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進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）是增長(zhǎng)最快速的汽車應(yīng)用。以安全性為核心的駕駛員輔助系統(tǒng)，支持行人偵測(cè)/避讓、車道偏離報(bào)警/糾正、交通標(biāo)志識(shí)別、全景視圖、疲勞監(jiān)控等，這些應(yīng)用以及其他多種應(yīng)用（如圖1所示），需要一類新型的半導(dǎo)體系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）來滿足該系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求。 在消費(fèi)者利益和政府法規(guī)的助推下，為了改善道路安全性，汽車制造商正在要求一級(jí)供應(yīng)商（Tier 1）和半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)商去開發(fā)包含最新多媒體標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行多種基于視覺的算法且結(jié)合影像和雷達(dá)系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的SoC。為了實(shí)現(xiàn)高性能操作所需的先進(jìn)協(xié)議，ADAS SoC使用了比大多數(shù)高端消費(fèi)性應(yīng)用都更嚴(yán)格的前沿設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)。這類新型ADASSoC的設(shè)計(jì)人員依靠IP供應(yīng)商來幫助他們戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)——需要面向特定應(yīng)用的IP實(shí)現(xiàn)，并幫助他們?cè)谠絹碓蕉痰脑O(shè)計(jì)和驗(yàn)證、定型周期中，滿足汽車應(yīng)用的魯棒性、可靠性和安全性需求。 圖1 各種先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）應(yīng)用 ADAS SoC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 從應(yīng)用和系統(tǒng)的兩個(gè)角度來看，這類新型的ADASSoC都擁有特定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以確保實(shí)現(xiàn)高效的SoC設(shè)計(jì)。為ADAS應(yīng)用構(gòu)建SoC的設(shè)計(jì)人員需要把高性能IP功能和節(jié)能IP功能結(jié)合在一起，以幫助實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)吞吐量并滿足實(shí)時(shí)服務(wù)質(zhì)量要求（如圖2所示）。應(yīng)用處理器的性能要求至少是32位、1GHz以上頻率運(yùn)行的處理器。實(shí)際上，支持多種基于視覺應(yīng)用的ADAS SoC已經(jīng)開始向64位處理器遷移。 除了高性能應(yīng)用處理器外，該SoC還需要一個(gè)單獨(dú)的視覺處理器以實(shí)現(xiàn)諸如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）等的最新視覺算法。一個(gè)附加的圖形處理器或定制的DSP內(nèi)核實(shí)現(xiàn)高速率像素處理，該功能被連接至HDMI或MIPI D-PHY這種多媒體接口，同時(shí)支持越來越大的高清顯示。 為了支持提供影像和雷達(dá)/激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的多個(gè)攝像機(jī)和雷達(dá)傳感器，需要一個(gè)傳感器和控制子系統(tǒng)來為應(yīng)用處理器分擔(dān)傳感器數(shù)據(jù)管理負(fù)擔(dān)，從而支持高度的傳感器融合。新一代ADASSoC需要高達(dá)8GB的汽車級(jí)LPDDR4內(nèi)存，以支持處理器應(yīng)用軟件，并支持多媒體數(shù)據(jù)流的廣泛的系統(tǒng)連接，后者由以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet AVB）和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）提供。 SoC的外設(shè)提供額外的接口連接，例如PCI Express總線、SATA接口、UART（通用異步收發(fā)傳輸器）、SPI/QSPI（串行外設(shè)接口/排隊(duì)式串行外設(shè)接口）、CAN總線和FlexRay總線等。最后，為了支持基于一塊外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE無線芯片的云連接，ADAS SoC必須包括穩(wěn)健的、基于硬件的安全協(xié)議，以支持安全啟動(dòng)、安全識(shí)別與驗(yàn)證、加密以及解密。 