與十年前相比，汽車能做的事情要多得多。如今的現(xiàn)代互聯(lián)汽車擁有許多便利的功能，從車道偏離警告到自動制動和自動泊車功能。在這個汽車數(shù)字化的新時代，我們需要大量的軟件與現(xiàn)有的硬件協(xié)同工作，為汽車的許多重要功能提供動力。

隨著汽車技術(shù)的不斷創(chuàng)新，汽車 SoC（片上系統(tǒng)）設(shè)計人員必須確保他們的設(shè)計符合必要的要求，以生產(chǎn)出越來越智能化的汽車，同時保證汽車在較長的使用壽命內(nèi)的可靠性。

汽車 SoC 設(shè)計所需的四個關(guān)鍵特性是可靠性、功能安全性 (FuSa)、質(zhì)量和安全性。請繼續(xù)閱讀，了解汽車芯片設(shè)計人員如何解決這些方面的問題。

優(yōu)化汽車性能，提高可靠性

當(dāng)今的現(xiàn)代汽車預(yù)計將運(yùn)行 15 年以上，因此車內(nèi)的 SoC 應(yīng)能在更長的時間內(nèi)提供可靠的性能。影響汽車芯片耐用性的因素有很多，包括工藝和電壓變化、老化引起的磨損故障、熱效應(yīng)、電遷移（EM）、靜電放電（ESD）以及電源變化等環(huán)境問題。為確保汽車的可靠性，設(shè)計人員必須滿足一項關(guān)鍵的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：AEC-Q100。這就要求每個汽車芯片在設(shè)計階段都要經(jīng)過壓力測試，以驗(yàn)證汽車系統(tǒng)是否能夠承受可能運(yùn)行的惡劣條件。

影響 SoC 可靠性的問題需要通過創(chuàng)新解決方案在 SoC 層面加以解決。例如，必須通過考慮 SoC 的應(yīng)力溫度、應(yīng)力電壓、壽命和開關(guān)活動（即 "任務(wù)曲線"）來檢查器件的老化情況。好的靜態(tài)時序分析 (STA) 解決方案可以全面、準(zhǔn)確地分析任務(wù)曲線。此外，自動設(shè)計穩(wěn)健性分析和優(yōu)化技術(shù)對于識別易受工藝變化或電壓變化影響的單元以防止時序故障至關(guān)重要。

設(shè)計人員還必須考慮信號和單元級電磁，以保證 SoC 的可靠性。半導(dǎo)體工藝代工廠會指定設(shè)計必須滿足的特定信號電磁要求，包括平均電流、有效值和峰值電流。對設(shè)計中通過導(dǎo)線的電流進(jìn)行精確建模、提取和計算，都是進(jìn)行正確電磁分析的必要組成部分。為了確定各種回轉(zhuǎn)和負(fù)載條件下的最大頻率，必須在庫特性分析期間對單元級電磁進(jìn)行建模。

此外，還可以利用片上監(jiān)控器來降低工作電壓，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性能曲線。這可以降低器件的電壓和溫度應(yīng)力，最終延長 SoC 的使用壽命。此外，持續(xù)的路徑邊際監(jiān)控還能提供寶貴的分析，從而優(yōu)化 SoC 性能。

增強(qiáng)功能安全性

汽車芯片制造商必須遵循特定的準(zhǔn)則，以確保安全關(guān)鍵型設(shè)備能夠在車內(nèi)合格運(yùn)行。汽車電子產(chǎn)品安全風(fēng)險的兩個潛在來源包括電磁效應(yīng)和硬件故障或系統(tǒng)故障（如不正確的實(shí)施或錯誤）造成的硅老化。為降低故障的安全風(fēng)險，汽車芯片制造商必須遵循 ISO 26262 功能安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提供了一套指導(dǎo)準(zhǔn)則，以確保安全關(guān)鍵型設(shè)備符合在汽車中使用的要求。ISO 26262 的實(shí)際應(yīng)用是以汽車安全完整性等級 (ASIL) 的形式進(jìn)行的，這是由該標(biāo)準(zhǔn)定義的一種風(fēng)險分類系統(tǒng)，旨在減少電氣和電子系統(tǒng)中的故障。

