在汽車(chē)設(shè)計(jì)和使用方面的四大轉(zhuǎn)變開(kāi)始不斷融合，它們分別是電氣化，連接性增強(qiáng)，自動(dòng)駕駛和汽車(chē)共享，從而在整個(gè)汽車(chē)電子供應(yīng)鏈中產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

　　在過(guò)去的幾年中，轎車(chē)和其他車(chē)輛中的電子成分激增，電氣系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械和機(jī)電系統(tǒng)。這一直是半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，而自動(dòng)駕駛汽車(chē)是這一成就的典型代表。然而這個(gè)市場(chǎng)的出現(xiàn)也將導(dǎo)致深刻的技術(shù)和社會(huì)變化。

　　從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，這個(gè)問(wèn)題經(jīng)很明顯了。汽車(chē)電子產(chǎn)品屬于功能安全領(lǐng)域，而該領(lǐng)域以前僅限于醫(yī)療設(shè)備和軍事/航空航天應(yīng)用。汽車(chē)制造商要求電子產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的每個(gè)人都必須遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這意味著沒(méi)有直接考慮安全因素而為汽車(chē)部件開(kāi)發(fā)的芯片現(xiàn)在必須符合最嚴(yán)格的規(guī)定。

　　OneSpin Solutions解決方案架構(gòu)師David Landoll表示：“ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)為功能驗(yàn)證和系統(tǒng)故障的消除，以及處理操作設(shè)備中的隨機(jī)故障影響設(shè)置了一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)。一些EDA供應(yīng)商將會(huì)為了符合此標(biāo)準(zhǔn)而爭(zhēng)取獲得外部認(rèn)證。這使得他們的客戶(hù)——半導(dǎo)體供應(yīng)商更容易達(dá)到功能安全合規(guī)要求，從而使子系統(tǒng)和車(chē)輛制造商也能夠做到這一點(diǎn)。“

　　Cadence公司 IP業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監(jiān)Thomas Wong表示，SoC設(shè)計(jì)人員通常針對(duì)基于當(dāng)前使用模式和任務(wù)的可靠性指標(biāo)設(shè)定10年的使用期限，“看看當(dāng)今的使用模式，我們開(kāi)車(chē)上班、停車(chē)，然后在下午6點(diǎn)開(kāi)車(chē)回家。因此，你開(kāi)車(chē)行駛約20英里去上班，停車(chē)8小時(shí)，然后開(kāi)車(chē)20英里回家。采用設(shè)計(jì)約束來(lái)反映汽車(chē)行業(yè)不斷變化的任務(wù)并不是什么新鮮事。對(duì)于警察巡邏車(chē)或出租車(chē)，他們的使用模式與一般人使用汽車(chē)的方式有很大不同。對(duì)于警車(chē)和出租車(chē)來(lái)說(shuō)，他們將會(huì)有重型輪胎、加強(qiáng)型懸架、更好的制動(dòng)器、更大的電池、不同的傳動(dòng)比、更強(qiáng)大的變速箱和更強(qiáng)勁的啟動(dòng)器等等。在這些類(lèi)型的車(chē)輛上加裝更堅(jiān)固的機(jī)械和液壓系統(tǒng)，主要是為了延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命。隨著電動(dòng)車(chē)和自動(dòng)駕駛呈上升趨勢(shì)，不僅僅是機(jī)械系統(tǒng)必須變得更加強(qiáng)健可靠?，F(xiàn)在也必須確保真正意義上的“汽車(chē)大腦”--所有的半導(dǎo)體芯片和SoC能根據(jù)新的使用模式和任務(wù)完成使命。

　　Wong表示：“加上自動(dòng)駕駛和汽車(chē)共享的組合，您可能希望通過(guò)自動(dòng)駕駛，將您的汽車(chē)送回家，以便其他人在家時(shí)可以使用它。然后在下午5點(diǎn)時(shí)，你控制你的自動(dòng)駕駛汽車(chē)去辦公室接你回家。隨著電氣化的普及，每英里的成本在下降，所以你很可能會(huì)看到這種情況成為現(xiàn)實(shí)——你的汽車(chē)不再只行駛兩個(gè)20英里，而是行駛4個(gè)20英里，即每天行駛80英里?！?/p>