圖2 基于16/14nm工藝制程的ADASSoC，圖中紫色部分為Synopsys的DesignWare IP產(chǎn)品 除了IP的功能是設(shè)計(jì)人員必須為ADASSoC考慮的以外，汽車行業(yè)的一級(jí)供應(yīng)商及半導(dǎo)體SoC的設(shè)計(jì)人員和架構(gòu)師還需要考慮延遲、功耗、可靠性，以及工藝相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。低延遲是一條基本準(zhǔn)則，以滿足實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)等級(jí)保障。除了低延遲，該SoC在不斷引入最新多媒體協(xié)議和關(guān)鍵特性的同時(shí)，例如行人偵測(cè)與校正等特定的ADAS應(yīng)用所需要的嵌入式視覺處理功能，還需要保持功耗最小化。 對(duì)ADASSoC的設(shè)計(jì)人員而言，另一項(xiàng)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是確保汽車原始設(shè)備制造商（OEM）所要求的高可靠性和連續(xù)操作性，因此芯片需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤檢查和糾正（ECC）技術(shù)以及奇偶校驗(yàn)技術(shù)。由于需要高性能和高集成度，設(shè)計(jì)人員正在將先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝作為目標(biāo)，如許多設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)尚不熟悉的16/14nm FinFET工藝節(jié)點(diǎn)。對(duì)于下一代汽車ADAS應(yīng)用SoC而言，應(yīng)對(duì)低延遲、低功耗、先進(jìn)協(xié)議、錯(cuò)誤檢查和糾正等挑戰(zhàn)，以及能否提供用于16/14nm FinFET工藝的任務(wù)關(guān)鍵型IP都成為關(guān)鍵問題。 支持功能化安全性、可靠性和質(zhì)量管理的IP 一套產(chǎn)品門類齊全、支持領(lǐng)先晶圓代工廠工藝中最新協(xié)議和算法的IP產(chǎn)品組合，為下一代ADAS SoC的開發(fā)打下了基礎(chǔ)。除了提供ADAS應(yīng)用所需要的先進(jìn)特性、小面積、高性能和低功耗外，IP供應(yīng)商必須滿足汽車行業(yè)供應(yīng)鏈的嚴(yán)格要求。盡管高性能消費(fèi)性應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用中的SoC包含與ADASSoC相似的功能，但是汽車SoC對(duì)于魯棒性、可靠性和安全性的額外需求，依然對(duì)IP供應(yīng)商提出了更多的要求。 例如，德國(guó)電氣和電子制造商協(xié)會(huì)（ZVEI）的汽車應(yīng)用消費(fèi)性電子元件工作組已經(jīng)在汽車用半導(dǎo)體元器件和消費(fèi)性元器件之間，確定了66種可能的區(qū)別，包括功能化的安全性、可靠性和質(zhì)量管理等等。工作組的意見書確定了嚴(yán)苛的汽車環(huán)境問題對(duì)芯片和芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)（silicon IP）帶來的影響，這些汽車環(huán)境問題包括更高的電壓、更高的靜電放電（ESD）電壓、更高的溫度、誤差校正，以及更高的測(cè)試覆蓋目標(biāo)等等。工作組總結(jié)出了結(jié)論：“需要重新評(píng)估和重新定義汽車原始設(shè)備制造商、一級(jí)供應(yīng)商和元器件供應(yīng)商在開發(fā)階段進(jìn)行的合作，以辨別出并降低產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上各環(huán)節(jié)中的那些新風(fēng)險(xiǎn)。” 德國(guó)電氣和電子制造商協(xié)會(huì)的意見書強(qiáng)調(diào)了兩項(xiàng)關(guān)鍵的要求。第一，對(duì)于諸如行人偵測(cè)與校正這類ADAS應(yīng)用，功能安全性是一項(xiàng)關(guān)鍵的要求。第二，ADAS應(yīng)用必須滿足由汽車行業(yè)定義的ISO 26262功能安全性標(biāo)準(zhǔn)。使用已經(jīng)按照ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)獲得認(rèn)證的IP，將幫助SoC設(shè)計(jì)人員降低產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈風(fēng)險(xiǎn)，并加速其SoC級(jí)功能安全性的需求規(guī)格確定、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置等進(jìn)程。類似地，為了滿足高可靠性要求，汽車SoC必須滿足AEC Q100規(guī)范，以作為汽車應(yīng)用生產(chǎn)質(zhì)量認(rèn)證的一部分。 通過選擇已針對(duì)AEC Q100要求進(jìn)行過測(cè)試和鑒定的IP，能夠幫助設(shè)計(jì)人員成功地獲得AEC Q100資質(zhì)認(rèn)證。