汽車(chē)電子消費化，IP廠(chǎng)商的黃金時(shí)代來(lái)臨！

　　在過(guò)去，汽車(chē)工業(yè)一向對技術(shù)革新后知后覺(jué)，但顯然，現在時(shí)過(guò)境遷，昨日不再。籍由IP和SoC設計團隊針對當前變化莫測的汽車(chē)領(lǐng)域的傾心投入，當前的汽車(chē)集成了各種有趣的功能，并實(shí)現了前所未有的創(chuàng )造性。

　　Cadence的研究員Chris Rowen指出，從歷史上看，汽車(chē)電子和消費電子設備有很大的不同，但這種情況正在發(fā)生變化。

　　“這個(gè)變化主要表現在兩個(gè)方面。第一，開(kāi)始引入越來(lái)越有趣的技術(shù)，特別是ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統)、視覺(jué)系統、自動(dòng)駕駛以及越來(lái)越多的云信息服務(wù)。具有移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺的很多特點(diǎn)，但在計算能力上汽車(chē)電子要求更高，比如在汽車(chē)中安全關(guān)鍵的視覺(jué)系統中。而且，汽車(chē)電子確實(shí)在一些最具挑戰性的計算問(wèn)題上挑戰著(zhù)計算能力的極限，這體現在汽車(chē)行業(yè)更多有趣的功能、更強勁的增長(cháng)和更多的變化上?？紤]到汽車(chē)工業(yè)在過(guò)去的歷史中一向慢半拍，它很少被視為技術(shù)的前沿陣地，部分程度上因為設計周期很長(cháng)，也有部分原因在于它往往采用老舊的但工作溫度范圍更寬、產(chǎn)品生命周期更長(cháng)的電子技術(shù)?，F在，這種感覺(jué)越來(lái)越淡，汽車(chē)電子開(kāi)始變得越來(lái)越像熱點(diǎn)市場(chǎng)，這種感覺(jué)的變化很重要?！?/p>

　　Rowen指出，有一些技術(shù)需求非常有趣，其中有些反映在計算能力上。比如，高清或超高清分辨率的視覺(jué)系統中，可能需要每秒運算萬(wàn)億次的計算能力，這將從根本上推動(dòng)新架構的出現?！敖?jīng)過(guò)這么長(cháng)時(shí)間之后我們終于能說(shuō)，'噢，汽車(chē)現在比移動(dòng)設備云端服務(wù)器消費電子產(chǎn)品對數字架構的要求更苛刻'，這是相當有趣的事?！?/p>

　　不僅如此，除了計算能力之外，汽車(chē)電子設備還同時(shí)需要滿(mǎn)足嚴格的功率限制，而且汽車(chē)領(lǐng)域的設計任務(wù)對效率指標非常嚴苛。

　　當然，因為汽車(chē)蓄電池容量更大，所以從絕對數值上來(lái)看，汽車(chē)電子設備的功率預算比手機更大，但是，在熱管理和冷卻機制上，它同樣有很多約束。這樣一來(lái)，“你往往會(huì )發(fā)現困境在于，電子設備需要在極端的溫度范圍內工作，具有很高的功率密度但卻沒(méi)有傳統的空氣冷卻措施，這意味著(zhù)你必須特別留意能效問(wèn)題，特別是在計算密集型應用中，這種挑戰和您在手機/移動(dòng)設備中面臨的挑戰沒(méi)有太大的區別?！弊钪匾氖?，在汽車(chē)里，還有一些來(lái)自于像ISO 26262兼容性以及其他質(zhì)量標準的功能安全要求，這種要求來(lái)自于人們需要在汽車(chē)內部署壽命周期在20年或以上的設備。在工程學(xué)上，這是一種非?？量痰沫h(huán)境，遠遠超過(guò)了典型的移動(dòng)設備應用。

