安全可靠的接口IP—汽車神經網絡的構筑者

2023年9月6日，由Design&Reuse主辦的IP SoC China 2023在上海召開，這是中國首個完全致力于IP（硅知識產權）和基于IP電子系統(tǒng)的獨特全球性活動。芯耀輝因在車規(guī)IP領域的突出成就受邀出席本次大會，芯耀輝產品市場總監(jiān)黃浩然進行了《接口IP--為汽車搭建“智慧神經網絡”，為智能駕駛保駕護航》主題演講，分享了接口IP技術作為關鍵角色是如何賦能智能汽車發(fā)展的。

汽車的智能化正成為不可阻擋的趨勢。最近幾年，這個人們曾無比熟悉的代步工具正悄然進化，逐漸發(fā)展成為一個全新的智能移動空間。無論是智能導航、娛樂或辦公，還是終極的自動駕駛，智能化的汽車正在深刻改變人們的出行和生活方式。

汽車的智能化也提升了汽車整體的價值鏈，使汽車芯片在這個過程中被重估，成為汽車行業(yè)新的利潤增長點。不過，汽車芯片不僅需要面對比消費級和工業(yè)級電子元件更為苛刻的外部工作環(huán)境，還對可靠性和安全性有更高的要求。因此，除了在設計方法上要不斷更新之外，經過驗證的車規(guī)芯片IP的引入也將至關重要。

走上快車道的智能化

汽車智能化趨勢最明顯的體現就是自動駕駛和智能座艙，這也是汽車電子兩個主要增量市場。根據ICVTA預測，到2026年，全球自動駕駛市場規(guī)模將達687億美元，CAGR達25.4%。

智能座艙市場前景同樣不遑多讓，規(guī)模將達440億美元，CAGR約11.3%，中國市場年復合增速將達11.6%。

自動駕駛和智能座艙的出現是汽車電子電氣架構（EEA）進化的結果。從最早期的分布式架構，一個ECU只控制一個單元，到多個ECU合并成域，由域控制器控制多個功能的域集中式架構，再到所有的域控制器都集成到中央計算平臺的中央計算式架構和軟件定義汽車。廠商們正力爭將整個汽車電子架構變成一個有機的整體：由核心芯片組成的運算大腦和由各種接口和總線串聯起來的神經網絡。

算力提升和功能整合是汽車運算大腦的發(fā)展推動力。原本由多個ECU完成的功能，現在需要依靠單一的域主控處理器來完成，還要管理和控制所連接的各種傳感器與執(zhí)行器等。比如，動力系統(tǒng)域要進行驅動電機，變速箱和發(fā)動機控制，座艙域要管理聲音、視頻系統(tǒng)、地圖、網聯服務、娛樂系統(tǒng)、語言識別等。同時，單一域控制還會向多域控制發(fā)展，如數字座艙域與自動駕駛域都將交由單一的SoC來管理。此外，單一類型的微處理器，無論是CPU、GPU、FPGA還是ASIC，都無法滿足更高階的自動駕駛需求。因此，域控制器中的主控芯片需要強大的算力支撐，而只有集成“CPU+xPU”的異構式SoC，才能有效服務各種場景的硬件加速需求。

在運算大腦高速運轉的同時，必須要配合發(fā)達的神經網絡，才能實施高速的數據傳輸和控制功能。當車內總線帶寬提高，并引入汽車以太網等技術后，汽車神經網絡的節(jié)點數目和類型都在不斷增加，促使域主控處理器SoC必須集成盡可能多的接口類型，比如：USB、Ethernet、I2C、SPI、CAN、LIN以及FlexRay等，才能有效連接和管理各種各樣的ECU、傳感器和執(zhí)行器，成為真正的系統(tǒng)中樞。

由運算大腦和神經網絡構成的汽車電子電氣系統(tǒng)，讓汽車的面貌煥然一新，也勢必帶來新的挑戰(zhàn)。

車規(guī)級接口IP是關鍵

對功能安全和可靠度的高度重視，就是隨著復雜的電子電氣系統(tǒng)對汽車的主導權不斷增加而出現的新挑戰(zhàn)。

其中有兩個重要原因，一是整車電子電氣系統(tǒng)失效導致的風險及成本越來越高；二是由于功能安全失效會導致汽車召回或意外的產生，進而造成一系列的損失。

為確保汽車電子電氣系統(tǒng)的高可靠性和安全性，從而提高整車的性能和安全水平，車用的電子元器件就必須符合一系列通用的功能安全及可靠性標準，如可靠性標準AEC-Q系列、功能安全標準ISO 26262等。

作為專門針對電子元器件進行可靠性評估的AEC-Q標準，其包含的AEC-Q100主要適用于車規(guī)芯片并被業(yè)界廣泛熟知。該規(guī)范側重于針對車用芯片的綜合可靠性測試，以驗證車用芯片在高低溫、振動、濕度等惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性、耐用性和可靠性。

