2022年9月，由Design & Reuse主辦的 IP SoC China 2022在線上召開。本次活動(dòng)旨在推廣 IP（硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)）以及相關(guān) IP 的電子系統(tǒng)，促進(jìn)全球知識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)共享，為電子行業(yè)創(chuàng)新提供源源不斷的新動(dòng)力。 ? ?

芯耀輝受邀出席本次線上虛擬大會(huì)，由芯耀輝技術(shù)支持總監(jiān)劉好朋為觀眾帶來《IP助力汽車電子SoC發(fā)展》的主題演講，分析市場(chǎng)趨勢(shì)，解鎖IP車規(guī)應(yīng)用的創(chuàng)新思路。以下為演講內(nèi)容整理，歡迎點(diǎn)擊“閱讀原文”直擊演講現(xiàn)場(chǎng)。

汽車電子市場(chǎng)簡(jiǎn)述和趨勢(shì)分析

過去15年，生活中的電子設(shè)備經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單功能到復(fù)雜應(yīng)用的智能化過程，依賴于最新的基礎(chǔ)技術(shù)如5G、人工智能、高帶寬、核心網(wǎng)絡(luò)等，智能設(shè)備可以隨時(shí)處理復(fù)雜場(chǎng)景和功能。

智能汽車是搭載先進(jìn)傳感系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，運(yùn)用信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)，具有部分或完全自動(dòng)駕駛功能，由單純交通運(yùn)輸工具逐步向智能移動(dòng)空間轉(zhuǎn)變的新一代汽車。

圖1

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)研報(bào)（圖1），在經(jīng)歷了2019年、2020年汽車銷量的負(fù)增長(zhǎng)后，2021年中國(guó)汽車總銷量為2,610萬輛，同比增長(zhǎng)3.1%。在接下來幾年的連續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)下，2025年中國(guó)汽車市場(chǎng)銷量有望達(dá)到3000萬輛左右。由于汽車的平均單價(jià)高，這將是一個(gè)基數(shù)龐大的存量市場(chǎng)。

汽車電動(dòng)化和智能化推動(dòng)汽車芯片的強(qiáng)烈需求，如圖2所示，2020年，我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)功能新車滲透率達(dá)48.8%，預(yù)計(jì)到2025年，新車滲透率可以達(dá)到75.9%，實(shí)現(xiàn)真正意義上的普及。

圖2 ? ?

同時(shí)，汽車電動(dòng)化也為汽車半導(dǎo)體提供了新的增長(zhǎng)空間。按照單車半導(dǎo)體價(jià)值測(cè)算的傳統(tǒng)燃油車的半導(dǎo)體平均價(jià)值量為417美元；48V/微混型汽車相較傳統(tǒng)燃油車半導(dǎo)體單車價(jià)值量增加了114美元；全混/插電式類型車的半導(dǎo)體增加了368美元；純電動(dòng)型車的半導(dǎo)體增加了358美元，估計(jì)特斯拉單車增量在400美元左右。智能汽車引入了如車身控制、動(dòng)力安全、自動(dòng)駕駛、智能座艙等多種新功能，這些功能都需要大量的芯片來提供支持。從自動(dòng)駕駛等級(jí)來看，L1/L2的芯片價(jià)值約為100-150美元，L3可以達(dá)到600美元，L4/L5更是可以達(dá)到900甚至是1,200美元。所以汽車電子芯片特別是自動(dòng)駕駛芯片，已經(jīng)成為本土廠商角逐的主戰(zhàn)場(chǎng)。