　　還有一種情況可能是共享汽車(chē)，Wong說(shuō)：“這可能是一種無(wú)人駕駛的汽車(chē)服務(wù)，當(dāng)你在辦公室的時(shí)候，你的車(chē)正在為你賺錢(qián)。因此，您的汽車(chē)每天使用10小時(shí)。這樣，車(chē)輛的磨損加劇，更重要的是，這又將會(huì)對(duì)車(chē)內(nèi)各種系統(tǒng)中使用的半導(dǎo)體產(chǎn)生多么復(fù)雜的影響呢？，以上這些情況又將如何影響半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估呢？“

　　隨著這些新的駕駛場(chǎng)景出現(xiàn)，必須更多地關(guān)注過(guò)去未曾考慮過(guò)的使用案例。這使得芯片代工廠(chǎng)必須開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大的工藝和設(shè)計(jì)規(guī)則，以承受這種更高的使用水平。而這繼而又要求具有更穩(wěn)健的晶體管設(shè)計(jì)、用于金屬化的材料，更好的老化模型，以及更嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)（DfR）和制造設(shè)計(jì)（DfM）指導(dǎo)，Wong說(shuō)，“設(shè)計(jì)人員可能需要與代工廠(chǎng)密切合作以了解故障機(jī)制。需要開(kāi)發(fā)廣泛的可靠性模型以實(shí)現(xiàn)EM / IR分析，且必須考慮提高SoC的可靠性和穩(wěn)健性，例如適應(yīng)更大的通孔覆蓋率和實(shí)現(xiàn)冗余通孔的方法?！?/p>

　　然后，為了確定是否需要更新此規(guī)范來(lái)反映汽車(chē)共享和自動(dòng)駕駛汽車(chē)引起的強(qiáng)化使用模式必須重新審查AEC-Q100規(guī)定的要求?！拔覀円呀?jīng)看到這些趨勢(shì)的影響。半導(dǎo)體代工廠(chǎng)已經(jīng)部署了合格的汽車(chē)半導(dǎo)體工藝，創(chuàng)建了可靠性和生產(chǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則。芯片公司已經(jīng)投資培訓(xùn)他們的工程師熟悉功能安全。ISO 26262和ASIL準(zhǔn)備就緒將會(huì)是新的必備流行語(yǔ)。汽車(chē)原始制造商和設(shè)計(jì)公司正在學(xué)習(xí)如何構(gòu)建更強(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)3,4和5級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛所必需的SoC，其中包括冗余、鎖定步驟，主動(dòng)安全功能，功能安全驗(yàn)證，ASIL-READY IP模塊等，為了跟上朝著無(wú)人駕駛世界快速發(fā)展的趨勢(shì)，更先進(jìn)的EM/IR工具和故障注入工具正在部署。

　　需要更高的帶寬

　　除了這些轉(zhuǎn)變之外，還有一個(gè)朝著更多的連接轉(zhuǎn)變。雖然人們最初的注意力主要集中在車(chē)輛與車(chē)輛之間以及車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信，但是人們?cè)絹?lái)越關(guān)注在這些車(chē)輛內(nèi)部傳輸大量數(shù)據(jù)。汽車(chē)相機(jī)、雷達(dá)和LiDAR將產(chǎn)生流式視頻數(shù)據(jù)，目前尚不確定這些所有的數(shù)據(jù)將在哪里進(jìn)行篩選和處理，但可以肯定的是，自動(dòng)駕駛汽車(chē)必須能夠快速傳輸大量數(shù)據(jù)以避免事故發(fā)生。

　　Marvell公司汽車(chē)以太網(wǎng)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)總監(jiān)Tim Lau 說(shuō)：“汽車(chē)行業(yè)很清楚，汽車(chē)中的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解決方案真正地受到了帶寬和安全性挑戰(zhàn)，從2020年到2025年，相關(guān)架構(gòu)會(huì)更新一代。這就是為什么整個(gè)汽車(chē)行業(yè)真正開(kāi)始關(guān)注其他技術(shù)，并且更具體地認(rèn)識(shí)到汽車(chē)以太網(wǎng)是汽車(chē)中高帶寬網(wǎng)絡(luò)連接的最佳解決方案?！?/p>

　　繼而，這又在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)引起了重大變革。它影響到原始制造商和一級(jí)供應(yīng)商所尋求的目標(biāo)，以及他們?nèi)绾闻c下一代ECU供應(yīng)鏈中的其他公司進(jìn)行合作，Lau說(shuō)。

