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数字双胞胎及其对半导体供应商的影响

通往完全自主的道路需要将虚拟和物理与现实世界的反馈连接起来。

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汽车行业就是一个典型的例子,先进的半导体正在推动汽车开发的各个方面发生变化。在新的商业模式、环境法规以及向完全自动驾驶、软件定义车辆的发展的推动下,加速的投资正在推动整个行业的发展。

对完全和半自治系统的需求对系统级验证和测试的方法和流程有特别重大的影响。为了实现对整体状态空间的充分测试,原始设备制造商意识到需要虚拟化产品生命周期的所有阶段,这包括强调使用车辆、系统和周围环境的虚拟表示进行测试。虚拟表示通常被称为数字双胞胎。

如果你以前研究过数字双胞胎的概念,你可能会在调查结束时对它的含义感到挠头,因为行业从业者和供应商都没有对它的真正定义达成一致。

在西门子,我们对现代数字双胞胎的定义比传统观点更全面。简而言之,我们的信念是,一个产品只有一个动态的数字孪生体,并且数字孪生体代表产品,因为它跨越了整个开发生命周期中的许多设计阶段和物理行为模型。

数字双胞胎的主要特征包括:

  • 物理产品的高度精确的虚拟表示
  • 在整个生命周期中使用虚拟模型来模拟、预测和优化产品
  • 在整个开发生命周期中采用多个表示的虚拟模型
  • 一个虚拟模型,需要在整个生命周期中进行管理
  • 一个闭环生命周期,支持物理世界和虚拟世界之间的双向连接和反馈

图1:现代数字孪生实现的各个阶段。

半导体供应商的数字双胞胎

乍一看,人们可能会认为半导体公司多年来一直在使用集成电路的数字双胞胎,这与事实相去甚远。失败的复杂性和成本(例如,硅错误导致多个带出)太高了,以至于不能放弃在虚拟环境中进行彻底的设计和验证。

好消息是,目前的最佳实践已经实现了数字孪生核心原则的某些方面。坏消息是,新的挑战已经出现,根本性的差距已经确定,迫使半导体供应商重新评估他们的开发流程和活动。

通往完全自主的道路需要一个数字双胞胎,以虚拟方式模拟系统,并将虚拟世界和物理世界连接起来。这种思维的转变给半导体供应商带来了新的影响和挑战,包括:

  • 模型的创建和交付
  • 集成商和供应商之间验证技术的紧密耦合
  • 真实数据反馈
  • 跨传统v模型的可追溯性

让我们仔细看看供应商面临的新挑战。

模型创建和交付

在虚拟环境中成功地设计和验证车辆取决于可用设计模型的准确性。业界已经看到了对这些集成电路精确模型的需求,而这些模型的创建和交付正迅速成为供应商的职能,因为制造商无法准确地模拟复杂半导体中实现的功能。

验证技术的更紧密耦合

公司总是力求跑得快,跑得准。通常,这些都被视为相反的力量,但事实并非如此。现有的验证技术允许原始设备制造商和供应商在各自的开发生命周期中协同工作。

自动化现实世界的反馈

目前,自动捕获和反馈真实数据还不常见,特别是在IC接口捕获的数据。SoC的复杂性、可配置性以及向软件定义平台的迁移使得在所有应用程序中测试完整的状态空间极具挑战性。因此,必须将在现实世界中捕获的数据反馈到开发生命周期中。此功能适用于反应性和预测性场景。

图2:从物理世界到虚拟世界的反馈循环。

在数字线程中建立可追溯性

可追溯性是数字线程的核心租户,从根本上说,半导体供应商必须考虑两种类型的可追溯性。

内部可追溯性包括跨生命周期活动的可跟踪性以及在每个生命周期阶段生成的数据。

外部的可追溯性是供应商和集成商之间的可追溯性。

到目前为止,经验丰富的汽车供应商已经通过手工流程和/或自主开发的基础设施来管理可追溯性。另一方面,刚接触汽车和安全关键流程的公司可能不需要证明其以前项目的可追溯性。事实上,西门子已经直接与半导体供应商进行了生命周期分析,在这些合作中收集到的见解突出表明,这些现有流程正在产生大量的开销。

图3:从需求到实现和验证的可追溯性。

过程还没有扩展到满足内部和外部可追溯性的要求。随着IC复杂性在压缩的市场窗口中上升,现在投资于现代数字线程的公司将处于成功的有利地位。

结论

随着汽车行业的发展,推动它发展的半导体供应商也必须如此。对传统供应链模式的颠覆,以及实现完全自主的道路,对供应商如何制造和交付硅产生了真正的影响。开始向现代数字孪生范式迁移的公司将在今天应对明天的挑战时处于有利地位。

幸运的是,通往现代数字双胞胎的旅程并不是一个全有或全无的决定。企业可以通过少量增量投资,以零碎的方式实现数字化转型的价值。西门子数字工业软件提供一套全面的解决方案,帮助企业在通往未来以电子为中心的汽车的道路上取得成功。

如果你想更详细地了解为什么数字孪生对你的业务很重要,数字孪生所提供的价值,以及它对半导体供应商的影响,请阅读我们的论文全文,剥洋葱的汽车IC数字双胞胎



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