汽車行業正在經歷重大變革，這一變革由軟件工作負載的日益復雜以及嚴格的功耗和安全標準推動。隨著車輛變得更加互聯和自動化，系統級芯片（SoC）解決方案的架構變得至關重要。SoC 是現代汽車系統的骨干，集成多種功能以提升性能、降低功耗并減少空間占用。
新思科技作為電子設計自動化（EDA）、車規級半導體知識產權（IP）以及軟硬件仿真和原型平臺的領導者，提供一整套面向汽車設計的服務，以滿足不斷變化的客戶需求。通過利用先進的 EDA 工具、IP 以及針對汽車解決方案優化的設計方法，新思科技從概念到芯片提供關鍵支持，確保汽車系統符合最高標準的功能安全（FuSa）、安全性、質量和可靠性。
對可擴展 SoC 的需求不斷增長
汽車行業正經歷前所未有的軟件復雜性增長，這要求 SoC 能夠高效處理多樣化的工作負載。隨著車輛集成高級功能，如駕駛輔助系統、信息娛樂和互聯，靈活可擴展的架構需求變得至關重要。功耗和安全標準（如 ISO 26262）進一步加劇了這一需求，要求汽車系統在低功耗下可靠運行。
在設計汽車 SoC 時，主要考慮兩種架構方法：單片架構和基于芯粒的架構。
單片架構：在這種方法中，SoC 的所有組件集成在單一芯片上，具有降低延遲和簡化設計流程的優勢。然而，隨著軟件工作負載增加，它在可擴展性和靈活性方面可能面臨挑戰。
基于芯粒的架構：這種模塊化方法允許將多個較小的芯片（芯粒）集成到一個封裝中。芯粒架構提高了可擴展性，因為可以在不重新設計整個 SoC 的情況下升級或替換單個芯粒。此外，它通過讓設計人員為特定任務選擇最合適的芯粒來優化功耗和性能。
汽車 SoC 的基本框圖
汽車 SoC 的基本框圖直觀地展示了各個組件及其互連關系。主要組件通常包括：
處理單元：
CPU：執行常規任務并管理系統操作，負責車輛控制和用戶界面。
GPU：針對并行處理進行了優化，在汽車圖像處理方面至關重要，支持車道檢測和物體識別。
AI 加速器：專用單元，用于高效處理機器學習任務，實現自動駕駛的實時決策。
存儲子系統：
高速 RAM：提供快速訪問用于臨時數據存儲，確保應用程序平穩運行。
非易失性存儲器（NVM）：在無電源情況下保持數據，用于存儲固件和關鍵數據。
AI 加速器：專用單元，用于高效處理機器學習任務，實現自動駕駛的實時決策。
連接接口：
以太網：用于 SoC 與車輛系統之間通信的高速接口。
控制器局域網絡（CAN）：一種穩健的車輛總線標準，實現實時控制。
其他協議：如 LIN 和 FlexRay，用于與各種傳感器和執行器通信。
傳感器接口：
攝像頭接口：連接攝像頭用于基于視覺的應用，支持高帶寬數據傳輸。
激光雷達（LIDAR）和毫米波雷達（RADAR）接口：在自動駕駛中用于物體檢測和距離測量。
其他傳感器輸入：連接額外傳感器，用于泊車輔助和運動檢測。
其他組件
如電源管理單元（PMU）、安全和功能安全機制，通常集成在各相關子模塊或芯粒中。
功能安全、安全性、質量和可靠性的重要性
汽車 SoC 設計與開發平臺整合了多種流程，以確保設計和開發的成功，重點強調功能安全、可靠性、質量和安全性。
功能安全（FuSa）
功能安全在汽車設計中至關重要，確保系統即使在出現故障時也能正確運行。該平臺包含多個要素來滿足 FuSa 要求：
汽車 IP（ISO 26262）：平臺采用符合 ISO 26262 標準的汽車知識產權（IP），該標準規范了汽車系統的功能安全。
SLM 用例：在設計過程中集成芯片生命周期管理（SLM）用例，確保在整個產品生命周期中考慮安全因素。
端到端 FuSa 流程：平臺支持完整的 FuSa 流程，從初始需求收集到最終驗證，確保在開發的每個階段都嵌入安全性。
需求/約束：明確的需求和約束指導設計過程，確保實現安全目標。
存儲子系統：
除了功能安全外，平臺還強調可靠性、質量和安全性的重要性：
可靠性（AEC-Q100）：平臺遵循 AEC-Q100 標準，該標準定義了汽車組件的可靠性要求，確保 SoC 能夠承受嚴苛的汽車環境。
質量（ISO 9001）：實施基于 ISO 9001 的質量管理原則，確保設計和制造過程符合高質量標準。
安全性（ISO 21434）：平臺采用符合 ISO 21434 的安全措施，應對網絡安全風險，保護敏感數據和車輛功能。
探索與分析
設計過程從探索和分析開始，包括：
可行性研究：進行可行性研究，以評估擬議設計的可行性并識別潛在挑戰。
故障分析：使用 SpyGlass 等工具進行靜態分析和故障分析，以便在早期發現設計問題。
FuSa 分析：執行功能安全分析，確保滿足安全要求，并識別和緩解潛在故障模式。
FuSa 感知的 RTL 創建
探索階段完成后，重點轉向創建 FuSa 感知的寄存器傳輸級（RTL）設計：
RTL-Architect：使用 RTL-Architect 開發 RTL 設計，確保安全特性集成到硬件描述中。
安全數據創建：生成安全數據以支持驗證過程，確保設計滿足所有功能安全要求。
驗證
驗證是設計過程中的關鍵步驟，確保 RTL 設計按預期運行：
驗證工具：平臺采用多種驗證工具，包括 VC 201x、VC Formal 和 ZeBu，以根據規范驗證設計。
標準故障格式：使用標準故障格式，促進整個設計中的一致故障分析和驗證。
簽核
在進入制造之前，設計必須經過嚴格的簽核流程：
汽車級簽核：確保設計符合汽車級要求，這是合規性和可靠性的關鍵。
EM/IR/SI/IP 簽核：進行電磁（EM）、紅外（IR）、信號完整性（SI）和知識產權（IP）簽核，確保設計準備好生產。
制造
制造階段涉及多個關鍵活動：
晶圓廠協作：與晶圓廠合作，確保設計可制造并符合所有規范。
測試與驗證：實施測試策略，包括可測試性設計（DFT），確保 SoC 在生產過程中能夠有效測試。
在整個設計和開發過程中，采用優化循環不斷改進設計。通過整合各階段的反饋，實現迭代改進和優化，重點提升性能、功耗效率和整體設計質量。
結論
汽車 SoC 設計與開發平臺是一個強大的框架，將功能安全、可靠性、質量和安全性融入設計流程。通過先進工具和方法，該平臺幫助汽車制造商開發高質量、可靠且安全的 SoC 解決方案，以滿足汽車行業的嚴格要求。隨著車輛日益復雜和互聯，這種綜合設計和開發平臺的重要性不言而喻，確保下一代汽車技術既創新又安全。
新思科技提供全套汽車解決方案，包括設計服務和 FuSa 認證支持。憑借在 SoC 設計和功能安全方面的專業知識，我們幫助汽車行業在創新的同時遵循最高的安全和可靠性標準。隨著汽車行業不斷演進，新思科技始終致力于將概念轉化為芯片，推動汽車技術的未來。
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