　　處理性能要求改變

　　“所有數(shù)據(jù)也對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)的加工要求產(chǎn)生重大影響。隨著越來(lái)越多的決定是由車(chē)輛而不是駕駛員來(lái)完成 - 這正成為一些乘坐共享出租車(chē)的要求 - 那么在車(chē)輛的計(jì)算平臺(tái)中就需要更強(qiáng)的智能化和處理性能，” Arm公司汽車(chē)解決方案和平臺(tái)總監(jiān)Robert Day說(shuō)： “在某些情況下，這將需要更集中的車(chē)載電腦以采集大量的傳感器信息，并做詳細(xì)的認(rèn)知和決策處理，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功能采取行動(dòng)?！?/p>

　　因此，這要求其性能有很大的提高，但仍然需要在當(dāng)今汽車(chē)的嚴(yán)格的功率、空間和熱量要求范圍之內(nèi)?！捌渌O(shè)計(jì)推動(dòng)感知功能更類(lèi)似于傳感器，中央計(jì)算引擎根據(jù)智能傳感器節(jié)點(diǎn)提供的信息做出決定，”Day說(shuō)。“在這兩種情況下，都需要提高計(jì)算性能然而又不能影響車(chē)輛的可用功率，從而需要提供更高性能的多核CPU，還會(huì)在汽車(chē)SoC加入GPU、視覺(jué)處理器和機(jī)器學(xué)習(xí)處理器等附加加速引擎。所有這些計(jì)算功能還需要更高級(jí)別的安全性，因?yàn)闆Q策和行動(dòng)必須與駕駛員啟動(dòng)的功能保持相同或更高的安全級(jí)別。

　　圖1：自動(dòng)駕駛車(chē)輛所需的計(jì)算功能。來(lái)源：Arm

　　雖然ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)被廣泛地討論，但是在半導(dǎo)體IP設(shè)計(jì)中也必須加入其他監(jiān)管或安全考慮。

　　“除了將于今年晚些時(shí)候?qū)⒁l(fā)布的ISO 26262第二次修訂以及所有其他已建立的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61508、IEC 61511、EN 5012X系列、DO-254等之外，新的監(jiān)管框架正浮出水面，被稱(chēng)為SOTIF（Safety Of The Intended Function，預(yù)期功能的安全性），將被ISO命名為PAS 21448發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)是為了囊括具有復(fù)雜感應(yīng)和算法的系統(tǒng)驗(yàn)證，其性能限制可能會(huì)導(dǎo)致在沒(méi)有故障的情況下出現(xiàn)安全危險(xiǎn)。雖然這個(gè)新規(guī)范定義的大部分行動(dòng)都處于車(chē)輛和系統(tǒng)級(jí)別，但這些將直接影響SoC和IP的要求，從而直接影響直接分配到這些要素上的性能要求的獲取 “Day指出。

　　先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)扮演重要角色

　　正在走向自動(dòng)連接和電動(dòng)汽車(chē)共享的汽車(chē)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生額外的影響。

　　“我們看到公司計(jì)劃在7nm（當(dāng)今最先進(jìn)的finFET節(jié)點(diǎn)）上進(jìn)行流片，并且他們計(jì)劃在該技術(shù)上開(kāi)發(fā)汽車(chē)芯片，”Synopsys公司DesignWare模擬和MSIP解決方案營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)主管Navraj Nandra說(shuō)，“這非常令人驚訝，因?yàn)槿藗兺ǔ?huì)認(rèn)為汽車(chē)非常穩(wěn)定，使用的技術(shù)開(kāi)發(fā)周期和認(rèn)證周期非常長(zhǎng)。但整個(gè)供應(yīng)鏈已經(jīng)完全更新，因?yàn)橄馧vidia這樣的公司正在向汽車(chē)行業(yè)提供芯片組。但他們不是來(lái)自傳統(tǒng)的汽車(chē)供應(yīng)鏈，所以他們不會(huì)受到傳統(tǒng)供應(yīng)商不得不遵循的巨大開(kāi)銷(xiāo)的影響。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，他們需要在短時(shí)間內(nèi)獲得最新、最好的消費(fèi)市場(chǎng)?！?/p>