ISO 26262則是全面規(guī)范汽車零部件以及芯片功能安全的基本規(guī)則。其根據安全風險程度對系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級ASIL（Automotive Safety Integration Level，汽車安全完整性等級）。等級越高，針對系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)流程的要求也隨之增強，其中D級為最高等級，若失效則會造成嚴重的人身安全危險且駕駛人員一般無法自行排除失效故障，所以需要最苛刻的安全需求，例如安全氣囊、防鎖死剎車、方向盤等都屬于ASIL-D。

隨著汽車系統(tǒng)對ASIL要求越來越普遍，通過汽車功能安全標準認證已成為車用零部件供應商的必要條件，尤其對汽車SoC開發(fā)商而言。因為汽車SoC是整個電子電氣架構的核心，是實現功能安全與提升可靠性的基礎。

作為連接汽車系統(tǒng)運算大腦和神經網絡的橋梁，汽車SoC上的接口是芯片上最難實現的部分之一。其既要滿足多種總線標準、實現性能功耗平衡、高速數據傳輸，還要實現安全可靠性、標準兼容性，挑戰(zhàn)性極大。對于想打入車規(guī)市場的SoC廠商來說，最好的途徑就是直接采用符合車規(guī)可靠性及功能安全性要求的IP，以隱去中間的繁瑣開發(fā)過程和巨大時間成本開銷，最終用戶可以從IP供應商處獲得safety package，包含了像DFMEA、FMEDA、Safety Manual、認證證書等，這樣可以大大的加速芯片的開發(fā)進程。

作為國內領先的IP供應商，芯耀輝正是以預先建立經驗證的IP授權方式，協助國內汽車SoC開發(fā)商快速進入市場。我們提供的車規(guī)級IP采用符合ISO 26262功能安全要求的ASIL D系統(tǒng)開發(fā)流程，幫助設計人員加速其ISO 26262 SoC級功能安全評估，從而實現目標ASIL等級。

更為重要的是，我們還具有國產先進工藝全套車規(guī)級接口IP，提供汽車SoC芯片供應商多種不同協議的接口IP解決方案，協助其應對主控芯片集成接口類型增加的趨勢，降低產品生產風險及工作風險。

最完整的布局

我們在車規(guī)IP方面早有布局，如今已步入收獲階段。2023年6月7日，SGS通標標準技術服務有限公司正式為我們頒發(fā)了ISO 26262:2018半導體功能安全ASIL D流程認證證書，標志著我們已經能夠按照ISO 26262:2018版標準要求，建立起完全符合功能安全最高可達到“ASIL D”級別的產品開發(fā)流程和管理體系，為持續(xù)向市場提供高性能、高可靠、高安全的車規(guī)級IP及解決方案奠定了有力基礎。

在技術層面，我們完整的IP產品可以助力汽車SoC芯片設計跨越三重挑戰(zhàn)：高速接口設計的挑戰(zhàn)、車規(guī)級設計要求的挑戰(zhàn)和車規(guī)級測試要求的挑戰(zhàn)。

首先，面對高PPA性能要求和穩(wěn)定性、互操作性、協議兼容性要求，我們的高質量IP產品已經經過硅驗證，且我們也始終專注IP的質量，以完整的專家團隊為基礎，提供完整的設計和驗證平臺。

其次，針對AEC-Q100、ISO26262等車規(guī)級標準，我們的車規(guī)級IP符合車規(guī)工作溫度、耐用性、可靠度要求的設計和驗證，符合車規(guī)標準的保護和冗余設計方案，設計流程符合嚴格的質量管理要求。

最后，針對車規(guī)級測試要求的挑戰(zhàn)，如子系統(tǒng)集成、高速接口系統(tǒng)級SI/PI設計、第三方車規(guī)審查和評估，我們也可以提供車規(guī)IP子系統(tǒng)集成、車規(guī)SoC系統(tǒng)設計與性能分析和芯片調試等IP綜合服務。

作為目前唯一可提供國產先進車規(guī)工藝全套車規(guī)級別IP解決方案的IP公司，芯耀輝有完整的產品覆蓋，如SerDes，DDR，PCIe，USB及MIPI等IP解決方案，補齊了國內車規(guī)工藝IP的空白。并且，我們也實現了先進工藝平臺最全的國產IP覆蓋，可提供涵蓋最先進協議標準的全棧式完整IP解決方案。

安全性和可靠性是汽車芯片的立身之本，更是保證整個汽車安全的守護屏障。但是要讓汽車芯片順利通過相關認證，則是一個非常艱難的過程。而芯耀輝是目前國內唯一一家能提供符合車規(guī)認證的接口IP廠商，在可靠性和功能安全性上滿足AEC-Q100和ISO 26262 ASIL-D的嚴格認證要求，汽車芯片廠商將再無此方面的后顧之憂，可以將更多的資源配置在創(chuàng)新性功能的研發(fā)上，實現產品的最大差異化。

當國產車規(guī)SoC快速發(fā)展之時，我們相信完整的車規(guī)級接口IP解決方案還將發(fā)揮更大的作用，為中國汽車電子產業(yè)的自主可控貢獻自己的力量。

審核編輯：劉清