使汽车设计

汽车电子产品价格下跌,推动先进的芯片制造和创新设计方面,正在推动一个全新的水平整个汽车工业的需求。

介绍了创新的高端汽车市场在过去几年已经在实施更标准的汽车。变化的最大的司机在汽车电子行业,和这一趋势预计将继续在可预见的未来汽车制造商进军更大水平的辅助和自动驾驶。

随着越来越多的廉价电子设备技术逐渐应用于入门级车辆,它助长了对车载电子设备的需求的增加许多应用,如娱乐、导航、监控的条件下,对于事故预防,”Ranjit说Adhikary,负责营销的副总裁ClioSoft。

构建芯片市场最快的方法是利用已经创建其他芯片。但IP用于汽车应用程序是完全不同于使用者应用程序。这功能在苛刻的操作条件下的预期寿命10至15年。此外,IP在车辆必须遵守一套严格的但仍然发展法规,比如汽车功能安全标准所定义的ISO 26262。

“你55寸的纯平液晶电视在起居室里不太可能接受一个房间温度范围外的15°25°C,”汤姆Wong表示业务发展主任IP组节奏。“但一个信息娱乐系统,居住的小屋内一辆汽车,在正常操作条件下,可以看到温度在0°C的范围也许35°C-unless你碰巧把车到阿拉斯加的冬天或夏天莫哈韦沙漠。等汽车应用程序驻留在发动机舱内的ECU,会看到更高的温度。有一系列不同的温度分类由AEC-Q100定义为可靠性测试提供指导,芯片制造商和资格。”

此外,ADAS的出现和自动驾驶功能安全合规汽车soc和IP将成为一个要求,他说,这是ISO 26262标准功能及其相关ASIL水平相关。“IP供应商越来越被要求提供满足一定程度的IP ASIL准备。大部分的一级IP供应商和铸造厂是应对这一挑战和需求,并提供soc和IP ASIL-B兼容。更严格的系统可能需要支持ASIL-C / D准备。”

不同的IP出现
直到最近,第三方知识产权选择纯粹的功能和权力/性能特点的基础上,不管它是用于什么细分市场。时代已经变了。汽车行业现在有多个标准汽车的IP,并定期更新的标准。

“今天,一个关键领域,汽车IP和SoC商业和消费者产品需求稍稍偏离是安全,这是对新兴自主车辆应用程序尤其重要,”尼尔·斯特劳说,技术战略总监手臂的嵌入式和汽车业务单元。“这些类型的产品必须开发遵循严格的系统流程,通常定义为行业标准,包括ISO 26262。”

在车里,有多个应用程序域,每个处理由不同的芯片,以及在这些芯片的IP。这些芯片通常分为三类。

“首先,是更传统的单片机的范畴,广泛应用在整个汽车,”罗恩DiGiuseppe说,高级战略营销经理Synopsys对此的解决方案组。“他们是用于应用程序如动力系统管理、车身和底盘控制、操作窗口,安全气囊部署,这些在传统的生产,成熟的过程。应用程序处理器并不像高性能运行。可能是300或者400 MHz,有很多现有的供应商,没有创新,一般来说。”

第二个是娱乐的芯片。“基于多媒体的大量汽车,尤其是视频频道,一些客户部署多达12个高清视频通道芯片过程从不同的应用程序,“DiGiuseppe说。”这类信息娱乐芯片是更高的性能,生产的主要是在28 nm,但搬到16/14nm finFET-class设备。这些芯片包括大量的多媒体数据、视频和处理。他们仍然必须汽车等级,但因为他们是车辆舱室内,他们不必满足高温度等级要求的ecu的引擎做电力列车控制。有不同的需求,特别是温度和可靠性的需求。”

第三是ADAS处理器的新类。“这是一个新类的设备,允许车辆进展之间的不同级别的自动化,这是很多新发展集中的地方,”他说。“当你谈论汽车IP将进入一个ADAS处理器,首先你必须考虑这些处理器是什么做的。一般来说,他们是处理大量不同类型的传感器数据:雷达、激光雷达、图像传感器、摄像头数据,因为这些应用程序的处理,复杂的芯片,多媒体数据的数量,因此发展的类型是16 nm / 14 nm班上做设备,甚至走向7纳米类设备。的一些前沿ADAS处理器前往7海里。”

ADAS处理器还需要安全性至关重要的特性,因此ADAS芯片的IP积木需要符合汽车功能安全标准ISO 26262。

图1:无人驾驶概念车。来源:奔驰

进一步,即使在信息娱乐应用,长期可靠性是至关重要的。“这些芯片需要10到15年寿命,并从知识产权的角度来看,需要满足的特点特别是长期可靠性电迁移:你不想让一个错误开发基于电迁移失败,这可能是非常典型的商业芯片力量融入汽车应用程序。因此,必须旨在防止IP,并处理长期可靠性要求,比如电迁移,”DiGiuseppe补充道。