除此以外，智能座艙也是汽車智能化的主要增量市場(chǎng)。根據(jù) ICVtank 預(yù)測(cè)，到2026年，全球自動(dòng)駕駛市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)687億美元，CAGR達(dá)25.4%，智能座艙市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)440億美元，CAGR約11.3%，中國(guó)市場(chǎng)年復(fù)合增速達(dá)11.6%，領(lǐng)先全球增長(zhǎng)。智能汽車領(lǐng)域有很多細(xì)分市場(chǎng)帶來新的機(jī)遇，比如屏顯、頭上顯示、智能環(huán)視、域控制器、自動(dòng)駕駛等。自主車企和零部件供應(yīng)商有望實(shí)現(xiàn)彎道超車，本土廠商在崛起的同時(shí)也不得不面對(duì)傳統(tǒng)汽車芯片和新興消費(fèi)芯片巨頭的競(jìng)爭(zhēng)，芯耀輝的優(yōu)勢(shì)在于立足本土，深刻理解市場(chǎng)和應(yīng)用需求，與國(guó)內(nèi)主機(jī)廠聯(lián)合開發(fā)，這樣就能在成本和性能上具有較大優(yōu)勢(shì)。

智能化推動(dòng)汽車電子芯片SoC化

汽車架構(gòu)經(jīng)歷了分布式到域集中式的發(fā)展，之后會(huì)向中央計(jì)算式演進(jìn)，總的趨勢(shì)是ECU的數(shù)量在不斷的減少，控制和計(jì)算不斷中心化，未來更是會(huì)實(shí)現(xiàn)本地和云的協(xié)同化。每一輛車都是一個(gè)流動(dòng)的數(shù)據(jù)終端，時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程的協(xié)同運(yùn)算和控制，實(shí)現(xiàn)車和車之間、車和各種基礎(chǔ)設(shè)施間的實(shí)時(shí)通信，這些趨勢(shì)都在推動(dòng)汽車芯片設(shè)計(jì)SoC化。

以智能座艙為例，國(guó)外的廠商如高通、三星、英特爾，國(guó)內(nèi)的廠商如地平線、芯馳等爭(zhēng)先推出新品，CPU、GPU的算力不斷提升。以高通8155的7nm工藝芯片為例，加入NPU，算力可以達(dá)到4TOPS；車廠還逐步在引入高通8295的5nm工藝芯片，其性能提升最明顯的仍是NPU，NPU的強(qiáng)化極大的提升了智能化和用戶的體驗(yàn)，這是智能座艙的主要發(fā)展方向之一。

自動(dòng)駕駛更是算力為王。以英偉達(dá)為代表的非傳統(tǒng)汽車芯片廠商大力發(fā)布新品，快速占領(lǐng)市場(chǎng)，高通也是不遺余力。如圖3的算力排行榜所示，高通的混合方案排名第1，第2名到第6名被英偉達(dá)占據(jù)，除了深度學(xué)習(xí)的算力和效能外，自動(dòng)駕駛芯片還要求支持多種傳感器的輸入、軟件開發(fā)的便利性、獲得功能安全認(rèn)證和提供完整開放的解決方案，可見汽車電子芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)并非易事。

圖3（來源：Yole、英偉達(dá)、

中?公司研究部、云岫資本整理）

汽車電子SOC芯片接口IP的挑戰(zhàn)和解決方案

以復(fù)雜的自動(dòng)駕駛芯片為例（圖4），將主流的ADAS芯片做一個(gè)多維度的比較。目前，單芯片算力達(dá)到200TOPS以上，能效比也在3以上，普遍是16nm以下工藝，最高可達(dá)5nm。接口IP是其中最復(fù)雜的部分，包括了像LPDDR、PCIe、以太網(wǎng)、MIPI、顯示接口HDMI以及通用的USB接口等。這些接口IP的配置和主流手機(jī)非常接近，但規(guī)格上要晚一代。這是由于技術(shù)更加成熟、可靠性更高、供應(yīng)更穩(wěn)定。這也印證了車規(guī)SoC開發(fā)周期遠(yuǎn)大于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，再考慮到上市前的復(fù)雜的測(cè)試過程，普通的消費(fèi)者體驗(yàn)的時(shí)間還會(huì)更晚。

圖4 ? ?

