據工業和信息化部9月13日消息，9月13日，由汽車電子產業聯盟、廣州市工業和信息化委員會、中國電子信息產業發展研究院聯合舉辦的第二屆中國汽車電子大會在廣州召開。工業和信息化部電子信息司副司長喬躍山出席大會並致辭。
喬躍山指出，汽車智能化的關鍵，在於構建具有感知、計算、通信、決策等功能的新型體系架構，設計實現數據融合、高速計算、智能決策、協同控制能力的智能計算平臺，完成汽車行駛和信息交互過程中多源海量異構數據的高速計算處理，為決策和控制提供實時響應，實現汽車的自動駕駛、聯網服務等功能。因此，智能計算平臺成為發達國家爭相搶佔的新一輪戰略制高點，也成為我國汽車電子產業今後攻堅發展的核心任務和重點工作。
喬躍山表示，作為行業管理部門，工業和信息化部電子信息司將繼續推動針對汽車電子新技術、新產品的試點示範應用，組織汽車電子相關標準、規範的研製，共同打造技術創新、測試驗證、公共服務、產品孵化等一系列平臺，進一步加大對核心芯片、智能傳感器等關鍵汽車電子產品產業化支持力度，加快形成產業上下游互動機制，推動我國汽車電子產業快速、健康發展。
汽車芯片設計的新動向
在汽車設計和使用方面的四大轉變開始不斷融合，它們分別是電氣化，連接性增強，自動駕駛和汽車共享，從而在整個汽車電子供應鏈中產生連鎖反應。
在過去的幾年中，轎車和其他車輛中的電子成分激增，電氣系統取代了傳統的機械和機電系統。這一直是半導體發展的關鍵動力，而自動駕駛汽車是這一成就的典型代表。然而這個市場的出現也將導致深刻的技術和社會變化。
從設計方面來看，這個問題經很明顯了。汽車電子產品屬於功能安全領域，而該領域以前僅限於醫療設備和軍事/航空航天應用。汽車製造商要求電子產品供應鏈中的每個人都必須遵守相關標準，這意味著沒有直接考慮安全因素而為汽車部件開發的芯片現在必須符合最嚴格的規定。
OneSpin Solutions解決方案架構師David Landoll表示：“ISO 26262標準為功能驗證和系統故障的消除，以及處理操作設備中的隨機故障影響設置了一個高標準。一些EDA供應商將會為了符合此標準而爭取獲得外部認證。這使得他們的客戶——半導體供應商更容易達到功能安全合規要求，從而使子系統和車輛製造商也能夠做到這一點。“
Cadence公司 IP業務開發總監Thomas Wong表示，SoC設計人員通常針對基於當前使用模式和任務的可靠性指標設定10年的使用期限，“看看當今的使用模式，我們開車上班、停車，然後在下午6點開車回家。因此，你開車行駛約20英里去上班，停車8小時，然後開車20英里回家。採用設計約束來反映汽車行業不斷變化的任務並不是什麼新鮮事。對於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。對於警車和出租車來說，他們將會有重型輪胎、加強型懸架、更好的制動器、更大的電池、不同的傳動比、更強大的變速箱和更強勁的啟動器等等。在這些類型的車輛上加裝更堅固的機械和液壓系統，主要是為了延長車輛的使用壽命。隨著電動車和自動駕駛呈上升趨勢，不僅僅是機械系統必須變得更加強健可靠。現在也必須確保真正意義上的“汽車大腦”--所有的半導體芯片和SoC能根據新的使用模式和任務完成使命。
Wong表示：“加上自動駕駛和汽車共享的組合，您可能希望通過自動駕駛，將您的汽車送回家，以便其他人在家時可以使用它。然後在下午5點時，你控制你的自動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，所以你很可能會看到這種情況成為現實——你的汽車不再只行駛兩個20英里，而是行駛4個20英里，即每天行駛80英里。“
還有一種情況可能是共享汽車，Wong說：“這可能是一種無人駕駛的汽車服務，當你在辦公室的時候，你的車正在為你賺錢。因此，您的汽車每天使用10小時。這樣，車輛的磨損加劇，更重要的是，這又將會對車內各種系統中使用的半導體產生多麼複雜的影響呢?，以上這些情況又將如何影響半導體設計和可靠性評估呢?“