手臂粗呢衣服同意了。“汽车知识产权的一个重要方面是支持不同/更高的电迁移要求。其他定义的需求相比,电迁移需求尚未标准化。相反,他们通常是基于(通常是秘密)任务概要文件从系统集成商或汽车制造商,和没有公共的标准一些铸造厂或IP供应商定义了自己的使命。”

IP也必须全面到可以跨不同的应用程序重用在一辆车,和特定的足以做什么是必要的。

“在核心的功能,有效的IP可以从通用的构建块,精心“认可阿洛克说,高级产品营销经理Achronix半导体。“ADAS子系统可以由多个实例化等通用的RISC整数核心的手臂皮层,结合DSP图像处理的核心。存在大量的EDA工具,多核实现,他们往往最好的实例化一个架构,强调异构计算,如嵌入式FPGA。IP汽车总是与低功率,必须设计和许多应用程序对传动系和利用也必须为高电压设计的,而且必须召唤混合信号I / O和高速模拟和重要的数据转换解决。”

买家注意
可以如此热,新兴市场的机会,并不是一切都符合规格,新行业的公司都在努力开发满足规格的芯片。并不是所有的都成功,据业内人士。但商用IP可能会提供一些帮助。

“IP核心供应商,如手臂、节奏和Synopsys对此并使这些企业能够大幅度的减少开发时间,需要设计,验证,和发射安全性至关重要的soc由推出ASIL C / D(汽车安全完整性级别)ready-certified IPs许可,在IP在整个系统的单点故障小于3%或1%,”ClioSoft的Adhikary说。“获得一个ASIL C / D认证不是微不足道的。可能需要一年多,使用独立的认证机构。此外,IPs为汽车工业通过创建一个更严格的验证过程,包括故障引发的硅或软件故障,而且可以只要六到八个月超过一个典型的验证过程。”

这个影响基础设施数据和知识产权管理,因为知识产权发展汽车工业增添了新的挑战。“不再IP管理系统可以简单的存储库,简单的属性和类别援助IP搜索,“Adhikary说。”相反,他们必须能够跟踪各种IP通过他们的发展阶段和积累急需的以知识为基础的开发团队(包括软件团队——作为单一来源IP相关的所有数据。这包括规范、体系结构、问题验证结果,认证,讨论和决议。工程师继续前进,鉴于汽车所需的长寿命ICs,设计师需要一个系统,在那里他们可以找到一个IP相关的所有信息。例如,如果一个问题被发现,设计师需要能够浏览知识库的评估方法是否存在或者找到相关的信息,使快速解决。也变得非常关键跟踪IPs和它的许多变化IP子系统和soc的一部分,告知团队如果发现任何重要的问题。从许可的观点来看IP追踪也变得重要。随着公司购买第三方的IP或与其他公司建立合作关系,更重要的是比以往任何时候都有效地管理许可证来减轻负债和管理IP数据的安全性。”

铸造基金会
今天在SoC设计的基础数据和支持来自半导体制造商本身。出于这个原因,铸造厂和整个半导体生态系统之间的关系从来没有收紧。

为了支持汽车soc,铸造厂部署一系列不同的过程和几何图形支持汽车应用的多样性,抑扬顿挫的Wong说。

汽车批量生产的CMOS集成电路,包括high-K /金属门和finFETs对于更高级的节点,以及完全和部分耗尽SOI和bipolar-CMOS-DMOS流程。散装的设计互补金属氧化物半导体的范围可以从1µm 250海里/ 180海里,一直到16/14nm。PD-SOI徘徊在180 nm - 90 nm范围,和FD-SOI徘徊在28 nm最近推出了22纳米。先进节点散装CMOS芯片正在开发在65 nm, 40 nm和28 nm,使用16/14nm与更新的应用程序。甚至有讨论一些高级ADAS芯片10/7nm移动。

挑战是混合的长期可靠性和与崭新的前沿流程严格的温度要求。

“为了达到这些目标,铸造厂资格过程温度升高时,引入更健壮的金属栈和不同厚度来支持更高的电流密度和更低的电阻率,加强通过覆盖需求,并定义更严格的设计规则,如金属宽度和间距,通过冗余以及指南,”黄说。“所有这些项目旨在为汽车应用程序提供一个非常健壮的过程。”

黄以避免问题,建议客户质疑他们铸造的问题。(见下面的清单)

斯特劳德指出,每个人都在整个汽车供应链现在更多的参与,和分类的汽车知识产权不仅仅是工厂的责任。“这是一个转变,从更垂直的oem厂商,拥有自己的铸造厂,IP, soc,甚至有时系统设计,”他说。“现在,独立汽车铸造厂生产晶片设计。在过去几乎没有标准除了温度较高的支持。直到最近,一些铸造厂煽动更广泛的验收标准以IP列在他们的目录作为汽车IP,但这些要求代工厂之间的差异,最后是SoC设计的决定使用哪个IP。”