　　Synopsys公司ARC處理器的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Paul Garden表示，一些設計團隊更關(guān)注功耗問(wèn)題，一般來(lái)講，這取決于不同類(lèi)型的應用?！暗?，現在隨著(zhù)更多的電子功能被集成到汽車(chē)中，他們開(kāi)始越來(lái)越關(guān)心低功耗問(wèn)題，因為幾乎所有的部件都變成了電子產(chǎn)品。當你拿十年前的汽車(chē)和現在的汽車(chē)做比較時(shí)，那時(shí)很多零部件都是機械系統，而現在他們都變成了輔助電子設備的部件或者直接變成了電子設備。這反過(guò)來(lái)就增加了車(chē)上電子模塊的數量，從而增加了對動(dòng)力電池電量的消耗，在這種情形下，客戶(hù)肯定非常關(guān)注功耗問(wèn)題?！?/p>

　　對汽車(chē)領(lǐng)域的IP開(kāi)發(fā)者，這些問(wèn)題意味著(zhù)什么呢?

　　Ansys-Apache的產(chǎn)品工程和支持副總裁Aveek Sarkar觀(guān)察到，在汽車(chē)的大構架之下，存在著(zhù)若干個(gè)不同的市場(chǎng)。其中一個(gè)是信息娛樂(lè )系統中的芯片，當你從將很多IP集成為一個(gè)SoC的視角觀(guān)察，它就是一種應用處理器。除此之外，還有微控制器、模擬和射頻元件等。拿應用處理器來(lái)說(shuō)，當你針對移動(dòng)設備設計一個(gè)IP，同時(shí)期望可以把它引入汽車(chē)電子產(chǎn)品中時(shí)，可靠性需求是面臨的最重要的變化?？煽啃砸馕吨?zhù)電遷移，因為汽車(chē)的生命周期一般都比移動(dòng)設備高一個(gè)數量級，相應的芯片亦如是。-我們討論的應用處理器一般會(huì )選用較先進(jìn)的工藝節點(diǎn)-當針對這種工藝節點(diǎn)設計IP時(shí)，汽車(chē)的生命周期必須謹記在心。

　　Sarkar解釋?zhuān)娮赢a(chǎn)品不需要生存這么長(cháng)的時(shí)間?！昂苊黠@，你可以更換它，但是你肯定不想在正在駕駛汽車(chē)時(shí)更換它?？梢圆捎萌哂嗉夹g(shù)部分程度上解決這個(gè)問(wèn)題，但是仍需要對IP供應商提出一定的要求，以確保他們所產(chǎn)出的IP的可靠性 - 即使是像標準單元一類(lèi)的IP - 因為設計團隊針對電遷移做的大多數的檢查都停留在門(mén)級上。而IP供應商則需要深入到晶體管級上，并提供其標準單元的抽象給最終客戶(hù)。終端客戶(hù)一般不會(huì )過(guò)問(wèn)在單元內部實(shí)現了什么東西，這是IP供應商的工作。

　　在大多數情況下，IP供應商不需要過(guò)多地擔心標準單元，特別是28nm和之前的工藝?！暗且坏┠銓で蟾L(cháng)的生命周期，”Sarkar繼續說(shuō)道，“你現在要在更寬的溫度范圍下工作，所以需要開(kāi)始擔心設計單元時(shí)所用的幾何拓撲是否針對汽車(chē)應用進(jìn)行了優(yōu)化，在這里我所說(shuō)的還只是簡(jiǎn)單的反相器、與非門(mén)、寄存器之類(lèi)的東西，如果涉及到更復雜的比如flash之類(lèi)的存儲器件，問(wèn)題的復雜性也會(huì )隨之增加?！?/p>

　　與其他市場(chǎng)的重疊

　　汽車(chē)和其它一些市場(chǎng)存在很多交叉-首先映入腦海的是汽車(chē)信息娛樂(lè )系統和消費電子-同時(shí)，汽車(chē)有其自身的獨特性，并將隨時(shí)間的推移變得更加復雜。