隨著這些新的駕駛場景出現，必須更多地關注過去未曾考慮過的使用案例。這使得芯片代工廠必須開發更強大的工藝和設計規則，以承受這種更高的使用水平。而這繼而又要求具有更穩健的晶體管設計、用於金屬化的材料，更好的老化模型，以及更嚴格的可靠性設計(DfR)和製造設計(DfM)指導，Wong說，“設計人員可能需要與代工廠密切合作以瞭解故障機制。需要開發廣泛的可靠性模型以實現EM / IR分析，且必須考慮提高SoC的可靠性和穩健性，例如適應更大的通孔覆蓋率和實現冗餘通孔的方法。“
然後，為了確定是否需要更新此規範來反映汽車共享和自動駕駛汽車引起的強化使用模式必須重新審查AEC-Q100規定的要求。“我們已經看到這些趨勢的影響。半導體代工廠已經部署了合格的汽車半導體工藝，創建了可靠性和生產設計規則。芯片公司已經投資培訓他們的工程師熟悉功能安全。ISO 26262和ASIL準備就緒將會是新的必備流行語。汽車原始製造商和設計公司正在學習如何構建更強大的實現3,4和5級自動駕駛車輛所必需的SoC，其中包括冗餘、鎖定步驟，主動安全功能，功能安全驗證，ASIL-READY IP模塊等，為了跟上朝著無人駕駛世界快速發展的趨勢，更先進的EM/IR工具和故障注入工具正在部署。
需要更高的帶寬
除了這些轉變之外，還有一個朝著更多的連接轉變。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設施之間的通信，但是人們越來越關注在這些車輛內部傳輸大量數據。汽車相機、雷達和LiDAR將產生流式視頻數據，目前尚不確定這些所有的數據將在哪裡進行篩選和處理，但可以肯定的是，自動駕駛汽車必須能夠快速傳輸大量數據以避免事故發生。
Marvell公司汽車以太網產品營銷高級總監Tim Lau 說：“汽車行業很清楚，汽車中的傳統網絡解決方案真正地受到了帶寬和安全性挑戰，從2020年到2025年，相關架構會更新一代。這就是為什麼整個汽車行業真正開始關注其他技術，並且更具體地認識到汽車以太網是汽車中高帶寬網絡連接的最佳解決方案。”
繼而，這又在汽車行業內引起了重大變革。它影響到原始製造商和一級供應商所尋求的目標，以及他們如何與下一代ECU供應鏈中的其他公司進行合作，Lau說。
處理性能要求改變
“所有數據也對汽車系統的加工要求產生重大影響。隨著越來越多的決定是由車輛而不是駕駛員來完成 - 這正成為一些乘坐共享出租車的要求 - 那麼在車輛的計算平臺中就需要更強的智能化和處理性能，” Arm公司汽車解決方案和平臺總監Robert Day說： “在某些情況下，這將需要更集中的車載電腦以採集大量的傳感器信息，並做詳細的認知和決策處理，從而驅動相應的功能採取行動。”
因此，這要求其性能有很大的提高，但仍然需要在當今汽車的嚴格的功率、空間和熱量要求範圍之內。“其他設計推動感知功能更類似於傳感器，中央計算引擎根據智能傳感器節點提供的信息做出決定，”Day說。“在這兩種情況下，都需要提高計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，還會在汽車SoC加入GPU、視覺處理器和機器學習處理器等附加加速引擎。所有這些計算功能還需要更高級別的安全性，因為決策和行動必須與駕駛員啟動的功能保持相同或更高的安全級別。
雖然ISO 26262標準被廣泛地討論，但是在半導體IP設計中也必須加入其他監管或安全考慮。
“除了將於今年晚些時候將要發佈的ISO 26262第二次修訂以及所有其他已建立的功能安全標準，如IEC 61508、IEC 61511、EN 5012X系列、DO-254等之外，新的監管框架正浮出水面，被稱為SOTIF(Safety Of The Intended Function，預期功能的安全性)，將被ISO命名為PAS 21448發佈。該標準是為了囊括具有複雜感應和算法的系統驗證，其性能限制可能會導致在沒有故障的情況下出現安全危險。雖然這個新規範定義的大部分行動都處於車輛和系統級別，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。
先進工藝節點扮演重要角色
正在走向自動連接和電動汽車共享的汽車生態系統對半導體設計過程會產生額外的影響。