通過使用已經(jīng)進(jìn)行過先期AEC Q100壓力測(cè)試的半導(dǎo)體IP，設(shè)計(jì)人員可以降低風(fēng)險(xiǎn)并加速其SoC的資質(zhì)認(rèn)證。最后，通過選擇根據(jù)ISO/TS 16949質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)IP產(chǎn)品的IP供應(yīng)商，可有助于確保包括集成于其中的IP在內(nèi)的汽車SoC的產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證和確認(rèn)等流程，可以滿足汽車行業(yè)供應(yīng)鏈所要求的質(zhì)量等級(jí)。諸如Synopsys這樣的IP供應(yīng)商已經(jīng)邁出了下一步，在已擁有可用于基于視覺的高性能ADAS應(yīng)用的、門類齊全的IP產(chǎn)品組合基礎(chǔ)上，去滿足汽車SoC將面臨的基于標(biāo)準(zhǔn)的功能安全性、可靠性和質(zhì)量等方面的要求。 ISO 26262功能安全性標(biāo)準(zhǔn) 從汽車行業(yè)的角度來看，2011年發(fā)布的ISO 26262功能安全性標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)最新的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將電氣和（或）電子系統(tǒng)中的功能安全性施加于道路車輛。它涉及安全性生命周期中的所有行為，例如安全性相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，并包括了被歸類到獨(dú)立安全單元（Safety-Elements-out-of-Context，SEooC）的SoC。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)提供了一種汽車行業(yè)特定的方法，以探明汽車安全性完整性等級(jí)（Automotive Safety Integrity Levels，ASIL），并制定了多項(xiàng)措施來驗(yàn)證和確認(rèn)所達(dá)到的安全等級(jí)。其目的是通過定義功能需求、嚴(yán)格開發(fā)流程等方法，以及采取包括故障注入、系統(tǒng)性分析和度量報(bào)告等在內(nèi)的必要設(shè)計(jì)手段，將對(duì)隨機(jī)硬件故障的敏感性降至最低。因?yàn)镮SO 26262不能專為某一款設(shè)備進(jìn)行更改，所以IP供應(yīng)商必須創(chuàng)立一套安全文化，包括政策、流程和策略等，以及授權(quán)安全性經(jīng)理參與安全性關(guān)鍵型IP的開發(fā)。 一個(gè)獲得ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的IP安全性方案包的交付形式或“工作成果”包括集成在內(nèi)的硬件安全性特性、驗(yàn)證計(jì)劃、安全性計(jì)劃、驗(yàn)證報(bào)告、安全性手冊(cè)，以及失效模式效應(yīng)和診斷分析（FMEDA），后者將被SoC設(shè)計(jì)人員作為其SoC級(jí)FMEDA報(bào)告的輸入，從而加速其SoC的開發(fā)。將SoC和IP作為獨(dú)立安全單元（SEooC）組件而進(jìn)行的合規(guī)認(rèn)證，由諸如SGS-TUV SAAR等可信任的行業(yè)審核認(rèn)證機(jī)構(gòu)來實(shí)施，他們執(zhí)行產(chǎn)品和流程的檢查、評(píng)估和審核等工作。 AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)提供的可靠性 為了確保最高的可靠性，汽車電子委員會(huì)（AEC）的零組件技術(shù)分委會(huì)制定了AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)，以確保零組件都經(jīng)過認(rèn)證而可用于嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中。AEC Q100標(biāo)準(zhǔn)定義了汽車行業(yè)供應(yīng)鏈所認(rèn)可的半導(dǎo)體SoC資質(zhì)認(rèn)證要求及測(cè)試方法與指南。該標(biāo)準(zhǔn)包含一套基于失效機(jī)理的壓力測(cè)試，以及半導(dǎo)體SoC供應(yīng)商在不同的溫度等級(jí)上對(duì)其SoC進(jìn)行認(rèn)證的多項(xiàng)條件。目的是通過在一種加速方式（與標(biāo)準(zhǔn)的汽車使用情況相比）中使故障得以顯現(xiàn)，從而來確保高可靠性。 盡管AEC Q100資質(zhì)認(rèn)證適用于SoC級(jí)的零組件，但I(xiàn)P供應(yīng)商也可以通過對(duì)IP實(shí)施AEC Q100測(cè)試，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的資質(zhì)認(rèn)證成功可能性最大化。