到達。前兩者需要更多容錯設(shè)計，而確保訊息在時限內(nèi)抵達則需要重新設(shè)計電信系統(tǒng)架構(gòu)。在 5G URLLC 設(shè)定可靠性目標中，可靠度如以機率表示，累積分布函數(shù)（Cumulative Distribution Function，CDF）需要達到 99.9999% 以上，才足以達到車用安全標準。

工規(guī)電子零組件的三大認證標準

既然是目標為車用的通訊，當然車用電子也需要滿足車用規(guī)范。目前在車用電子必須通過三大規(guī)范，分別是代表質(zhì)量管理系統(tǒng)認證的 TS 16949，安全性認證的 ISO 26262 以及可靠度驗證的 AEC Q100/101/200。整個車用電子零件分為三大類別，包含 IC、離散半導(dǎo)體、被動組件三大類別，為了確保這些汽車電子零組件符合汽車安全的最高標準，美國汽車電子協(xié)會（Automotive Electronics Council，AEC）系以微控制器與集成電路等主動零件為標的，設(shè)計出一套標準 AEC-Q100；而針對被動組件設(shè)計的標準為 AEC-Q200，其規(guī)范了被動零件所必須達成的產(chǎn)品質(zhì)量與可靠度。

AEC Q100 規(guī)范了在車用的芯片必須通過的可靠性標準。由于車用必須在各種極端環(huán)境下都能夠確保人命安全，而汽車使用環(huán)境可能從迪拜密閉空間高達 120℃ 到西伯利亞的 -30℃。除了溫度外，也規(guī)定了如操作時間（Operation Life Test，OLT）、讀寫次數(shù)等許多可靠性測試種類，車用電子通訊都必須能夠通過等此類環(huán)境考驗。有了可靠性才有過安全性認證 ISO 26262 的可能。

另一個確?？煽啃缘臉藴示褪?TS 16949。質(zhì)量管理是所有汽車廠商的命脈，對于傳統(tǒng)信息通訊廠商而言，效能與成本是最重要的考慮點，但在車用環(huán)境，質(zhì)量管理重要性遠勝效能與成本。因為一臺車可能高達一萬多個零組件，在又要確保整車無故障率情況下，對于每個零組件生產(chǎn)時的良率要求非常嚴格。對 5G 的 URLLC 而言，使用的遠程通訊系統(tǒng)（Telematics）通訊組件的質(zhì)量要求，遠大于現(xiàn)行常見裝載于車內(nèi)影音上網(wǎng)系統(tǒng)（Infotainment），其生產(chǎn)質(zhì)量目標與其他車用安全零組件一樣要求零缺失（Zero Defect/Failure）。各車廠對于半導(dǎo)體芯片的制造都有詳細流程，來區(qū)別其他消費性芯片的流程。

為了達到整體高可靠性，除了在生產(chǎn)制造初期達到的完全無缺失外，交車給終端消費者后，也要注意正常使用下遇到妨礙可靠性的因素。像是噪聲與輻射帶電粒子會造成半導(dǎo)體判斷錯誤，導(dǎo)致不可預(yù)期狀況。以內(nèi)存為例，在資通訊產(chǎn)品中已屬于最高可靠標準的服務(wù)器，根據(jù) Google 對自家服務(wù)器的統(tǒng)計，每年卻高達三分之一會發(fā)生可復(fù)原的內(nèi)存錯誤，而無法復(fù)原的錯誤發(fā)生率則為百分之一。雖然目前傳統(tǒng)通訊與服務(wù)器當中使用了錯誤更正碼（Error Correcting Code，ECC）來解決此錯誤發(fā)生原因，但在車用環(huán)境需要更高標準，以降低所有出錯的機會。而在 5G URLLC 的規(guī)格發(fā)想中，雖然低延遲和高可靠性的要求都會降低系統(tǒng)容量（Capacity），但透過更寬的頻譜使用，可彌補此減少的差距。


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車規(guī)制造與設(shè)計技術(shù)

為了達到可應(yīng)用在車用的環(huán)境，除了上述對于質(zhì)量制造的控管外，由于汽車的使用年限遠較消費性產(chǎn)品長，其對于零組件供應(yīng)時期甚至高達三十年。在嚴格的規(guī)范和供應(yīng)年限要求下，零組件供貨商通常都得靠自有制造廠，才能得到汽車業(yè)者客戶的認同。為了防止運作錯誤而使用 ECC 作為容錯設(shè)計，在 5G URLLC 中，大規(guī)模天線數(shù)組（Massive MIMO）便在其中扮演關(guān)鍵角色。透過空間分歧（Space Diversity）接收多個傳輸數(shù)據(jù)流，可以防止幾個通訊失效。而運作在車內(nèi)的基頻芯片同時搭配的 DRAM 也將具備 ECC 功能，目前 DDR4E 與 LPDDR4 都已經(jīng)可以看到內(nèi)建 ECC 功能的產(chǎn)品。而儲存數(shù)據(jù)的非揮發(fā)內(nèi)存（Non-Volatile Memory，NVM）也需要具備此功能。

 

根據(jù)三星在 JEDEC 提出的報告，如果使用（72,64）編碼（Code Rate），芯片面積約會增加 11.5% 成本。而如果使用（136,128）編碼，芯片面積約只增加 6.5% 成本，差別在于（136,128） 只能更正一個位的錯誤，而（72,64）除了可以更正一個錯誤外，還可偵測兩個位的錯誤。由于車規(guī)超嚴格的質(zhì)量標準，其對成本的容忍度也遠較于消費性產(chǎn)品為高，未來將可以看到更多具備 ECC 功能的車用電子芯片問世。