傳統(tǒng)汽車需要的芯片數(shù)量大約在500-600顆，而智能汽車對芯片的需求量增加至1000-2000顆左右了，其中單單是驅(qū)動溫度控制或自動空調(diào)系統(tǒng)等功能，就需要100-150顆微芯片，根據(jù)車輛的先進(jìn)程度和配置等級的不同會有所區(qū)別。預(yù)計(jì)到2030年，全球自動駕駛汽車將增長到6240萬輛。

消費(fèi)者的需求是在不斷提高的，他們需要更好的駕駛體驗(yàn)和更先進(jìn)的功能。這意味著汽車制造商和開發(fā)者在復(fù)雜性、創(chuàng)新性和安全性方面也面臨著更高要求。因此對于汽車開發(fā)者來說，他們需要在芯片設(shè)計(jì)過程的早期階段，就采用或部署強(qiáng)大的技術(shù)，從而在不影響安全性或效率的情況下更絲滑地操作復(fù)雜系統(tǒng)，數(shù)字孿生就是其中一項(xiàng)重要技術(shù)。這一概念能夠帶來諸多優(yōu)勢，包括加快上市時(shí)間、更緊密地整合軟硬件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低運(yùn)營成本。

本文將為各位開發(fā)者解讀更多關(guān)于數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識、工作原理、數(shù)字孿生對EDA和汽車行業(yè)至關(guān)重要的原因、新思科技在這一領(lǐng)域的地位以及汽車行業(yè)的未來市場趨勢。

什么是數(shù)字孿生？

字典中對孿生的定義是“兩個(gè)彼此密切相關(guān)或相像的人或事物之一”。作為一個(gè)相對較新的術(shù)語，數(shù)字孿生是物理系統(tǒng)和流程的數(shù)字化副本。從本質(zhì)上講，數(shù)字孿生是正在開發(fā)的物體或系統(tǒng)的虛擬模型或代表，可幫助開發(fā)者在最終確定產(chǎn)品或系統(tǒng)之前進(jìn)行決策調(diào)整。

這一概念在20世紀(jì)60年代首次被提出并加以實(shí)踐，即在地球上建造能反映太空中系統(tǒng)工作狀態(tài)的物理系統(tǒng)。如今，數(shù)字孿生已廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和工程學(xué)科，如醫(yī)療保健、建筑、零售、汽車等，以優(yōu)化系統(tǒng)或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和性能。

數(shù)字孿生的一大要點(diǎn)是可以在硬件和軟件層面使用。在汽車行業(yè)，數(shù)字孿生幾乎可用于整個(gè)汽車，包括汽車軟件、電氣系統(tǒng)、片上系統(tǒng)（SoC）或其它任何組件。數(shù)字孿生幫助開發(fā)者在性能研究、新功能測試、以及整個(gè)設(shè)計(jì)和制造階段過程中，對不同的產(chǎn)品元素進(jìn)行優(yōu)化。

數(shù)字孿生對汽車設(shè)計(jì)的重要性

含有1億行以上的代碼對現(xiàn)代汽車來說已然是標(biāo)配，而軟件是最關(guān)鍵的要素之一。軟件內(nèi)容量的增加，對汽車開發(fā)者來說，意味著驗(yàn)證系統(tǒng)性能的難度大大增加。他們不僅需要提升軟件質(zhì)量和完整性，還需要優(yōu)化虛擬軟件測試和安全性，以確保汽車系統(tǒng)最終能夠正常運(yùn)行。

“軟件優(yōu)先”型數(shù)字孿生，能夠以獨(dú)特的方式模擬開發(fā)過程中的每個(gè)步驟，識別并防止任何潛在故障，可以很好地解決軟件對驗(yàn)證、測試和確認(rèn)活動的影響。數(shù)字孿生作為一種可執(zhí)行的規(guī)范和支持技術(shù)，還能夠加強(qiáng)整個(gè)供應(yīng)鏈的軟件協(xié)作。通過數(shù)字孿生，一個(gè)公司的系統(tǒng)可以作為另一個(gè)公司的子系統(tǒng)使用。這也使得公司與客戶的數(shù)字孿生體可以無縫整合，加強(qiáng)不同領(lǐng)域之間的互動。

數(shù)字孿生在“車輛電氣/電子系統(tǒng)”驗(yàn)證方面也很有價(jià)值，它能夠支持早期的硬件和軟件集成以及前端加載測試，從而加速汽車設(shè)計(jì)左移。數(shù)字孿生有助于減少因設(shè)計(jì)不足或過度設(shè)計(jì)而投入的資源，并節(jié)省潛在的召回成本。數(shù)字孿生還支持從單個(gè)組件擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)公司產(chǎn)品。例如，在電子供應(yīng)鏈中，數(shù)字孿生的應(yīng)用可以從單個(gè)硬件IP開始，到SoC，再到電子子系統(tǒng)，最后到整個(gè)系統(tǒng)。

總的來說，數(shù)字孿生這一概念對于汽車行業(yè)大有裨益，包括早期開發(fā)和測試、提高生產(chǎn)率和性能、加強(qiáng)公司內(nèi)部和各公司間的協(xié)作，以及以更低的成本更快地交付更安全的系統(tǒng)。

展望未來：如何發(fā)展？

高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）是目前汽車行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，數(shù)字孿生的應(yīng)用也會持續(xù)演進(jìn)，以支持此類應(yīng)用，比如：

架構(gòu)探索：需要新的、更強(qiáng)大的SoC來支持自動駕駛汽車和ADAS設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體公司需要在開發(fā)初期探索架構(gòu)，滿足OEM工作負(fù)載不斷增長的性能需求。專為架構(gòu)探索設(shè)計(jì)的數(shù)字孿生可以幫助改善這方面的合作。

在芯片流片前完成開發(fā)：通過使用虛擬原型、硬件加速、FPGA和混合數(shù)字孿生，半導(dǎo)體公司可以在芯片流片前將軟件開發(fā)、硬件和軟件集成以及SoC驗(yàn)證進(jìn)行左移。

測試和驗(yàn)證的無線加速：ECU開發(fā)者可以重新使用半導(dǎo)體模型或建立更抽象的模型（如主機(jī)擴(kuò)展）加速其測試和驗(yàn)證工作。這些ECU還可以組合到車輛模型中，增加車輛動力分析、傳感器和交通模擬來解決系統(tǒng)集成問題。它們還可以連續(xù)用于測試和驗(yàn)證通過無線軟件更新交付給車輛的軟件。

未來幾年，數(shù)字孿生將在汽車行業(yè)大顯身手，以上僅是略窺一二。汽車制造商、開發(fā)者和原始設(shè)備制造商從中獲益良多，使其成為行業(yè)眾多進(jìn)步的關(guān)鍵推動因素。新思科技已提供大量支持?jǐn)?shù)字孿生的解決方案，并與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴開展多項(xiàng)合作，持續(xù)創(chuàng)新，為汽車行業(yè)及其新興應(yīng)用提供支持。

新思科技可提供一系列虛擬原型技術(shù)，在汽車電子系統(tǒng)開發(fā)中發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)的作用，其中包括：

用于軟件在環(huán)測試的Silver解決方案

用于虛擬硬件和虛擬硬件在環(huán)測試的Virtualizer開發(fā)工具包（VDK）

用于電力電子和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)及仿真的Saber解決方案

這些技術(shù)和相關(guān)模型也可結(jié)合使用，建立虛擬汽車開發(fā)平臺。