• 可靠性不再僅僅以年計量。用例正在發生巨大的變化。現在的汽車在90％到95％的時間是閑置的，但自動駕駛汽車可能只有5％到10％的時間在閑置。這會影響電子產品的架構和開發技術的潛在商業模式。

• 隨著邊緣電子設備變得更加復雜，人們對功能性和「足夠好」的定義也有所不同。過去，如果無人機或機器人上的攝像頭被損壞或弄臟，通常會被換掉。但隨著邊緣設備中的電子產品變得越來越復雜，可以保證其有足夠功能的條件下，補償已破裂的攝像頭。另一方面，由于更嚴格的系統容差，在不太復雜的系統中可被接受的部分在復雜的系統中可能不會被接受。

• 影響老化和質量建模的因素比過去更多。雖然其中一些在開發芯片時可能不明顯，但與在PCB上相比，一個已知良好的芯片與其它芯片封裝在一起時可能有不同的表現。

整個電子產品領域，用例（use cases）在發生變化。即使在數據中心內部也是如此，盡管歷史上在采用新技術和新方法時數據中心也非常保守。

Helic市場副總裁Magdy Abadir表示：「芯片正在加速老化從而發生故障。它們時鐘可能會缺失或發生額外的抖動，或是發生電介質擊穿。任何時候都有可能發生一件什么事讓你擔心。在偶爾使用電子產品的時代許多老化模型是先進的，但現在芯片一直在運行，在芯片內部，模塊也在升溫，因此老化加速，而老化的芯片會出現各種奇怪的現象。許多公司目前還沒有修改他們的老化模型。他們假設這些設備可以持續三到四年，但它們可能很快就失效。考慮到從開始設計時的利潤就很小，老化可能將他們拋棄。」

在汽車領域芯片利用率趨勢也在發生變化，并且會持續到可以取代人類司機的全自動汽車出現的時候。汽車正在處理越來越多的數據，其中一些從雷達、激光雷達和照相機等傳感器流式傳輸而來。所有這些數據處理的時間都需要比過去更短，準確度更高，這些給電子設備帶來了巨大的壓力。

ADAS的首席技術專家Norman Chang說：「與過去的兩到五年不同，ADAS的可靠性至少為十五年。老化不僅僅指時間上的老化，也與負偏置溫度不穩定性（NBTI）、與熱量有關的電遷移率、靜電放電（ESD）和熱耦合有關。」

圖1：芯片和封裝的熱建模。來源：ANSYS

雖然許多汽車一級供應商都構建可以承受極端溫度、機械震動和各種噪聲的芯片，但使用較長時間的先進節點CMOS從未有過這類壓力。許多業內人士證實，汽車制造商正在開發10 / 7nm芯片來管理所有這些數據，并在前沿節點工作，避免他們的設計過時，這些設計通常用于近幾代的汽車。問題在于實際數據非常少，無法證明隨著時間的推移，這些設備在任何環境條件下可以可靠運行。

Segars說：「你必須做不同的設計。有一種想法是，你將需要更少的汽車，因為它們不會一直處于閑置狀態。但另一派認為自動駕駛汽車將跑得越來越快，也將會快地磨損，最后所有東西都會磨損。挑戰在于，確保電子部件不會比機械部件先磨損，這就要求設計有所不同。這包括從嚴肅對待噪聲到減小峰值電流的所有事情。」

圖2：出什么問題了。來源：Fraunhofer

每個新的節點下工藝偏差都會增加。在過去的十年里，智能手機推動了縮小路線圖（iPhone于2007年推出）的前進。現在，先進節點技術的最大用戶是用于數據挖掘、機器學習、AI和云的服務器。

工藝偏差和可靠性之間的聯系已有詳細的記錄，但偏差的存在使老化模型更難準確地建立。為解決這個問題，提出過許多不同的方法，從復雜的統計建模和仿真到將傳感器放在芯片上或對其進行封裝。

到目前為止，大多數老化/退化建模都集中在數字電路上。模擬為老化提供了一個不同的視角。

Moortec首席技術官Oliver King表示：「由于產品核心部件有領先的芯片，因此公司對老化和工藝偏差有很好的理解，所以它們不會盲目前進。模擬有許多可變的效應。數字芯片可能會不能使用，但對于模擬來說，它可能稍微不好或電路稍有缺陷，所以你必須對此進行調整。傳統模擬開發人員不像數字開發人員那樣推動幾何效應的增長。電遷移仍是一個問題，電流密度也是問題，但并沒有出現很多老化效應。盡管如此，芯片也需要更積極的維修，以及是否要采取行動。」

Rambus產品管理高級總監Frank Ferro觀點類似：「有了物理層（PHY），最大的挑戰是環境溫度。隨著溫度的升高，性能發生漂移，所以你需要重新校準。對于消費者來說，有「圣誕節測試」這種東西。在天冷的時候，你在車庫里存放一臺Playstation或其他電子設備，然后在圣誕節早上開啟它，電路需要能夠從冷開始馬上運作。這與汽車或基站的存儲系統類似。老化會對這些系統產生影響，你需要重新校準系統來減弱這些影響。」

Ferro說，物理層經過與數字元件相同的資格認證，包括老化和電壓和溫度變化的測試。但物理層的設計目的是隨著這些變化而變化，這些很難被設計成數字電路，特別是在先進的節點工藝，先進的節點工藝下，margining對功率和性能有一定的影響。

模擬電路通常基于所謂的「任務概況」而設計。因此，自動駕駛汽車中的特定功能將代表為自動駕駛汽車IP設計的任務概況。

Cadence的IC和PCB部門高級營銷經理Art Schaldenbrand說：「我們看到的一個重要問題是，根據它們的運作方式，不僅有一種情況。設備失效有很多可能，所以我們看不同的壓力下什么可能會失效。10％的設備偏置溫度不穩定性（BTI）可能會導致失效，但這是最糟糕的壓力。所以我們需要更好的方式來表達退化。finFET與平面器件的應力不同，所以需要模擬不同的現象。」

隨著摩爾定律的減緩，越來越多的公司開始采用先進的封裝來提高性能，并提供更多的設計靈活性。目前為止，，如何對先進的包裝進行建模以確定壓力和老化尚不完全清楚。一部分原因在于，有很多的封裝可供選擇，沒有人能確定哪一個是最好的。還有一部分的原因在于，許多這些封裝都相對較新，封裝內部需要隨著時間去探究。

Helic Abadir說：「封裝層可能太靠近其他組件或來自另一側的應力。這需要建模。及時在其老化之前，它也必須建立其老化模型，因為效應在增多。所以放置方式尤其重要，如果你移動一下，那你就改變了共振頻率。沒有簡單的方法。你必須通過分析和設計，如果發現了問題，你可能需要移動。」

隨著設計轉移到先進的節點或出于安全考慮新市場中使用時間的增加，老化、壓力和其他效應變得越來越成問題。

Fraunhofer的 Lange 說：「這取決于客戶今天提出的問題。談話的對象不同，他們的出發點不同，但問題的頻率有更大的。許多人只在開始，他們看到了更高的電壓和更高的溫度，并在進行一些實驗來推斷過應力。但了解退化如何影響整個電路更困難。 對于復雜的芯片還有很多工作要做。」

但隨著對它的重視，解決這些問題的投資也會增加。芯片設計師剛剛注意到退化建模和老化問題。 與十年前的功耗一樣，這一切都將改變。