“我們看到公司計劃在7nm(當今最先進的finFET節點)上進行流片，並且他們計劃在該技術上開發汽車芯片，”Synopsys公司DesignWare模擬和MSIP解決方案營銷高級主管Navraj Nandra說，“這非常令人驚訝，因為人們通常會認為汽車非常穩定，使用的技術開發週期和認證週期非常長。但整個供應鏈已經完全更新，因為像Nvidia這樣的公司正在向汽車行業提供芯片組。但他們不是來自傳統的汽車供應鏈，所以他們不會受到傳統供應商不得不遵循的巨大開銷的影響。對他們來說，他們需要在短時間內獲得最新、最好的消費市場。“
“因此從IP角度看，汽車正在推動下一代技術節點發展，“Nandra說，“同樣，汽車芯片的軟件和數字實現的數量也有了驚人的增長。這意味著對於數字和軟件部分，您仍然必須滿足所有功能安全要求。人們常在半導體芯片層面談論故障安全，現在它與您的軟件有關，這是一個非常有趣的話題。您如何使你的SoC上的軟件驅動某些IP功能塊安全地滿足ISO26262的要求?“
可靠性和安全性要求
高級汽車應用具有超出許多其他客戶在可靠性或可測試性需求方面的額外要求，ARM研究員Rob Aitken指出，“對於可靠性，它分為幾類，如軟錯誤免疫力，以及隨著時間推移的表現如何，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域要求嚴格。例如，在汽車設計中，預期使用壽命為10年或20年，則需要確保內存具有足夠的剩餘性能，因為隨著時間的推移和設備性能的下降，它仍然需要工作。“
安全要求越來越多，這既是一個研究課題，也是許多設計和加密存儲器的實際應用需求。“依賴於這些應用的同時，你不希望有人能夠竊取數據，”Aitken說，“從SRAM的角度來看，這並不總是很重要，因為有人打算偷走你的SRAM數據的可能性很低。這很難做到。但對於像DRAM這樣的產品，有些人實際上’凍結‘了DRAM芯片，他們將其從服務器上取下並在閒暇時進行解密。在這些情況下，如果DRAM的內容被加密，你會得到無用的信息。但如果它們是純文本的，你會得到各種有趣的東西。“
不過，並非所有這些都必須從頭開始。包括網絡和企業服務器在內的細分市場具有與汽車相同的可靠性要求。
Rambus產品管理高級總監Frank Ferro表示：“基於這些網絡質量需求，網絡中的設備芯片必須運行10年，要求壽命很長。“我們已經開發了具有非常寬的溫度範圍的IP，並且進行了廣泛的測試，因此，進入汽車市場是一個簡單的步驟。這些要求非常相似，並且在某些情況下，汽車要求可能不那麼嚴格，這取決於某些網絡市場的認證類型。“
在汽車領域的普遍機會正在推動供應商以其他方式重新思考技術，以及如何在這裡應用，例如數據挖掘和數據分析。汽車為多學科的工程團隊帶來了一些最複雜的系統設計挑戰，因此，必須在這裡取得成功。
“現在的挑戰不僅僅是汽車，你不僅需要驗證一個設計是否正常工作，還必須反過來模擬設計的不當，以便在可能發生的情況下可以對設計進行修改彌補錯誤，“ Siemens旗下的Mentor產品營銷經理Mark Olen說，“我們數學家說這是一個N平方問題，當我們試圖在(設計要求的)sigma水平上解決這個問題時，我會非常好奇。每個人都意識到100%實現是不切實際的，但你又能做到99.9999%嗎?這涉及到數百萬的經濟開銷。但是，討論一個自我駕駛的高速汽車中的整個網絡又將會怎樣?“
此外，在通向完全自動駕駛車輛的道路上，通過算法解決其中一些問題的唯一方法是使用神經網絡或非確定性算法，ArterisIP營銷副總裁Kurt Shuler說，“但是，這與功能安全相結合，所以必須有界限，因為F = MA，車上有很多M，而且有時也有很多A。這有實時限制，它包括可追溯性問題。很多人都說用軟件會變得更好，但問題就變成了：你改變了軟件，改變了系統。現在，你必須讓這輛車開始行駛，並獲得認證，才能獨自穿越賽道。行業是否會這樣做?不，我們需要做很多事情才能真正實現。“
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