　　“因此從IP角度看，汽車(chē)正在推動(dòng)下一代技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展，“Nandra說(shuō)，“同樣，汽車(chē)芯片的軟件和數(shù)字實(shí)現(xiàn)的數(shù)量也有了驚人的增長(zhǎng)。這意味著對(duì)于數(shù)字和軟件部分，您仍然必須滿(mǎn)足所有功能安全要求。人們常在半導(dǎo)體芯片層面談?wù)摴收习踩?，現(xiàn)在它與您的軟件有關(guān)，這是一個(gè)非常有趣的話(huà)題。您如何使你的SoC上的軟件驅(qū)動(dòng)某些IP功能塊安全地滿(mǎn)足ISO26262的要求？“

　　可靠性和安全性要求

　　高級(jí)汽車(chē)應(yīng)用具有超出許多其他客戶(hù)在可靠性或可測(cè)試性需求方面的額外要求，ARM研究員Rob Aitken指出，“對(duì)于可靠性，它分為幾類(lèi)，如軟錯(cuò)誤免疫力，以及隨著時(shí)間推移的表現(xiàn)如何，其中可能包括電路如何老化。這些要求往往不如其他一些領(lǐng)域要求嚴(yán)格。例如，在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，預(yù)期使用壽命為10年或20年，則需要確保內(nèi)存具有足夠的剩余性能，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移和設(shè)備性能的下降，它仍然需要工作?！?/p>

　　安全要求越來(lái)越多，這既是一個(gè)研究課題，也是許多設(shè)計(jì)和加密存儲(chǔ)器的實(shí)際應(yīng)用需求。“依賴(lài)于這些應(yīng)用的同時(shí)，你不希望有人能夠竊取數(shù)據(jù)，”Aitken說(shuō)，“從SRAM的角度來(lái)看，這并不總是很重要，因?yàn)橛腥舜蛩阃底吣愕腟RAM數(shù)據(jù)的可能性很低。這很難做到。但對(duì)于像DRAM這樣的產(chǎn)品，有些人實(shí)際上’凍結(jié)‘了DRAM芯片，他們將其從服務(wù)器上取下并在閑暇時(shí)進(jìn)行解密。在這些情況下，如果DRAM的內(nèi)容被加密，你會(huì)得到無(wú)用的信息。但如果它們是純文本的，你會(huì)得到各種有趣的東西?！?/p>

　　不過(guò)，并非所有這些都必須從頭開(kāi)始。包括網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)服務(wù)器在內(nèi)的細(xì)分市場(chǎng)具有與汽車(chē)相同的可靠性要求。

　　Rambus產(chǎn)品管理高級(jí)總監(jiān)Frank Ferro表示：“基于這些網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量需求，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備芯片必須運(yùn)行10年，要求壽命很長(zhǎng)。“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有非常寬的溫度范圍的IP，并且進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，因此，進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的步驟。這些要求非常相似，并且在某些情況下，汽車(chē)要求可能不那么嚴(yán)格，這取決于某些網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的認(rèn)證類(lèi)型?！?/p>

　　在汽車(chē)領(lǐng)域的普遍機(jī)會(huì)正在推動(dòng)供應(yīng)商以其他方式重新思考技術(shù)，以及如何在這里應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析。汽車(chē)為多學(xué)科的工程團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了一些最復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因此，必須在這里取得成功。

　　“現(xiàn)在的挑戰(zhàn)不僅僅是汽車(chē)，你不僅需要驗(yàn)證一個(gè)設(shè)計(jì)是否正常工作，還必須反過(guò)來(lái)模擬設(shè)計(jì)的不當(dāng)，以便在可能發(fā)生的情況下可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改彌補(bǔ)錯(cuò)誤，“ Siemens旗下的Mentor產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Mark Olen說(shuō)，“我們數(shù)學(xué)家說(shuō)這是一個(gè)N平方問(wèn)題，當(dāng)我們?cè)噲D在（設(shè)計(jì)要求的）sigma水平上解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，我會(huì)非常好奇。每個(gè)人都意識(shí)到100％實(shí)現(xiàn)是不切實(shí)際的，但你又能做到99.9999％嗎？這涉及到數(shù)百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷(xiāo)。但是，討論一個(gè)自我駕駛的高速汽車(chē)中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)又將會(huì)怎樣？“