　　Rowen指出，信息娛樂(lè )系統讓駕乘體驗變得更加舒適，但并沒(méi)有改變駕駛的本質(zhì)。但是，正在漸漸地向自動(dòng)駕駛的方向演進(jìn)的高級駕駛輔助系統是完全革命性的，需要與其他電子市場(chǎng)完全不同的技術(shù)。消費電子產(chǎn)品確實(shí)也包括手勢識別、具有面部識別的社交媒體以及其他諸如此類(lèi)的功能，但是到完全實(shí)時(shí)、安全關(guān)鍵以及非常復雜的視頻分析這個(gè)層面上，汽車(chē)比其他任何應用領(lǐng)域更能提供動(dòng)能-或者是通過(guò)用戶(hù)界面、安全應用或其他相關(guān)功能，汽車(chē)絕對存在一系列獨特的應用和技術(shù)需求。

　　除了處理器性能之外，汽車(chē)領(lǐng)域的特定要求還轉化為IP開(kāi)發(fā)以至能效問(wèn)題。

　　“怎樣在一兩瓦的功耗下實(shí)現每秒千億次運算是一個(gè)相當顯著(zhù)的挑戰?！彼麛嘌?，“由于設計流程和質(zhì)量功能安全要求-如ISO 26262-導致的與處理器相關(guān)的交付物不同，設計團隊必須能夠證明在設計的每個(gè)步驟上都考慮了安全性問(wèn)題，而且能夠支持一些特定的關(guān)鍵特征?，F在，不同的應用存在不同的要求，但在汽車(chē)應用中，你需要更加注意防止出現瞬態(tài)錯誤-所以錯誤檢查和糾正(ECC)變得更加重要。在一些應用中，為了保證魯棒性，存在多個(gè)處理器，處理器之間逐周期地進(jìn)行互檢，這時(shí)你需要在處理器間執行鎖步操作?！?/p>

　　這是一些只有在最具任務(wù)關(guān)鍵特性的可靠服務(wù)器應用中才會(huì )發(fā)現的情形。Rowen補充說(shuō)，“在某種程度上，我們目前正在尋找的是一個(gè)類(lèi)似于消費電子產(chǎn)品的低功耗平臺-因為在某種意義上，它覆蓋了很多多媒體處理。這將會(huì )導致對各種處理器的需求，包括用于視覺(jué)處理、語(yǔ)音處理和管理車(chē)內聲音的音頻處理的處理器，以及可靠和安全的車(chē)對車(chē)通信的無(wú)線(xiàn)處理器。最終，可以把這種需求歸結為計算能力和可靠性的組合，這將決定你在處理器中集成哪些組件?！?/p>

　　三大EDA公司都發(fā)現了蘊藏在汽車(chē)電子內、涵蓋工具/IP和軟件等的巨大機會(huì )，在Mentor Graphics那里，他們甚至還把觸角伸到了線(xiàn)束設計和實(shí)時(shí)操作系統的開(kāi)發(fā)。Cadence圍繞ADAS，進(jìn)行了IP、封裝、封裝建模、模擬接口設計以及在寬電壓和溫度范圍內工作的模擬和數字電路的集成開(kāi)發(fā)工作。而Synopsys則從平臺IP、內核、軟件、物理IP、庫、非易失性存儲器和其它技術(shù)切入汽車(chē)市場(chǎng)。

　　Synopsys的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Garden證實(shí)，為滿(mǎn)足ISO26262安全規范，需要在軟件和硬件上做出巨大的努力?！霸贓M SEP處理器中有一些硬件特征-比如奇偶校驗、錯誤糾正和一個(gè)可編程的看門(mén)狗定時(shí)器。所以這些硬件小特性都可以使那些構建子系統的用戶(hù)采用這些特征編寫(xiě)軟件，從而確保不會(huì )存在內存錯誤，以及軟件運行時(shí)不存在錯誤。在這個(gè)層次之上，是軟件開(kāi)發(fā)工具包?！?/p>

　　總體而言，滿(mǎn)足ISO26262不是一個(gè)小任務(wù)。Garden提到，“從組織團隊，到IP開(kāi)發(fā)，再到軟件、硬件和文檔，中間涉及很多事情，需要大量的時(shí)間和精力，才能形成一個(gè)工程師團隊可以使用的解決方案?！?/p>