功能安全（FuSa）--涉及 FuSa 驗(yàn)證、分析和實(shí)施--是降低危害方法不可分割的一部分。作為從 RTL 到 GDS 流程的一部分，F(xiàn)uSa 的各個階段都能確保汽車的安全性，并帶來三個好處：安全合規(guī)的信心、通過減少工程工作量實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)率，以及通過增加周轉(zhuǎn)時間和提高功率、性能和面積 (PPA) 實(shí)現(xiàn)的效率。

此外，在為車輛設(shè)計故障安全硬件時，必須嚴(yán)格遵循硬件架構(gòu)指標(biāo)（如 SPFM、LFM 和 PMHF）。為解決隨機(jī)故障，在 IP、子系統(tǒng)和 SoC 層面的診斷分析（FMEDA）可在依賴性故障分析（DFA）的幫助下起到預(yù)防作用。可追溯性和設(shè)計故障模式及影響分析 (DFMEA) 等技術(shù)對于解決系統(tǒng)性故障至關(guān)重要。這些指標(biāo)將有助于識別和解決設(shè)計中的錯誤，從而使車輛更符合功能安全準(zhǔn)則。

解決缺陷，實(shí)現(xiàn)最高質(zhì)量

從潛在缺陷、工藝變化到工藝污染物等各種因素都會影響芯片設(shè)計和汽車 SoC 的質(zhì)量。在設(shè)計進(jìn)入測試階段時，可接受的缺陷數(shù)量是有嚴(yán)格限制的。在設(shè)備的整個生命周期中，必須持續(xù)進(jìn)行測試，以確保不會出現(xiàn)過多的關(guān)鍵缺陷。

然而，在不斷進(jìn)行測試的同時，汽車芯片制造商也必須面對各種障礙：

時間：測試程序耗費(fèi)大量人力和時間。

成本：徹底測試芯片的成本越來越高。

空間：多個監(jiān)控實(shí)例和測試設(shè)計（DFT）占用大量空間。

全面的測試計劃對于應(yīng)對這些挑戰(zhàn)至關(guān)重要。這包括有效的高級故障建模工具、高級壓縮和缺陷驅(qū)動的內(nèi)存測試、高效實(shí)施的高級工具以及可生成實(shí)時分析的片上監(jiān)控。

維護(hù)汽車安全

雖然安全問題是所有行業(yè)都關(guān)注的問題，但汽車中的芯片一旦受損，就會造成生死攸關(guān)的影響。用于應(yīng)用程序升級的新無線 (OTA) 軟件更新只是汽車潛在漏洞領(lǐng)域的一個例子。除了 ISO 26262 功能安全標(biāo)準(zhǔn)外，汽車芯片制造商還必須遵守 ISO/SAE 21434 公路車輛 - 網(wǎng)絡(luò)安全工程，該標(biāo)準(zhǔn)提供了以下框架，以保護(hù)車輛免受惡意攻擊：

持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測

基于項目的網(wǎng)絡(luò)安全管理

產(chǎn)品開發(fā)概念中的網(wǎng)絡(luò)安全和道路車輛的后開發(fā)階段

相關(guān)風(fēng)險評估方法

持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)安全活動

安全管理

在車輛的整個生命周期內(nèi)，汽車制造商必須制定保護(hù)車輛免受不斷演變的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞攻擊的流程。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的幾種方法包括抗攻擊設(shè)計，如屬性檢查、模擬和規(guī)則檢查，以及物理不可克隆功能（PUF）、抗探針設(shè)計、邏輯鎖定和水印。最后，對攻擊進(jìn)行硅前模擬可以區(qū)分漏洞，并確認(rèn)緩解措施是否成功。

隨著汽車 SoC 設(shè)計人員不斷開發(fā)和增強(qiáng)軟件定義汽車的先進(jìn)功能，實(shí)現(xiàn)這些功能的芯片必須滿足可靠性、安全性、質(zhì)量和安全要求，使我們的道路更安全，我們的汽車更智能。

審核編輯：黃飛