　　此外，在通向完全自動(dòng)駕駛車(chē)輛的道路上，通過(guò)算法解決其中一些問(wèn)題的唯一方法是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或非確定性算法，ArterisIP營(yíng)銷(xiāo)副總裁Kurt Shuler說(shuō)，“但是，這與功能安全相結(jié)合，所以必須有界限，因?yàn)镕 = MA，車(chē)上有很多M，而且有時(shí)也有很多A。這有實(shí)時(shí)限制，它包括可追溯性問(wèn)題。很多人都說(shuō)用軟件會(huì)變得更好，但問(wèn)題就變成了：你改變了軟件，改變了系統(tǒng)?，F(xiàn)在，你必須讓這輛車(chē)開(kāi)始行駛，并獲得認(rèn)證，才能獨(dú)自穿越賽道。行業(yè)是否會(huì)這樣做？不，我們需要做很多事情才能真正實(shí)現(xiàn)?！?/p>

　　這種思維轉(zhuǎn)變包括確定讓系統(tǒng)執(zhí)行實(shí)際計(jì)算的最佳方式。

　　Austemper設(shè)計(jì)系統(tǒng)公司產(chǎn)品和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Srikanth Rengarajan表示：“自動(dòng)駕駛行業(yè)的出現(xiàn)在許多方面預(yù)示著回歸過(guò)去，同時(shí)又在其他方面進(jìn)行徹底改變。例如，沒(méi)有偏差的方差或容差的正確計(jì)算一直是假定的必要條件DSP和類(lèi)似的任務(wù)主要是進(jìn)行輔助工作。在汽車(chē)中，ADAS芯片組的大部分處理本質(zhì)上是啟發(fā)式的。占優(yōu)勢(shì)的神經(jīng)算法是基于隨機(jī)性和容忍性以及假設(shè)的偏差。對(duì)于芯片設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，這將重點(diǎn)從絕對(duì)正確轉(zhuǎn)變?yōu)榻朴?jì)算。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)交叉檢查，多通道計(jì)算和模塊化冗余可以提高總體精度，為芯片設(shè)計(jì)人員提供更大的回旋余地。“

　　沒(méi)有哪個(gè)地方比功能安全部分更加明顯，在那里不正確的操作是可以容忍的，只要它受到概率限制或者可以在故障容錯(cuò)區(qū)間內(nèi)檢測(cè)到。Rengarajan說(shuō)，這種方法正在通過(guò)ISO26262和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入該行業(yè)。

　　供應(yīng)鏈中斷

　　鑒于連接的電動(dòng)自動(dòng)汽車(chē)共享模型中的移動(dòng)件數(shù)量，除了解決技術(shù)難題外，還可能存在業(yè)務(wù)分支。

　　“自動(dòng)化系統(tǒng)的創(chuàng)新步伐正在大幅增加，這極大地改變了汽車(chē)行業(yè)新芯片的交付時(shí)間，”Arm的Day表示?！斑@種變化可能被看作是對(duì)供應(yīng)鏈的破壞，并可能導(dǎo)致市場(chǎng)上出現(xiàn)新生力量。引入自動(dòng)駕駛車(chē)輛中的軟件量增長(zhǎng)也意味著Arm需要理解和支持這個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)，確保這些巨大的軟件棧針對(duì)Arm架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并且可以看到，Arm研發(fā)的新功能可以提高系統(tǒng)的性能和效率。“

　　雖然有些人認(rèn)為這個(gè)行業(yè)已經(jīng)在興起，但Helic市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Magdy Abadir指出，“汽車(chē)一直是人們擔(dān)心可靠性和安全性的領(lǐng)域，從歷史上看，更多的是關(guān)于采用新技術(shù)的更高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、更高可靠性標(biāo)準(zhǔn)，更多風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避和保守措施。這是因?yàn)閾?dān)心發(fā)生一些最終可能會(huì)損害一個(gè)人的生命，又或者責(zé)任過(guò)高，擔(dān)保過(guò)于昂貴的災(zāi)難?！?/p>

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、要求和規(guī)格將會(huì)落實(shí)到位，在電動(dòng)共享汽車(chē)就緒的時(shí)候，半導(dǎo)體和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就已經(jīng)解決了許多問(wèn)題。但至少在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，大的轉(zhuǎn)變將帶來(lái)其他挑戰(zhàn)，并且其影響將是重大而廣泛的。