車両システムの複雑化に伴い、高度なテスト戦略が主導的な役割を果たしている
今日の先進運転支援システム（ADAS）には、かつてないほどの計算能力が求められています。センサーから得られる膨大なデータをリアルタイムで処理し、瞬時の判断を下し、乗員の安全と快適性を確保するという役割を担っているからです。この課題は流動的であり、自動運転のレベルが向上するにつれて、計算能力への要求は飛躍的に高まっていくでしょう。
自動車業界はこれらの課題に正面から取り組み、より高度で電力消費の大きいコンピューティングアーキテクチャへの移行を進めています。ADASの設計には、7nmプロセスアーキテクチャ以下の先進的なノードが採用されており、3Dパッケージングやチプレットといった改良技術が統合されています。こうした複雑なシステムには、ゼロ欠陥という公約を果たすことが求められる業界において、性能基準を確実に満たすよう最適化された、包括的な品質保証およびテストのアプローチが求められます。 半導体テストパートナーは、自動車業界が厳格な品質管理を維持しつつ、より高いレベルの自動運転へと確実に前進できるよう、包括的なソリューションを提供しなければなりません。
ADASの進化に伴い、演算負荷と設計上の課題が増大している
ADASのレベル
ADAS技術の進化に伴い、デジタル集積回路（IC）や高速インターフェースへの需要が急増しています。完全自動運転の実現には、レーダー、カメラ、LiDAR、超音波センサーなど、ますます多くのセンサーの導入が不可欠です。ADASの「目」と「耳」となるこれらのセンサーは、膨大な量のデータを生成します。 データ生成量の急増は決して些細な問題ではありません。これは、車両が周囲の環境を認識する方法における根本的な変化を意味しており、堅牢なデータ処理能力が求められています。
電力と熱が新たな複雑さを生み出す
計算負荷の増加は、ひいては消費電力と放熱に関する課題を生み出します。車両がレベル5の自動運転に近づくにつれ、電力要件は数ワットという控えめなレベルから、数百ワット以上へと急増すると予想されます。そのため、敏感な部品を保護し、車両の寿命にわたって信頼性の高い動作を確保するためには、熱管理に関する革新的なソリューションが不可欠となります。 選択肢としては、受動的および能動的な冷却機構から、より高度な熱管理技術に至るまで多岐にわたり、これらは設計および試験に関するノウハウの必要性を高める複雑なシステム要素となります。
レベル1およびレベル2のシステムは、通常、非常に低い電力消費量で済みます。とはいえ、これらのシステムを搭載していない車両（レベル0、あるいは非自動化車両と呼ばれる）と比べると、消費電力は増加します。レベル4のADAS（先進運転支援システム）のように自動化レベルが高くなると、消費電力は大幅に跳ね上がります。また、レベル5の完全自動運転では、複数のセンサーからのデータをリアルタイムで継続的に処理するために並外れた演算能力が必要となり、電力管理と効率化において大きな課題となっています。
完全自動運転（レベル5）は依然として将来的目標ですが、より低レベルのADAS機能は、すでに現在の車両で実用化されています。ADASに対する要求がますます高まるにつれ、車載技術と、その有効性を保証する試験システムの双方に、より大きな負担がかかっています。
ADASの着実な進化に伴い、特に自動車メーカーがチップ設計者の役割を担うようになったことで、そのプレッシャーは高まっている。各社はチップメーカーやファウンドリと連携し、独自の設計を打ち出し、ユーザー体験を最優先にしている。
しかし、半導体メーカーとしての役割を担うことには独自の課題があり、今日の先進プロセス技術は新たな変数となっています。これらは高度な自動化に必要な性能向上をもたらす一方で、極めて複雑であり、未知の要素も抱えています。一部の設計シナリオについては、まだ完全には解明・検証されていないものもあるのです。7nm以下の複雑なプロセスアーキテクチャは、今後さらに5nm、3nm、2nmへと微細化が進み、開発サイクルやスケジュールに成熟度の低い技術が継続的に組み込まれていくことになります。
テストカバレッジは不可欠です
半導体の世代が進むごとに、テストと検証が必要なトランジスタの数は数十億単位で増加しています。同時に、自動車用途に採用されるチップには、民生用や産業用製品に組み込まれるチップよりもはるかに高い基準が求められます。自動車向けの性能要件は、高額な製品リコールが車両の安全性に対する評価を損ない、ブランドイメージを傷つけ、予算を圧迫する可能性があるという認識に基づき、極めて厳格に定められています。