从工厂的角度来看,没有要求ISO / FMEDA MISRA指南之后,Achronix认可的。但设计是通过一个汽车制造商的可能性要大得多,如果有全面的文档的IP表明设计方法满足这些指导。“在大多数情况下,它在铸造人的利益来记录它的设计方法和遵循ISO和MISRA指南,如果只是因为核心成为更广泛的便携式和理解客户基础。”

铸造设计规则
设计考虑汽车铸造强加的soc和IP可以包括所有模拟设计需要SPICE-ed在高温(125 c Tj AEC-Q100 AEC-Q100 1级2级和150年Tj)因为生产IP运行在更高的温度范围比消费者ICs,注意节奏的黄。“所有标准单元库需要时机模型,支持更高和更广泛的温度范围。定时关闭将会更加困难。可靠性分析如EM / IR和老化分析长期可靠性需要执行。汽车设计必须遵循指导方针。在功能安全方面,分析了设计必须基于ISO 26262中定义的指导方针。安全手册和FMEDA报告需要提供。”

但是设计铸造指南将取决于汽车网络的部分被解决,Achronix认可的说。“ADAS、信息娱乐和传感器中心应用程序,积极high-K介质的特征尺寸CMOS工艺可能会期望,尤其对于复杂的SoC设计。在动力传动系统的应用,然而,当高压biCMOS过程有了更成熟的特征尺寸将优先考虑。应用程序的多样性在现代用户驱动或自主汽车意味着没有一个工艺是理想的一切,尽管前沿CMOS工艺适用于多核处理往往是最优的。”

设计师时还需要考虑不同的处理元素可以结合在一个单一的体系结构。“这不仅降低总体成本的实现,但可以帮助主要多核同质计算模块和协处理器之间的通信完成各种成像和网络任务,“认可说。“每次ADAS复杂必须为CPU芯片外,延迟明显增加。加强使用eFPGA或SoC的解决方案。”

处理标准
ISO 26262规定称为艺术的状态(SOA)过程方法。

“有很多需求文档和控制所有的证据,从与客户和供应商的最终版本的文档,”Joe Dailey表示,全球功能安全经理导师,西门子业务。“有需求捕获与分布式开发的接口;的创建和管理需求,包括跟踪验证;控制的配置设计和文档材料;和变更控制的所有部分的设计信息。还必须定义一个规划、规范和报告的验证和确认所有的努力设计架构和评估,实现和测试。流程和工具用于创建一个产品必须评估一个特定水平的信心。过程和工具的部分,不符合最高水平的信心,这一过程和工具必须进一步限定用于一个ISO 26262的发展。”

作为汽车soc资格的过程的一部分,铸造厂进行各种各样的活动,根据粗呢衣服。(见下表)

专业模拟铸造TowerJazz服务于汽车市场为汽车客户需求调整其铸造技术,高级主管阿莫勒解释Kalburge射频业务单元的战略营销TowerJazz。“例如,我们的硅锗和混合信号/电源管理技术用于高容量等使用者应用程序的智能手机,还是平板电脑也为汽车提供。“到目前为止,该公司已超过5亿ICs运往汽车客户。

Kalburge指出,一些汽车客户有更健壮的资格要求,性能、耐温性。“我们在必要时提供额外的特征,这些技术,这样他们就可以满足客户的要求,汽车应用。但并不是所有的汽车客户有特殊要求。所以在这种情况下,没有任何特殊的汽车需求,客户基本上需要的基线过程运行商用部分并添加筛选需求在产品层面。然后他们可以重新汽车市场的产品。”

在设计方面,与EDA公司是至关重要的,他说。“我们在此后提供额外的“鲁棒性”特性,检查设计鲁棒性标志对于某些错误,否则将被忽视或unflagged标准流。有很多定制设计和布局参与汽车行业和这些额外的健壮性特征捕捉这些错误在设计周期的早期,并最终导致批量生产更健壮的设计。”

结论
工程团队针对汽车应用程序有新挑战只是因为他们可能没有设计这个细分市场。它仍然是SoC设计、IP并非如此不同。至少就目前而言,汽车需求与流程节点无关。但复杂性上升甚至在旧的节点。

“虽然有如此多的谈论7海里,铸造业务的汽车是建立节点上,因为他们是健壮的、经过验证的技术,”Michael Buehler-Garcia说高级营销主任导师。“关键的区别是设计的复杂性。权力rails的数量,数量的岛屿,电压的IP是不可思议的。我们从来没想过,当我们第一次开始使用现在建立过程。这就是改变。虽然正在不断改进的过程,设计的复杂性抛出这些过程要高得多。”