汽車行業(yè)正在經(jīng)歷重大變革，這一變革由軟件工作負載的日益復(fù)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(lián)和自動化，系統(tǒng)級芯片（SoC）解決方案的架構(gòu)變得至關(guān)重要。SoC 是現(xiàn)代汽車系統(tǒng)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(shè)計自動化（EDA）、車規(guī)級半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（IP）以及軟硬件仿真和原型平臺的領(lǐng)導(dǎo)者，提供一整套面向汽車設(shè)計的服務(wù)，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(yōu)化的設(shè)計方法，新思科技從概念到芯片提供關(guān)鍵支持，確保汽車系統(tǒng)符合最高標準的功能安全（FuSa）、安全性、質(zhì)量和可靠性。

對可擴展 SoC 的需求不斷增長

汽車行業(yè)正經(jīng)歷前所未有的軟件復(fù)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(tǒng)、信息娛樂和互聯(lián)，靈活可擴展的架構(gòu)需求變得至關(guān)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(tǒng)在低功耗下可靠運行。

在設(shè)計汽車 SoC 時，主要考慮兩種架構(gòu)方法：單片架構(gòu)和基于芯粒的架構(gòu)。

單片架構(gòu)：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(shè)計流程的優(yōu)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(zhàn)。

基于芯粒的架構(gòu)：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(gòu)提高了可擴展性，因為可以在不重新設(shè)計整個 SoC 的情況下升級或替換單個芯粒。此外，它通過讓設(shè)計人員為特定任務(wù)選擇最合適的芯粒來優(yōu)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(guān)系。主要組件通常包括：

處理單元：

CPU：執(zhí)行常規(guī)任務(wù)并管理系統(tǒng)操作，負責(zé)車輛控制和用戶界面。

GPU：針對并行處理進行了優(yōu)化，在汽車圖像處理方面至關(guān)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(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)自動駕駛的實時決策。

存儲子系統(tǒng)：

高速 RAM：提供快速訪問用于臨時數(shù)據(jù)存儲，確保應(yīng)用程序平穩(wěn)運行。

非易失性存儲器（NVM）：在無電源情況下保持數(shù)據(jù)，用于存儲固件和關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

AI 加速器：專用單元，用于高效處理機器學(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)自動駕駛的實時決策。

連接接口：

以太網(wǎng)：用于 SoC 與車輛系統(tǒng)之間通信的高速接口。

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）：一種穩(wěn)健的車輛總線標準，實現(xiàn)實時控制。

其他協(xié)議：如 LIN 和 FlexRay，用于與各種傳感器和執(zhí)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(yīng)用，支持高帶寬數(shù)據(jù)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(guān)子模塊或芯粒中。

功能安全、安全性、質(zhì)量和可靠性的重要性

汽車 SoC 設(shè)計與開發(fā)平臺整合了多種流程，以確保設(shè)計和開發(fā)的成功，重點強調(diào)功能安全、可靠性、質(zhì)量和安全性。

功能安全（FuSa）

功能安全在汽車設(shè)計中至關(guān)重要，確保系統(tǒng)即使在出現(xiàn)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(chǎn)權(quán)（IP），該標準規(guī)范了汽車系統(tǒng)的功能安全。

SLM 用例：在設(shè)計過程中集成芯片生命周期管理（SLM）用例，確保在整個產(chǎn)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(fā)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(dǎo)設(shè)計過程，確保實現(xiàn)安全目標。

存儲子系統(tǒng)：

除了功能安全外，平臺還強調(diào)可靠性、質(zhì)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(huán)境。

質(zhì)量（ISO 9001）：實施基于 ISO 9001 的質(zhì)量管理原則，確保設(shè)計和制造過程符合高質(zhì)量標準。

安全性（ISO 21434）：平臺采用符合 ISO 21434 的安全措施，應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，保護敏感數(shù)據(jù)和車輛功能。

探索與分析

設(shè)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(shè)計的可行性并識別潛在挑戰(zhàn)。

故障分析：使用 SpyGlass 等工具進行靜態(tài)分析和故障分析，以便在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題。

FuSa 分析：執(zhí)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(chuàng)建

探索階段完成后，重點轉(zhuǎn)向創(chuàng)建 FuSa 感知的寄存器傳輸級（RTL）設(shè)計：

RTL-Architect：使用 RTL-Architect 開發(fā) RTL 設(shè)計，確保安全特性集成到硬件描述中。

安全數(shù)據(jù)創(chuàng)建：生成安全數(shù)據(jù)以支持驗證過程，確保設(shè)計滿足所有功能安全要求。

驗證

驗證是設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟，確保 RTL 設(shè)計按預(yù)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(jù)規(guī)范驗證設(shè)計。

標準故障格式：使用標準故障格式，促進整個設(shè)計中的一致故障分析和驗證。

簽核

在進入制造之前，設(shè)計必須經(jīng)過嚴格的簽核流程：

汽車級簽核：確保設(shè)計符合汽車級要求，這是合規(guī)性和可靠性的關(guān)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(chǎn)權(quán)（IP）簽核，確保設(shè)計準備好生產(chǎn)。

制造

制造階段涉及多個關(guān)鍵活動：

晶圓廠協(xié)作：與晶圓廠合作，確保設(shè)計可制造并符合所有規(guī)范。

測試與驗證：實施測試策略，包括可測試性設(shè)計（DFT），確保 SoC 在生產(chǎn)過程中能夠有效測試。

在整個設(shè)計和開發(fā)過程中，采用優(yōu)化循環(huán)不斷改進設(shè)計。通過整合各階段的反饋，實現(xiàn)迭代改進和優(yōu)化，重點提升性能、功耗效率和整體設(shè)計質(zhì)量。

結(jié)論

汽車 SoC 設(shè)計與開發(fā)平臺是一個強大的框架，將功能安全、可靠性、質(zhì)量和安全性融入設(shè)計流程。通過先進工具和方法，該平臺幫助汽車制造商開發(fā)高質(zhì)量、可靠且安全的 SoC 解決方案，以滿足汽車行業(yè)的嚴格要求。隨著車輛日益復(fù)雜和互聯(lián)，這種綜合設(shè)計和開發(fā)平臺的重要性不言而喻，確保下一代汽車技術(shù)既創(chuàng)新又安全。

新思科技提供全套汽車解決方案，包括設(shè)計服務(wù)和 FuSa 認證支持。憑借在 SoC 設(shè)計和功能安全方面的專業(yè)知識，我們幫助汽車行業(yè)在創(chuàng)新的同時遵循最高的安全和可靠性標準。隨著汽車行業(yè)不斷演進，新思科技始終致力于將概念轉(zhuǎn)化為芯片，推動汽車技術(shù)的未來。