破解汽车IC市场

汽车电子市场正在蓬勃发展,它已经引发了一场全球胡搅蛮缠的芯片制造商和初创公司。

越来越明显,是,不是每个人都理解是多么不同的汽车移动市场。移动仍然是最高销售量的半导体市场,但增长已经被夷为平地。相比之下,汽车电子市场的价值还在快速增长,和更多的芯片制造商正试图股份索赔。

“每个人都认为汽车是下一个巨大的市场,”吉姆说Feldhan, Semico研究的总统。“如果你高端,如英伟达、英特尔、AMD和其他人做高端计算,他们看着自主驾驶和思考,每年有120多汽车制造。有一天,他们都会有相当于多个服务器通过自主驾驶系统。这是一个大量的计算能力。”

Semico预测半导体行业的汽车市场将在2023年增长到730亿美元。虽然可能需要一段时间才能全自动5级车辆上路,已经非常高端计算能力级别3特斯拉。

”,记忆,模拟,以及一堆力量和传感器产品,“Feldhan说。”然后你看连接和连接汽车和试图连接到智能城市,或vehicle-to-vehicle通讯——所有的东西围绕着安全和交通管制。这些都是基本上是像高档手机,和我们已经成为热点。所以你有一个移动热点和你没有停止在星巴克。”

汽车信息娱乐仍然是一个重要的区别。但随着这些系统越来越多的卷入安全,作为预警系统的一部分或作为其他部分的故障转移,他们被引擎控制电子一样的严格标准。汽车oem厂商设定的栏是零缺陷每十亿了15年,这是特别令人生畏的考虑这些极端条件下发生。

有什么不同
很多细胞芯片设计由三星和苹果等公司主导设计的前沿。

“大部分16 nm一直到不管最新最好的是什么,”玛丽安白色,营销主管Synopsys对此的设计团队。“显然有10 nm,大概8海里版本的手机今天,但他们立刻跳到finFET或者最新的流程节点,他们可能已经做过tape-outs在5和3 nm。手机和汽车之间最大的区别是,当涉及到手机,和图形,消费者希望最新、最好的。在汽车,有传感器,仍在150 nm,例如,没有理由去7海里。考虑到汽车设计需要大量的冗余,区域大小和设计没有太大的影响。这不是太担忧,因为它就像手机。”

在细胞的世界里,设计经常打3 GHz,频率和速度就是一切。在汽车、频率有很大区别。但是这两个世界开始合并,至少在一个方面。“现在你把事情真的低频cellular-phone-like的东西,因为你制造5 g-connected汽车现在,”怀特说。“所以突然变得一样的手机。”

他们有很大的不同在哪里在电压方面。在移动应用程序中,低电压必须以节省电池寿命。“1.8伏特是一种延伸,但肯定人们将Vdd一半,0.5伏,等等,”怀特说。“相反地,总会有高电压在汽车,很多汽车半导体仍然非常相似,所以设备必须正常操作范围大得多。”

汽车芯片也在广泛的温度范围(-40°C到155°C,而移动设备0 - 40°C),和他们必须持续至少15年,相比之下,不到三年的时间对于一个手机。

图1:比较汽车集成电路的需求和移动。来源:Synopsys对此

此外,失败率要明显低于在移动空间。“手机提供商要求低于10%,”怀特说,“而ISO 26262差不多十年,但我们看到客户现在想要15到20年,小于1每十亿(1 DPPB)有缺陷的部分。你如果你和打开手机重置。你不会受到伤害。但是想象一下你的车需要重置。那是不可能的。”

开放,崎岖不平的道路
不过,机会在移动的电器被压扁,而在汽车正在扩大。

在2004年,电动座椅机架看到采用50%或更少,只有四分之一的汽车安全气囊。政府规定了采用今天安装在车辆安全特性。

今天,电子/电气(EE)系统的内容大幅增长,但健壮性和完美的要求高得多。

图2:增加采用机架设备。来源:Semico研究

“如果你让消费产品,你设计它,如果它有一个小错误,你会做一个牧师,你有另一个模型出来在6个月或者8个月,“Semico的Feldhan说。“这并不在汽车行业工作。设计周期长,它必须是完美的。一旦你越过这些障碍,那么该产品通常是在较长一段时间,这也意味着你必须支持设计很多年了。如果你在消费产品和几年你弃用这一部分,那么你已经有了三个,其他部分已经超过了。”