この課題に対処するには、先進ノードの故障モデルをより深く理解し、効果的なテストプロセスを通じてそれらを明らかにする必要があります。従来、そのテストプロセスでは、3温度条件でのテストと自動試験装置（ATE）を組み合わせ、バーンイン試験やシステムレベルテスト（SLT）を併用してきました。自動車用途では、より新しい先進ノードが継続的に採用されており、包括的なテストの必要性が高まっています。 目標は、これらの先進的なチップが、数十年にわたり道路上で稼働するシステムにおいて確実に動作することを保証することであり、潜在的なリスクを特定し対処するためのATEプロセスと故障モデルを継続的に改善することが、テスト業界の最優先課題となっています。
一方で、包括的なテストカバレッジが不可欠です。これには、実際の自動車環境における各チップの機能性と信頼性を確保するために、ATEプロセスを詳細に適用することが含まれます。他方、経済的な側面とのバランスを取り、チップの歩留まり向上といった動的な変化に対応するためには、テストの柔軟性が極めて重要です。テストカバレッジやテストプログラムを挿入ポイント間で移動させる能力を含む柔軟なテスト戦略は、品質とテストの経済性の両方を維持するために不可欠です。
システムレベルテストは品質を向上させる
プロセスノードの微細化が進むにつれ、ATEによる故障検出率が99.5%であっても、依然として膨大な数のトランジスタが未検査のまま残されることを認識しておくことが重要です。今日、SLT技術の進歩により、検査対象外となっている残りの0.5%のトランジスタに含まれる故障を検出することが可能になっています。
ウェハーテストおよびパッケージテストに続く第3のテスト工程としてSLTを活用することで、自動車メーカーや半導体メーカーは、ソフトウェアとハードウェアを一体としてテストし、他の方法では実現が困難なIPブロック間の接続を検証することが可能になります。このプロセスにより、複雑なインターフェースのテストが容易になり、これは、電源、クロック、熱ドメイン間、およびソフトウェアとハードウェア間の相互作用が多数存在するシステムにおいて極めて重要です。
テラダインの「Titan SLT」プラットフォームがその一例です。このプラットフォームは、デバイスを実稼働モードで動作させることで、故障が発生しうる複雑な相互作用をテストします。これにより、製品品質の向上に向け、エンドユーザーの厳しい故障率要件を満たすために必要な、さらなるテストカバレッジが実現されます。
至る所に複雑さが潜んでいる
自動車業界が完全自動運転に向けて加速する中、ADASの各レベルへの移行には、新たな技術的課題が山積しています。レベル1の基本的な支援機能からレベル5の完全自動運転に至るまで、自動運転への道のりには、センサーの配置や計算能力の要件における重要な節目があり、それらが自動車システムの設計とテストの複雑さを著しく増大させています。
これらの課題を克服するには、技術革新、戦略的な連携、そして厳格な試験と品質保証への取り組みが不可欠です。センサー、演算能力、エネルギー効率、および試験に対する高まるニーズに対応することで、業界は自動運転車の信頼性が高く安全な普及への道を開くことができるでしょう。
この道のりにおいて、最適化されたテストパートナーの役割はますます重要になっており、車両の自動運転化が進む中でも、すべてのユーザーにとって安全で信頼できる状態が維持されることを保証しています。
テラダインの UltraFLEXplusやTitanといったシステムレベル・テスト・プラットフォームの詳細をご覧いただくか、テラダインの包括的なテスター製品群がお客様のニーズにどのように応えられるか、ぜひお問い合わせください。
フィッシャー・チャンは、テラダインの半導体テスト部門アジア地域における複合SOC事業ユニットのゼネラルマネージャーを務めており、コンピューティング、自動車、ワイヤレス分野における最先端ソリューションの推進に注力しています。フィッシャーは半導体業界で17年以上の経験を有しています。 テラダイン入社以前は、アドバンテストおよびコーフーにおいて、アプリケーションエンジニアリング、営業、マーケティングの各部門で要職を歴任しました。フィッシャーは、東南大学にて回路・システム工学および情報工学の理学士号および理学修士号を取得しています。