電子發(fā)燒友網報道（文/吳子鵬）隨著文遠知行WeRide GXR和特斯拉Cybercab等一系列Robotaxi（無人駕駛出租車）的發(fā)布，ACES（自動駕駛、智能互聯、電氣化和共享出行）這四大關鍵趨勢在汽車行業(yè)已經完全顯現。

ACES變革蘊含著巨大的市場機遇，以近期熱門的Robotaxi為例 ，其是ACES變革下的代表作。根據Frost & Sullivan的預測數據，2025年全球Robotaxi市場規(guī)模約為2.9億美元，2030年達到666億美元，2035年將一步增長到3526億美元。

數據來源：Frost & Sullivan，電子發(fā)燒友網制圖

當然，挑戰(zhàn)總是和機遇并存，作為ACES變革的核心推動力，汽車SoC（片上系統）的設計復雜性正日益提升，給設計人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。一個好消息是，作為BMBF資助的VE-VIDES項目的一部分，新思科技和CARIAD正在積極推動這場變革，用更高質量的EDA工具、IP解決方案，幫助設計人員應對質量、功能安全、可靠性和軟件安全方面的設計挑戰(zhàn)。

ACES關鍵趨勢下

汽車芯片設計的趨勢、挑戰(zhàn)和應對之策

ACES變革讓汽車功能實現發(fā)生了明顯的變化，傳統分立式系統和軟硬件獨立開發(fā)的模式已經明顯不適應當下的節(jié)奏，中央集成式EEA（電子電氣架構）和軟件定義硬件（也稱：軟件定義汽車）成為ACES功能實現的主要方式。其中，中央集成式EEA可以分解為中央超算+區(qū)域控制，將車輛的各項控制域進一步融合，使得今天的汽車功能實現越來越像開發(fā)智能手機，但很顯然打造智能網聯汽車所面臨的挑戰(zhàn)更大；軟件定義硬件則是指通過軟件來定義和控制汽車的功能，汽車將從傳統的硬件驅動轉變?yōu)檐浖寗印?/p>

中央集成式EEA和軟件定義硬件讓ACES滲透率快速提升。事實上，不只是Robotaxi這種完全形態(tài)，當前ACES中的自動駕駛、智能互聯已經成為汽車的標配功能。比如在自動駕駛方面，在新思科技、CARIAD、奧迪聯合發(fā)布的《如何打造值得信賴的汽車半導體產品：要求與最佳實踐》白皮書（以下簡稱：白皮書）中提到，到2023年，自動駕駛市場將從2019年約20%的車輛配備SAE 1級（L1）/2級（L2）駕駛輔助系統，增長到83%的車輛至少配備L1（包括12%的車輛配備L3/L4級）自動駕駛系統。到2030年，預計大部分收入（約95%）將來自L1以上級別的車輛。

然而，無論是中央集成式EEA，還是軟件定義硬件，都需要更加強大的芯片作為支撐，因此汽車SoC設計的復雜度在指數級攀升。如下圖所示，為了實現汽車半導體在質量、功能安全、軟件安全等方面的性能保障，芯片設計的復雜度、制程工藝的難度、芯片驗證的復雜度都在指數級增長。具體來看，在長期任務剖面與10 FIT方面，已經從傳統汽車的8,000小時變?yōu)?5年（131,400小時）；在工藝制程方面，過往消費級節(jié)點需要經過5到10年的成熟期才能應用于汽車領域，現在作為車規(guī)級工藝的臺積公司N3AE只比消費級3nm晚了18個月，且越來越多的汽車SoC選擇基于28nm及以下工藝來實現，成本壓力陡增。

汽車SoC設計復雜度指數級攀升

同時，設計人員也需要新的方案來提升汽車半導體的魯棒性，以應對ACES變革下更加復雜的工況。傳統做法是增加汽車半導體的設計裕度，不過隨著工藝精進和汽車SoC復雜度提升，這種做法已難以滿足性能要求，甚至出現不必要的過度設計。

