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福特在开什么车

质量、安全和汽车电子的未来:与汽车巨头高级工程总监Jim Buczkowski的坦诚对话。

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福特汽车公司电气和电子系统研究及高级工程总监Jim Buczkowski接受了《半导体工程》杂志的采访,谈论了质量、安全、架构、包装和汽车的独特限制。以下是那次谈话的节选。

SE:随着越来越多的电子内容被包含在汽车中,你们现在正在处理哪些过去没有处理过的问题?

Buczkowski:在我们开始使用作为标准的一部分的集成电路之前,比如USB、WiFi和蓝牙,这个方向在汽车领域相当强劲。最近,由于一些IC设计想要超越消费者业务,而消费者业务的要求不像汽车业务那么严格,因此出现了质量问题。这仍然是少数情况。如果有人想要使用为消费市场设计的独特芯片,我们会仔细考虑我们使用它的风险是否低。例如,它不可能在动力系统环境中。它必须是为客户可以居住的环境,所以它不是在引擎盖下。半导体公司非常熟悉与封装相关的要求和热循环。我们的质量标准超过了消费者的典型要求,接近军队的标准。我们有军队的所有质量要求,但有消费市场的成本要求。

SE:随着我们建立更多的连接,对安全的担忧也在上升。你是怎么处理的?

Buczkowski:在防火墙和分区方面,我们确实从IT世界中存在的技术和架构方法中得到了启发。我们研究了一些与消费者网络方面的信息娱乐相关的部分,以及动力系统和刹车等车辆控制系统,我们在两者之间建立了防火墙,以便我们以非常可控的方式来回传递信息。如果用户端被入侵,那么访问车辆端的能力就非常有限。对于任何人来说,无论他们谈论的是企业还是嵌入式,如果他们认为自己拥有安全的完整答案,这是一个不太现实的观点。随着时间的推移,你必须继续改进系统。工作永远做不完。这是我们的首要任务。我们非常了解连接车辆的挑战,区分关键系统和非关键系统或信息系统。这是解决方案的一部分。很多这样的技术都来自IT行业,比如对来自外部的信息包进行签名,用于更新软件和类似的事情。 It’s not just simply loading a piece of software.

SE:考虑到大型IT部门发生的违规事件,这就足够了吗?

Buczkowski这些问题的根本原因千差万别。随着时间的推移,他们发现了一些技术漏洞,这就是为什么随着时间的推移,你必须坚持你的游戏。你必须不断寻找新的攻击类型和攻击面。但是,如果正确地实现,来自IT世界的许多系统都工作得很好。IT部门面临的许多挑战是当有人员参与时。我们必须确保保护好密码之类的东西。这些都很关键。我们必须在嵌入式层做同样的事情。我们正在与NIST(国家标准与技术研究所)和交通部合作,共享信息和最佳实践。我们需要不断更新有关威胁和各种技术的信息。

SE:将威胁降到最低的一个明显方法是只在授权经销商处进行更新。这现实吗?

Buczkowski:更新也可以是为了安全。我们必须有办法让他们更新,而不是找一个方便的时间去找经销商。更新系统很重要。当然,我们必须设计它,我们仍在研究如何设计安全性,使它真正安全。我们还优先考虑我们认为最需要更新的系统,保留安全系统,以便以后推出。但无线软件更新对消费者来说很重要,而不是把客户送回经销商那里获取每一个所需的安全补丁。

SE:当你开始在这些系统中添加额外的安全性和冗余时,你开始使用更多的能量。将来会不会有类似汽车上的暗硅材料,或者我们在消费类设备上发现的其他节能技术?

Buczkowski你会看到一种模式,至少在移动设备中使用硅的方式中是间接的,你可以关闭各种不需要的系统,只让那些在最低功率水平上监听的系统。让车辆一直联网意味着会有一些东西在使用。我们必须确保只有那些真正必要的系统在使用电力。看一段时间内的电力消耗,有很长一段时间电力不用了,你关闭了所有的系统。你可以利用这个人下次进入车辆的时间来唤醒它。我们将希望能够连接到车辆进行更新。但出于安全和隐私的考虑,所有的连接都将由客户控制。客户将有选择,他们可以选择加入或退出。但当涉及到功耗时,我们将设计这些系统,使我们只使用必要的功率来提供基本水平的通信。就像消费类设备中的芯片可以监听并关闭硅的高能耗部分一样,我们也将关闭汽车电气结构中的高能耗部分。 It’s creating a power-networking vehicle within the vehicle.

SE:这听起来就像是轮子上的数据中心。

Buczkowski:仅仅是操作车辆就需要大量的数据——模块之间的信号,与动力系统的通信,与转向系统的通信——因此,当车辆运行时,就会有大量的数据传输。即使在刹车或转向模块中也有很多潜在的非常有价值的数据,无论是系统的性能还是基于状态的维护诊断。能够为客户创造体验,如果我们看到组件出现异常磨损,我们可以预测并防止任何停机时间,因此我们可以提醒他们可能发生故障,这非常重要。创建能够导出信息的体系结构(无论是本地处理还是将其导出到外部处理)也是未来的趋势。

SE:我们谈论的数据量是多少?

Buczkowski我们研究了像刹车这样的东西,并做了研究,表明随着时间的推移,很多价值都是信息。这是一个巨大的数据量。什么是必须留在飞船上的,什么应该留在飞船上进行分析,以及我们应该把什么数据带离飞船?我们还没有决定是否将图像传送到太空,但如果我们这样做,压缩显然是重要的。不过,很多数据并不一定是可视化的。我们从传感器上收集了很多数据,这些传感器测量的是雷达的速度和ping信号等可变数据。

SE:所以你已经有了消费设备的所有问题,将其连接到云端的挑战,以及电源管理方面的问题?