除此之外,消费者想要同样的安全性、可靠性和高性能的连接在车里,他们在家里或在办公室,有一些创新的方法被开发来实现它。迈威尔公司,发展双重并发wi - fi基于连通性的车内和车外的实现芯片和构件如1000 baset以太网物理,无线设备支持802.11 ac和802.11 p,以及蓝牙phy和安全的千兆以太网交换机。

“当我们介绍了组合WiFi /蓝牙在一辆汽车,我们开创了移动热点用例,“说Avinash Ghirnikar,马维尔的技术营销主管连接企业集团。“然后我们在后座娱乐WiFi,。顾客希望同样的经历,他们在家里或在工作要在车里对安全、可靠性和速度。他们最新最好的智能手机,802.11 ax,在家和在办公室工作,但是当他们把它放进了汽车的减缓。为什么会这样呢?他们不希望这样的事情。这是802.11的原因之一ax将发挥关键部分。提供这种无缝的无线体验真的是在汽车环境中变得具有挑战性。有很多汽车在路上,有些事情你必须处理在汽车驾驶舱。这就是802.11 ax救援。”

现代化的汽车
即使是传统汽车集成电路设计正在发生变化。

“如果我们看看微控制器,这可能是最高销售量,传统上最复杂的芯片,我们可以看到大约100在汽车ecu,每一个微控制器,也许16 mb的闪存,”安德鲁·麦克劳德说汽车营销总监导师,西门子业务。“有些事情已经嵌入flash芯片,外围设备通信,可以Ethernet-usually单核。有五六IC房子在世界各地非常专家设计可以顺利芯片,设计规则检查和测试方法制造这些部件在适当的缺陷率。我们已经看到在过去的15年,这很好理解。新的世界是由汽车大趋势,即自治和电气化。我们看到离开有100年到120年与单片机对这些大域控制器ecu的车辆,这是一个完全不同的挑战方面的设计。这意味着相反的一个相对简单的单片机芯片,现在人工智能芯片和gpu和asic管理大规模计算和低功耗要求,走向相反的方向。”

这更增加了复杂性的经典汽车供应链,在芯片制造商销售硅一级,然后整合成一个模块,并将其发送到汽车制造商。

“这意味着我们必须加快交货时间开发这些芯片,”麦克劳德说。”突然供应链正试图找出合作,因为我们可以减少开发时间的唯一方法就是通过位IP运行的模拟器并开始编写软件之前一年以上硅工厂出来的。你可以有一个整个SoC或部分特定IP的模拟器。例如,你可以喂养在合成传感器数据,特别是如果它的自主车辆传感器融合芯片,一个模拟器。然后可以输出某种工具,模拟车辆行为所以之前有任何硅你可以测试IP,测试算法,看看它响应传感器数据和实际看到车辆动力学的行为反应。供应链是一个巨大的挑战,因为汽车制造商现在正在设计自己的ICs。特斯拉公开讲过好几次了。而一些层的设计电路时,他们还必须更多地参与该软件。购买Elektrobit大陆是一个很好的例子。此外,IC房子现在在做电子控制单元。”

开放的问题是每个玩家的供应链增值。

“协作的模式将是未来的发展方向,”麦克劳德指出。“我们如何共享IP甚至都是竞争对手的公司和客户之间的彼此?你怎么管理的?”

一个不同的世界
汽车设计最佳实践和成本控制是整个半导体行业工作。

伊恩·高秤,高级组主任抑扬顿挫的定制集成电路& PCB Group指出,一系列的变化,需要考虑。一个涉及可靠性,最佳实践是减轻互连电迁移和晶体管老化在模拟和数字预计汽车15年寿命。但ICs仍然有可能失败在一辆汽车的有用的一生,也许是因为年龄,也许是因为潜在的制造缺陷,或者因为不寻常的热应力或电磁干扰中遇到。

不管原因,老板说ICs必须能够检测和信号故障,使潜在拯救生命的纠正措施,如切换到复制能力,或将车辆移动到故障安全模式。并且能够在现代汽车市场做生意,半导体供应商需要ASIL评级的ICs级故障检测覆盖率。

失败通常与软件实现诊断检查逻辑,LBIST / MBIST和三重投票失败,但在模拟通常需要一个专用硅检验员的亲密知识模拟功能。这增加了相当大的设计时间和房地产模拟块。有自动化自检芯片的设计,但也有手动步骤和ASIL过程中职业判断的要求。在一天结束的时候,一个半导体供应商需要坐下来与ISO 26262 / ASIL审计师工作的证据,并在实践中审计组织提供咨询公司在集成电路设计过程中,。