對(duì)自己的IP執(zhí)行AEC Q100測(cè)試并提供關(guān)鍵測(cè)試標(biāo)定報(bào)告的IP供應(yīng)商，可以證實(shí)其滿足汽車行業(yè)客戶提出的嚴(yán)苛的可靠性要求，這些關(guān)鍵測(cè)試可見諸于加速環(huán)境壓力測(cè)試、加速生命周期仿真測(cè)試、片芯制造可靠性測(cè)試，以及電氣驗(yàn)證測(cè)試等。只有那些與具有領(lǐng)先工藝的晶圓代工廠、領(lǐng)先的芯片供應(yīng)商和一級(jí)供應(yīng)商密切合作的IP供應(yīng)商，才能幫助設(shè)計(jì)人員為了支持ADAS應(yīng)用在汽車溫度等級(jí)和任務(wù)子集上對(duì)其SoC進(jìn)行操作。 TS 16949質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于為ADAS SoC設(shè)計(jì)人員提供IP產(chǎn)品的IP供應(yīng)商而言，另外一個(gè)十分關(guān)鍵的焦點(diǎn)是滿足汽車行業(yè)的質(zhì)量要求。TS 16949質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)適用于產(chǎn)品開發(fā)流程，它為汽車產(chǎn)品定義了質(zhì)量度量指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)開發(fā)一種質(zhì)量管理體系進(jìn)行了定義，該體系是為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)而準(zhǔn)備的，它強(qiáng)調(diào)汽車行業(yè)供應(yīng)鏈中的缺陷預(yù)防和一致性。TS 16949質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)適用于為客戶制造特定的、用于生產(chǎn)的零組件的各個(gè)場(chǎng)所。 支持汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)中心和IP供應(yīng)商，可以構(gòu)成SoC設(shè)計(jì)/制造認(rèn)證的一部分，但是無法獲得獨(dú)立的TS 16949認(rèn)證。因?yàn)镾oC的設(shè)計(jì)中心可以作為整個(gè)TS 16949認(rèn)證的一部分，所以選擇對(duì)必需的開發(fā)流程、最佳實(shí)踐和質(zhì)量規(guī)范擁有深刻理解，并保證完成和遵從開發(fā)流程的IP供應(yīng)商，將有助于設(shè)計(jì)人員滿足汽車行業(yè)的質(zhì)量等級(jí)。 德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)質(zhì)量管理中心（VDA-QMC）認(rèn)定了ISO/TS 16949認(rèn)證是供應(yīng)商進(jìn)入汽車行業(yè)的入場(chǎng)券，VDA-QMC經(jīng)理Heinz-Günter Plegniere表示：“在超越一級(jí)/二級(jí)供應(yīng)商，并貫穿整個(gè)汽車行業(yè)的供應(yīng)鏈上，對(duì)ISO TS 16949標(biāo)準(zhǔn)的宣傳并不完整，因此可發(fā)現(xiàn)我們特別需要有所行動(dòng)。”需要滿足TS 16949標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)人員，可以選擇已經(jīng)將其開發(fā)流程進(jìn)行了升級(jí)，且可以為設(shè)計(jì)人員提供必需的度量指標(biāo)與證明材料的IP供應(yīng)商，這些度量指標(biāo)與證明材料包括質(zhì)量手冊(cè)、產(chǎn)品管理流程（PMP）、用于文件和記錄控制的程序、控制和文檔保存的證明材料，以及支持等級(jí)等。 總結(jié) IP供應(yīng)商在汽車行業(yè)供應(yīng)鏈中扮演了關(guān)鍵的角色，他們使新一代高性能ADAS SoC得以實(shí)現(xiàn)。基于視覺的SoC可以包含大量的第三方IP，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的嵌入式視覺、傳感器融合、多媒體、安全性和先進(jìn)連接等功能。盡管IP供應(yīng)商已經(jīng)在消費(fèi)性、移動(dòng)、PC和通信應(yīng)用等領(lǐng)域，進(jìn)入了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，但并非所有的IP供應(yīng)商都能夠支持嚴(yán)苛的汽車級(jí)要求。 隨著設(shè)計(jì)人員啟動(dòng)其下一代ADASSoC項(xiàng)目，他們必須評(píng)估IP供應(yīng)商是否具備提供ISO 26262安全性方案包的能力，該方案包括ISO 26262認(rèn)證、AEC Q100測(cè)試和TS 16949質(zhì)量管理和認(rèn)證。勇于承諾并擁有可以滿足汽車行業(yè)要求的資源的IP供應(yīng)商，將有助于保證汽車SoC供應(yīng)商、一級(jí)供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商的要求被成功滿足，利用28nm和16/14nm FinFET等目標(biāo)工藝技術(shù)達(dá)到ADASSoC的功能性、性能、質(zhì)量和可靠性等級(jí)。 |
