工信部或?qū)⒓哟髮?duì)汽車電子核心芯片的支持

據(jù)工業(yè)和信息化部9月13日消息，9月13日，由汽車電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、廣州市工業(yè)和信息化委員會(huì)、中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院聯(lián)合舉辦的第二屆中國(guó)汽車電子大會(huì)在廣州召開。工業(yè)和信息化部電子信息司副司長(zhǎng)喬躍山出席大會(huì)并致辭。

喬躍山指出，汽車智能化的關(guān)鍵，在于構(gòu)建具有感知、計(jì)算、通信、決策等功能的新型體系架構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、高速計(jì)算、智能決策、協(xié)同控制能力的智能計(jì)算平臺(tái)，完成汽車行駛和信息交互過(guò)程中多源海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的高速計(jì)算處理，為決策和控制提供實(shí)時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)駕駛、聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等功能。因此，智能計(jì)算平臺(tái)成為發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相搶占的新一輪戰(zhàn)略制高點(diǎn)，也成為我國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)今后攻堅(jiān)發(fā)展的核心任務(wù)和重點(diǎn)工作。

喬躍山表示，作為行業(yè)管理部門，工業(yè)和信息化部電子信息司將繼續(xù)推動(dòng)針對(duì)汽車電子新技術(shù)、新產(chǎn)品的試點(diǎn)示范應(yīng)用，組織汽車電子相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的研制，共同打造技術(shù)創(chuàng)新、測(cè)試驗(yàn)證、公共服務(wù)、產(chǎn)品孵化等一系列平臺(tái)，進(jìn)一步加大對(duì)核心芯片、智能傳感器等關(guān)鍵汽車電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化支持力度，加快形成產(chǎn)業(yè)上下游互動(dòng)機(jī)制，推動(dòng)我國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展。

汽車芯片設(shè)計(jì)的新動(dòng)向

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

在過(guò)去的幾年中，轎車和其他車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)問題經(jīng)很明顯了。汽車電子產(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)，這意味著沒有直接考慮安全因素而為汽車部件開發(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——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)和車輛制造商也能夠做到這一點(diǎn)。“

Cadence公司 IP業(yè)務(wù)開發(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，我們開車上班、停車，然后在下午6點(diǎn)開車回家。因此，你開車行駛約20英里去上班，停車8小時(shí)，然后開車20英里回家。采用設(shè)計(jì)約束來(lái)反映汽車行業(yè)不斷變化的任務(wù)并不是什么新鮮事。對(duì)于警察巡邏車或出租車，他們的使用模式與一般人使用汽車的方式有很大不同。對(duì)于警車和出租車來(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。在這些類型的車輛上加裝更堅(jiān)固的機(jī)械和液壓系統(tǒng)，主要是為了延長(zhǎng)車輛的使用壽命。隨著電動(dòng)車和自動(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)駕駛和汽車共享的組合，您可能希望通過(guò)自動(dòng)駕駛，將您的汽車送回家，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，Wong說(shuō)：“這可能是一種無(wú)人駕駛的汽車服務(wù)，當(dāng)你在辦公室的時(shí)候，你的車正在為你賺錢。因此，您的汽車每天使用10小時(shí)。這樣，車輛的磨損加劇，更重要的是，這又將會(huì)對(duì)車內(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。這使得芯片代工廠必須開發(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密切合作以了解故障機(jī)制。需要開發(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)反映汽車共享和自動(dòng)駕駛汽車引起的強(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)體代工廠已經(jīng)部署了合格的汽車半導(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輛與車輛之間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信，但是人們?cè)絹?lái)越關(guān)注在這些車輛內(nèi)部傳輸大量數(shù)據(jù)。汽車相機(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公司汽車以太網(wǎng)產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)Tim Lau 說(shuō)：“汽車行業(yè)很清楚，汽車中的傳統(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)汽車行業(yè)真正開始關(guān)注其他技術(shù)，并且更具體地認(rèn)識(shí)到汽車以太網(wǎng)是汽車中高帶寬網(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)越多的決定是由車輛而不是駕駛員來(lái)完成 - 這正成為一些乘坐共享出租車的要求 - 那么在車輛的計(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)?！霸谶@兩種情況下，都需要提高計(jì)算性能然而又不能影響車輛的可用功率，從而需要提供更高性能的多核CPU，還會(huì)在汽車SoC加入GPU、視覺處理器和機(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。

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)汽車共享的汽車生態(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)上開發(fā)汽車芯片，”Synopsys公司DesignWare模擬和MSIP解決方案營(yíng)銷高級(jí)主管Navraj Nandra說(shuō)，“這非常令人驚訝，因?yàn)槿藗兺ǔ?huì)認(rèn)為汽車非常穩(wěn)定，使用的技術(shù)開發(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行業(yè)提供芯片組。但他們不是來(lái)自傳統(tǒng)的汽車供應(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銷的影響。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F(xiàn)在它與您的軟件有關(guān)，這是一個(gè)非常有趣的話題。您如何使你的SoC上的軟件驅(qū)動(dòng)某些IP功能塊安全地滿足ISO26262的要求?“

可靠性和安全性要求

高級(jí)汽車應(yīng)用具有超出許多其他客戶在可靠性或可測(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，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。“

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?！耙蕾囉谶@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)?！拔覀円呀?jīng)開發(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)證類型?！?/p>

在汽車領(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，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)開銷。但是，討論一個(gè)自我駕駛的高速汽車中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)又將會(huì)怎樣?“

此外，在通向完全自動(dòng)駕駛車輛的道路上，通過(guò)算法解決其中一些問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，它包括可追溯性問題。很多人都說(shuō)用軟件會(huì)變得更好，但問題就變成了：你改變了軟件，改變了系統(tǒng)?，F(xiàn)在，你必須讓這輛車開始行駛，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>