此外,半导体公司需要了解汽车客户。”例如,他们期待ASIL D部分(最高等级),大量额外投资,或者他们会接受ASIL B部分,寻求更高ASIL评级从自己的审计师通过IC重复和冗余系统?锻炼这些责任和降低成本正在进行ISO 26262随着工业设计的主流,”老板说。

“当电子在汽车意味着只有门同步锁定/解锁和中央控制的窗口,没有人担心太多的失败,因为大多数回归手工技术可以克服的问题,直到维修可以,”汤姆·安德森说,技术营销顾问OneSpin解决方案。“电子仪表板可靠性需求上一层楼,因为它是几乎不可能开车,没有显示。电子巡航控制系统对安全要求也有类似的影响,因为有些故障模式(如加速度恒定)可能是非常危险的。今天,先进的驾驶员辅助系统(ADAS)等功能风险检测和平行停车已经变得普遍。等司机来依赖系统,可靠性和安全必须得到改善。”

这与自主车辆尤其受到市场的关注。

“最近的崩溃表明当前技术的局限性和司机愿意交出所有控制系统不完善,”安德森说。“那些没有遵循制造商的指令随时保持手动控制他们的生活还在继续。而真正的无人驾驶汽车仍然是一个未来的产品,毫无疑问,许多消费者想这种能力,和许多制造商正在努力提供它。作为回应,汽车电子开发人员比以往任何时候都更关注可靠性和安全性,同时添加信任的挑战(芯片和系统设计工作,没有后门或木马)和安全(系统不能被外部的入侵控制)。”

需求处理
学科独特的市场之一汽车和航空航天等涉及到的处理和跟踪需求。

“汽车ISO 26262标准细节“系统”的设计和验证流程正式指定个人需求在哪里,”戴夫Kelf说,首席营销官Breker验证系统。”然后驱动特定的设计元素通过验证和验证计划覆盖的个人需求,并反馈给原计划。这是一个很好的练习对于任何开发工作。著名的v模型展示了大自然,这可以有效地进行概念要求分解到具体功能,并验证计划然后抽象允许覆盖指标来衡量高层计划元素。”

这个过程变得自动化,和新的验证技术可以帮助,他建议。“所有的验证阿森纳必须依赖于这些设计覆盖所需的水平,”Kelf说。“确保所有引擎是正确使用,覆盖率度量混合在这些引擎的水平可能与需求需要一个便携式的、抽象的测试和覆盖的方法。便携式刺激是一个新的方法,非常适合这个目的,即需求可以在一个可执行的详细规范,然后高层约束应用于本规范驾驶个人场景测试每个验证工具和过程的阶段。抽象路径覆盖整个便携式刺激规范可能会被测量,提供所需的确切指标从ISO 26262。需求可能在一个可执行的规范编码的方式,直接用于覆盖他们。”

结论
尽管有许多问题需要解决,和许多方法消除,汽车集成电路设计与系统设计开始收敛。

“10年前这是不同的世界,”导师的麦克劳德。“今天,从集成电路的角度来看,你几乎什么看起来像一个ECU的模拟部分。这几乎是ECU-type行为的RTL和少量的IP得到处都是。系统设计和测试,IP, pre-silicon方式,这是什么意思的车辆结构、AUTOSAR和机器学习算法等等?我们将会看到一个模糊的线,这将非常有趣的供应链如何回应。汽车制造商要算出供应链如何更好的合作。oem厂商想专攻汽车的一部分。他们可能不希望设计每一个芯片,或者每一个ECU,但也许对传感器融合他们想设计自己的定制芯片,他们希望层的关注其他事情。为做到这一点,必须有合作,因为这些系统不能运行在隔离与自主车辆。他们必须与其他系统的一部分。和做所有这些pre-silicon并不是一件容易的事情。”

虽然有些十大半导体公司已经知道什么是ISO 26262,其他人则旋转的汽车世界。他们正在试图确定是否或如何成为ISO 26262兼容。

“你不一定必须是ISO 26262,“说Synopsys对此白色。“这不是像oem的意思是你必须。但最好是兼容的,因为你告诉跟踪过程确保EE系统后是安全的,不会对人体造成伤害。”