雖然汽車SoC設計的復雜度指數級提升，軟件代碼的行數也已經達到了2億行-3億行，不過在實現ACES的過程中，汽車對質量、可靠性、功能安全和軟件安全的要求從未妥協，甚至是越來越嚴苛。比如，在汽車半導體質量方面，為了盡可能地降低集成風險并確保供應鏈中所有組件的可靠性和穩(wěn)定性，設計人員不僅要考慮到PPA（性能、功耗、面積）目標實現，還需滿足更多要求，具體如下表所示。

為應對ACES挑戰(zhàn)而需滿足的半導體開發(fā)要求

當然，設計人員在面對這些挑戰(zhàn)時并非無計可施，可以在滿足各種標準的前提下，選擇合適的架構、EDA工具和IP方案以應對挑戰(zhàn)，在新思科技等公司發(fā)布的白皮書中也給出了具體的措施。

質量方面，為了追求將百萬分比缺陷率（DPPM）降至零的質量目標，設計人員可以基于制造和現場測試結構等信息來確定芯片架構，并要按照成熟的接口標準IEEE 1149、IEEE 1500和IEEE 1687標準來規(guī)劃片上和片外結構。在制造過程中，關鍵是確保不存在“測試逃逸”，復雜汽車SoC的測試已經超過傳統制造測試的范疇，現場數據分析、缺陷器件分析，以及增加額外的、必要的測試環(huán)節(jié)能夠解決這一問題。

功能安全方面，在ISO 26262:2018標準中對于最佳實踐已經有了詳細的標注，設計人員可以參照進行開發(fā)和部署。EDA工具也在逐步完成安全性方面的性能指標，并形成了如下圖所示的功能安全設計的總體視圖。另外，ISO/TR 9839:2023標準在現有安全最佳實踐的基礎上，新增了對間歇性故障和預測性維護的考慮。

EDA功能安全設計總體視圖

可靠性方面，AEC-Q100標準在老化、EM、靜電放電（ESD）、IR壓降分析以及影響SoC生命周期的工藝變化等方面都有嚴格要求，以確保汽車半導體在指定時間內能夠正常執(zhí)行其預期功能。在現場階段，通過片上嵌入式傳感器，如路徑裕度監(jiān)測器（PMM）、PVT傳感器等，可以利用實時診斷來幫助提高半導體的魯棒性和可靠性。

軟件安全方面，ISO/SAE 21434:2021標準能夠幫助降低軟件安全風險，該標準對機密性、完整性和可用性（CIA）有明確的要求。在設計階段，也有多種安全IP解決方案能夠幫助汽車半導體保護敏感數據；在現場階段，通過將專用的片上安全傳感器與片上和片外AI分析技術相集成，可以快速識別和響應現場的入侵行為。

積極擁抱ACES變革

新思科技全面賦能高可靠性汽車芯片設計

綜上所述，在ACES變革下，汽車半導體設計正發(fā)生著巨大的變化，給設計人員帶來更大的挑戰(zhàn)。但正如下圖所示，通過借助領先的EDA工具，嵌入半導體的IP，以及遵循各種嚴格的標準，設計人員能夠從容面對這些挑戰(zhàn)，打造出具有行業(yè)競爭力的汽車半導體，這也是新思科技的EDA和IP解決方案在ACES變革中所體現的價值。

汽車半導體面臨的各種故障和應對之策

為響應ACES變革推動的汽車EEA升級和SoC迭代，新思科技推出了一系列的解決方案，幫助設計人員應對質量、可靠性、功能安全和軟件安全的挑戰(zhàn)，包括通過ISO 26262工具置信水平 (TCL) 1 級認證的EDA工具，汽車級IP，虛擬模型和虛擬原型設計解決方案，以及嵌入片上的監(jiān)測傳感器等。

通過采用新思科技的EDA解決方案，能夠全面加速汽車半導體設計人員在質量和ISO 26262功能安全認證方面的工作。在這些工具里，內置安全機制，如雙核鎖步和三模冗余，并具有用于器件老化，軟錯誤分析和模擬故障仿真的綜合分析和測試技術，幫助提升汽車半導體的質量和可靠性。

新思科技所提供的驗證平臺是一個包含眾多安全性攸關技術的完整解決方案，包括用于故障分析、可追溯性和FMEA（故障模式和影響分析）等方面的各項技術。這里特別解釋一下可追溯性，其將原本在設計和制造中孤立的數據、未獲取到的數據串聯在一起。比如在功能安全的可追溯方面，能夠將驗證測試、實施、規(guī)范和要求聯系在一起，保障芯片功能安全驗證和測試的結果。