Buczkowski这是相似还是不同,取决于你怎么看。我们有环路控制系统,甚至不需要司机参与。他们可能会收集数据以优化性能。如果你从导航信息中知道有一座山要来了,你就可以预测到位移。这可以在没有司机直接参与的情况下创造一个更顺畅的驾驶,但它确实依赖于连接。有一些好的地方,但你不能总是依赖于连接,所以你还必须处理这样一个事实,即信号可能消失,而系统仍然必须工作。

SE:让我们深入挖掘。您使用的是哪种芯片工艺节点?

Buczkowski: 35年前我刚开始工作时,硅的特征尺寸是微米级。即使在那个时候,我们也在推动1微米和0.5微米产量和性能的可靠性。今天,半导体产业已经走过了漫长的道路。他们可以设计出纳米级的硅,产量更好,更可靠。我们仍然落后于前沿,但已经不像过去那样了。在1微米和0.5微米时,进行了很多重新设计。芯片将从消费端进入,这是非常有限的,它将被重新设计用于汽车。如今,这种情况已经不多了。无论是消费类应用,还是工业或汽车应用,重新设计的过程都要少得多。大部分都是提前建模的,所以他们知道他们设计的过程必须支持零下40摄氏度到125摄氏度。 We still don’t end up on the bleeding edge, more because of cost than anything else. But if the devices being designed are at 22nm and the silicon industry can pay off the multi-billion fabs used to manufacture them, we will come in as the cost per wafer goes down.

SE:一些已建立的节点,如65nm和45nm,在电流方面存在相当大的泄漏。这种泄漏在高级节点得到了更好的控制FD-SOIfinFETs.这对你的选择有什么影响?

Buczkowski与过去相比,现在的不同之处在于,芯片制造商更加意识到汽车行业正在面临的挑战。我们不需要花很多时间去了解28、22和20纳米工艺的效率。他们了解未来五年汽车业将面临的挑战。他们在与我们合作方面有足够的经验,并且明白这部分最终要在汽车领域发挥作用,必须在这个过程中成熟,这里是需要做出的设计更改。作为一家汽车公司,我们不像以前那样过多地参与半导体的设计细节,因为当时他们不了解汽车,也没有为汽车级设计的设计工具。

SE:但与过去使用单个MCU或处理器时相比,您现在涉及的SoC规格要多得多,对吗?

Buczkowski:当然。不过,架构并不那么独特。当我开始研究16位和32位的动力系统控制时,我们做了自定义架构英特尔以及摩托罗拉芯片。今天,半导体制造商正在使用手臂内核。他们正在为我们设计模块并将它们拼凑在一起。与过去相比,现在有了更多的可重用性,完全定制甚至半定制的功能也少了很多,还有英特尔的和飞思卡尔世界上大多数人都明白,从SoC的角度来看,这就是汽车行业的人正在寻找的东西。这也适用于记忆,以及他们是否会将完整的记忆整合到飞机上。每个主要的半导体供应商都有汽车团队,他们随时掌握汽车行业的需求。

SE:你能从电子设备方面节省多少电力?节省的大笔资金在哪里?

Buczkowski我们不太关心电子产品在燃油经济性方面的节能问题,而是更关心电源和供电系统的大小。这些都受到执行器的很大影响。电动助力转向是能源消耗大户。里面有一些大马达。一些执行器比过去更高效,但它们仍然是相当大的能源消耗者。我们不担心soc作为能源的消费者,但我们确实担心当我们没有从内燃机中产生任何能量时的消耗。在电动汽车中,你必须一直担心电池的问题。问题是你给电池消耗了多少电量。执行器是12伏系统的大消费者,这就是为什么有48伏系统或分割电源的讨论,其中电子设备可以保持在低于12伏的电压下,执行器可以在更高的电压系统上,以减少电流。

SE:环境温度对SoC的效率有很大的影响。汽车里的其他部件都是一样的吗?

Buczkowski:取决于执行器或传感器。许多可以在整个温度范围内工作。但移动设备并非如此。一般来说,移动设备就在你的口袋里。即使是电动汽车的电池也会产生自热,必须散热。这确实会影响可靠性。这就是为什么我们的引擎盖下有125摄氏度的规格。但在这样的温度范围内,更多的是包装问题。半导体技术已经取得了长足的进步摩尔定律但包装和包装材料以及包装内的电线连接也是如此。我们已经取得了令人惊讶的进步,未来还会有更多的进展来抵御热冲击。都是关于材料科学的。

SE:五年后汽车的愿景是什么?它是可编程设备还是现成的?

Buczkowski:在更具战略意义的层面上,软件为我们的车辆差异化创造了更多的DNA。该软件将运行在有能力的平台上。它将像今天一样提供车辆的DNA,但它也将允许车辆随着时间的推移进行升级。这意味着硬件必须是可扩展的。软件升级的第一个迹象就是硬件不能被淘汰。我们在设计具有扩展功能的平台方面确实面临挑战,这样我们就可以充分利用我们在其上构建的软件。但软件将创造车辆的特征。它将使车辆能够随着时间的推移进行升级和发展。

SE:芯片方面重新浮出水面的一个概念是弹性。这是福特的未来吗?

Buczkowski当然,在硬件和软件层面都是如此。我们与航空航天业有过对话,他们正在考虑弹性,我在硬件层面和软件层面都听到过关于软故障的讨论。我们在ISO 26262和ASIL设计方面做了大量工作,以确保硬件和软件一起工作形成一个可靠的系统,具有一定的容错能力。在这个领域还有很多工作要做。



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