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汽车SoC将被重塑,IP迎来新变局

2021-10-21 03:11

文 / 半导体行业观察   编辑 / 庄梅

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  随着新能源汽车和自动驾驶汽车时代的到来,ADAS/AD、汽车互联、V2X等新应用应运而生,给汽车架构带来了新的应用方向。随着架构的演变,汽车SoC也提出了新的需求。现在业界认为,一种新的架构将重塑汽车SoC的布局。在这样的大变化下,汽车级IP会起到什么作用?

  汽车Zonal架构出现,汽车IP或将提供助力

  如今,汽车所需的传感器数量和类型越来越多,包括成像、激光雷达和红外传感器。去年,谷歌的Waymo使用了29个摄像头;此外,这些新应用大大提高了SoC级别的功能安全要求;此外,越来越多的人工智能开始应用于汽车领域,如BEV/HEV动力系统SoC,新的智能传感器也增加了传感器SoC设计的难度和复杂性。随着传感器数量的增加和集成度的提高,需要更高的计算和处理能力。

  同时,汽车架构也迎来了新的应用方向,主要有三个方面:一是ADAS;二是车载娱乐和车辆互联;三是汽车网关。这些方面的应用侧重点也不同。ADAS对传感器的数量、AI推理能力和图像处理性能要求较高,因此对工艺和规格的要求最高。例如,一些车辆规格处理器已经从7nm和5nm过渡到16nm。由于车载娱乐需要承载流畅的用户操作和显示交互,性能要求也在增加,甚至逐渐引入更多的AI处理,导致车载娱乐芯片甚至可以在一定前提下替代一些ADAS芯片。而且汽车网关在性能和处理上并不像ADAS那么高,更注重网络数据的汇集和分发,对优先级和实时性的要求也很高。

  业界认为,新的汽车结构正在重塑汽车SoC的布局。过去,汽车结构的分支相对离散。每辆车约有30-100个ECU进行各种电子控制,没有统一的管理机制来优化各部件的性能。后来随着性能需求的增加,仅仅通过增加ECU是不现实的,所以越来越多的ECU功能集成也被称为Domain逻辑架构,从而合理控制ECU的分布和数量。但这种方法也比较离散,因为它不利于整车的布局布线。业界认为,未来将演变成Zonal物理分区的结构,它不再用逻辑功能来划分,而是用汽车的某个区域来划分,有多个中央处理芯片互联互通,更好地做数据处理,而且分区的划分方式可以更好地整合离散的ECU,在电源管理方面也可以做集中管理。

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  图片来源:新思科技

  新的电子架构需要集成计算和智能传感器架构的重新设计,这需要传感器之间的融合,提高连接性和可升级性,以及最高的可靠性、安全性和能效比。其中,一个好的汽车IP可能会起到非常重要的作用。

  汽车IP主要包括界面IP、存储IP、处理操作IP和安全IP。从细分上看,在接口IP方面,目前主流是1Gbps的Ethernet TSN,未来汽车以太网将迁移到2.5Gb、5Gb或10Gb,MIPI联盟将开发长达15米的渠道A-PHY,汽车SerDes联盟(ASA)将定义为15m高速不对称点-2点通信,高达13Gbps,在相互竞争的同时,推动长距离高速数据传输接口的演进。MIPIDSI主要用于显示器,MIPIDSI是无后视镜显示等新应用的理想选择。在存储IP方面,LPDR4正在演变为LPDDR5。目前LPDR4 3200mbps最受欢迎,在N7/N5移动到LPDR5 6400mbps。在处理IP方面,嵌入式视觉处理器和DSP、功能安全处理器(ASIL B ASIL D),SoC-level安全架构不断完善,工艺技术从28纳米迁移到16/14纳米8/7纳米5纳米。对保密安全的要求也在不断提高,首先要符合ISO 26262,而且越来越需要ASIL D,还要使用SoC级安全管理器。

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  图片来源:新思科技

  新思科技的汽车级IP让SoC车规认证无忧

  新思科技的汽车级数模混合AMSIP被欧洲、北美和日本的32家主要半导体公司选中,支持AEC-Q100Grade1级别,对PPA影响不大。新思也是第一家推出ASILD双核lockstep处理器和安全管理器架构的公司。在汽车质量管理系统流程的要求下,IP的研发充分考虑了硬件随机故障、AECQ100可靠性测试等。

  据新思介绍,其汽车级IP通过功能安全、可靠性和质量降低风险,加快汽车SoC认证。在功能安全方面,可以加快ISO26262功能安全评估,确保设计师达到ASIL目标水平。通过增加IP可靠性,新思维的汽车IP可以降低SoCAEC-Q100认证的风险和开发时间。

  安全关键系统的设计必须最大限度地降低灾难性故障的风险,并以可预测的方式对故障做出反应。因此,汽车安全完整性等级(ASIL)根据指定的潜在风险分为多个等级,如QM(最低)和D(最高)。这些系统中的IC必须满足ISO26262的功能安全要求。新思维的IP产品支持ASIL的各个级别,以满足客户的应用。

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  图片来源:新思科技

  为满足ASIL的各个层次,新思为DesignWare汽车IP增加了多种特定的安全机制。

  首先,在保护层面,如一些用户界面的保护、缓冲保护点、错误检测码、奇偶校准保护数据、配置寄存器的奇偶校准保护、内存保护等。还有安全冗余保护。还有进一步的寄存连接、关键模块的有效性检查、处理器双核Lockstep支持等安全保护。

  IP FuSa在开发的整个过程中都有ISO 26262的定义,遵循ASIL系统流程,最高可以达到ASILD的系统级别。此类IP将减少SoC级别对ASIL的认证,同时新思也在不断完善流程,在开发阶段,他们的IP可以对关键安全操作的知识产权开发进行新的监控和评估,提高新工作产品和可交付成果。ARC处理器和接口控制器IP适用于所有ASIL兼容的汽车IP。

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  图片来源:新思科技

  新思科技的整个IP事业部获得了ISO26262开发流程认证,这意味着它们可以修改功能安全开发流程的要求。此外,通过第三方认证,可以满足ISO26262的所有适用要求。可根据ISO 26262 ASIL[B|C|D]兼容产品的修订开发程,可以对汽车知识产权产品进行开发和审核,使汽车客户能够满足ISO 26262 ASIL兼容产品的ASIL D系统和随机要求。

  在ADAS领域,新思科技的汽车Safe和Secure结构可以称为可信的SoC执行环境。如下图所示,紫色部分是新思科技的IP,绿色部分是safety网络,蓝色部分是Fusa认证开发的可信软件环境。使用绿色safety bus和safety manager连接整个SoC的各个功能IP,然后使用STAR Memory & Hierarchical系统工具对各个控制器进行实时评估,测试所有存储器、逻辑和模拟/混合信号电路等功能。

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  图片来源:新思科技

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  新思科技已经定义了基于多个汽车约定的内部参考温度配置文件

  新思科技的SG已经通过ISO 9001质量认证,SG的质量管理系统可以让他们在世界各地的网站上开发DesignWare的知识产权和工具,有助于保证IP质量,降低集成风险,加快上市时间。不仅可以增加对知识产权开发过程的信心,客户也不再需要进行第二方质量审查。

  结语

  ADAS作为增长最快的汽车应用,将以19%的年复合增长率增长。在这种趋势下,新思科技提供了完善的ISO 26262安全功能集成到汽车知识产权组合,从接口IP到基础IP、处理器IP、安全IP,都符合ISO 26262 ASIL B和D标准的处理器和控制器,也符合AEC-Q100设计测试和汽车质量管理,这将加速汽车SoC认证。

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