同時，在新思科技的解決方案里，也提供加速功能安全測試的工具——TestMAX。這款工具為半導體中的數字、存儲器和模擬部分提供創(chuàng)新及先進的測試和診斷功能，尤其是面向汽車半導體的測試自動化和功能安全的獨特功能，設計人員還可以選擇高速接口來提升測試效率。值得強調的是，在下圖所展示的TestMAX功能框圖里，這些功能全部具有互操作性，加上早期的可測試性分析和規(guī)劃，TestMAX能夠幫助汽車半導體設計人員應對各種功能安全的測試難題。

TestMAX的功能框圖

為加速汽車半導體設計人員的設計質量和效率，新思科技提供了種類豐富且經過硅驗證的汽車級IP產品組合，包括ARC處理器、接口IP、嵌入式存儲器、邏輯庫和安全IP。新思科技車用新思科技 IP是ASIL B和D就緒的IP，專門針對ISO 26262隨機硬件故障進行開發(fā)和評估，幫助設計人員實現目標ASIL等級；新思科技 IP提供滿足AEC-Q100設計和測試的IP，以提升汽車半導體的可靠性，且這些IP經過了ISO 9001質量管理體系認證，可用于先進制程，讓汽車半導體開發(fā)兼具質量和效率。

新思科技 IP在ADAS芯片中的應用

如上所述，為了提升芯片和現場階段的可靠性，嵌入半導體的傳感器和監(jiān)測器IP會起到關鍵作用，新思科技在這方面也提供了行業(yè)領先的解決方案，可面向數據中心、AI、高性能計算、汽車和5G消費類應用的復雜SoC開發(fā)，實現這些芯片的硅生命周期管理 (SLM) 。以新思科技IP芯片內傳感器和PVT監(jiān)控器IP為例，提供用于測試和任務模式操作的標準接口，連續(xù)地評估和測量芯片的內部狀況，為用戶提供有價值的數據來了解芯片在整個生命周期內的關鍵性能、功能、可靠性、安全和安保挑戰(zhàn)。

在軟件安全方面，新思科技為汽車半導體設計人員提供汽車驗證和軟件開發(fā)解決方案，包括虛擬硬件ECU和Virtualizer開發(fā)套件等。這些方案被廣泛用于新一代信息娛樂系統、ADAS、V2X和無人駕駛技術的開發(fā)，輻射整個汽車產業(yè)鏈。其中，Silver虛擬硬件ECU可以在幾分鐘內為開發(fā)人員提供軟件反饋，為ECU開發(fā)、測試和驗證提供了一個早期的、可擴展的平臺，不僅能夠加速ECU的迭代，還可以快速反饋回路提升復雜控制軟件的質量。

當前，ACES推動的汽車產業(yè)變革仍在進行中，新思科技相關的工具和IP解決方案也會持續(xù)迭代，讓質量、功能安全、可靠性和軟件安全不再是復雜汽車SoC開發(fā)的挑戰(zhàn)，而是塑造差異化競爭優(yōu)勢的有效手段。

結語

從傳統汽車到未來的Robotaxi，ACES給汽車功能開發(fā)帶來的改變是如此顯著，也逐漸改變了人們的駕乘方式和出行方式。為了實現ACES功能，作為系統硬件核心的汽車SoC肩負重任，需要在質量、功能安全、可靠性和軟件安全方面進一步提升自己，也需要面臨工藝精進和復雜性提升之后帶來的挑戰(zhàn)。

不過，挑戰(zhàn)背后總是蘊藏著巨大的機遇。多項統計數據顯示，目前汽車單車芯片使用量已經從數百顆達到了數千顆，同時有越來越多的汽車選擇功能強大的SoC以實現更高階的智能化。在機遇和挑戰(zhàn)并存的歷史性時刻，新思科技的EDA工具和IP解決方案成為汽車半導體設計人員的得力拍檔，讓他們能夠在保證質量、安全和可靠性的前提下，大幅提升開發(fā)的效率，贏得市場先機。