圖5是汽車電子核心總線接口的演變和發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)SAE按照車上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能把汽車網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)不同的等級(jí)。這些總線適用于汽車的不同部件和應(yīng)用，隨著汽車的發(fā)展，這些總線的技術(shù)出現(xiàn)了瓶頸。一些消費(fèi)電子成熟的技術(shù)已經(jīng)漸漸的移植到了汽車中，比如車載以太網(wǎng)的興起；結(jié)合IEEE提出的TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）一系列的標(biāo)準(zhǔn)，TSN在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，用精準(zhǔn)的時(shí)間同步通過保障帶寬來限制傳輸延遲，提供高級(jí)別服務(wù)質(zhì)量以支持各種基于音視頻的媒體的應(yīng)用。車載以太網(wǎng)有望在2025年達(dá)到25Gbps的高帶寬，車上還引入了多媒體接口，比如像LVDSMIPI、HDMI、DP，還有MIPI組織現(xiàn)在正在推廣的A-PHY，以及可拓展的接口比如：PCIe、USB等。總之，帶寬越來越高，功能越來越復(fù)雜，迭代越來越快，總線和接口的需求有多元化的趨勢(shì)。

圖5

汽車電子需要車規(guī)工藝，同樣也需要車規(guī)IP，然而車規(guī)IP和消費(fèi)電子IP差別很大。

首先是可靠性的區(qū)別。車規(guī)根據(jù)等級(jí)不同，環(huán)境溫度的容限差別非常大，在使用壽命和失效率方面差別也很明顯。AEC組織有很多不同的標(biāo)準(zhǔn)，適用于芯片IP，業(yè)界廣泛使用的是ACE-Q100的車規(guī)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，汽車電子的設(shè)計(jì)使用壽命至少是10年，一般會(huì)以15年以上，失效率在使用壽命期基本上是在1ppm，也就是百萬分之一以下。

車規(guī)IP的可靠性要求相較于消費(fèi)類IP，會(huì)有大量的、額外的復(fù)雜工作。主要是在工作溫度、耐久性和可靠度上的差異，詳見圖6。不同的Tier 1 廠商對(duì)于Mission Profile的定義也不盡相同，作為IP廠商也有自己的獨(dú)到見解。芯耀輝會(huì)與客戶、foundry合作，共同定義切合實(shí)際的Mission Profile，并結(jié)合車規(guī)的工藝和車規(guī)相關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的仿真驗(yàn)證，這也間接的延長(zhǎng)了車規(guī)芯片的開發(fā)周期。

圖6 ?

圖7 ? ?

功能安全性對(duì)于車規(guī)級(jí)芯片也是至關(guān)重要的（圖7），特別是對(duì)人身安全有關(guān)聯(lián)的部件和模組，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義了ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范不同的安全等級(jí)。由QM開始，每一級(jí)別的SPFM和LFM逐級(jí)提高，帶來更低的隨機(jī)硬件故障率。以此來看對(duì)IP的要求，就像可靠性AEC-Q100那樣需要很多的額外工作和流程的介入。IP重用的好處就是可以隱去中間巨量的繁瑣過程和時(shí)間開銷。最終用戶可以從IP供應(yīng)商處獲得 safety package，包含了像DFMEA、FMEDA、Safety Manual、認(rèn)證證書等，這樣可以大大的加速車規(guī)芯片的開發(fā)進(jìn)程。

為了提升功能安全性一般會(huì)采用兩種策略，一種是保護(hù)性的設(shè)計(jì)，另外一種是冗余性的設(shè)計(jì)。保護(hù)性的方法多種多樣，實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜，但具有針對(duì)性強(qiáng)，效率高的特點(diǎn)，如適用于片上存儲(chǔ)的ECC糾錯(cuò)、存儲(chǔ)器BIST優(yōu)化、數(shù)據(jù)包CRC檢錯(cuò)、Watchdog防鎖死、執(zhí)行單元的lockstep等。冗余設(shè)計(jì)的方法就相對(duì)比較簡(jiǎn)單，適用面也廣，但是成本開銷就大。業(yè)界通常會(huì)將兩種方法融合使用，各取所長(zhǎng)。

總結(jié)來說，車規(guī)級(jí)SoC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包含了以下幾個(gè)方面，可控制質(zhì)量和可溯源的質(zhì)量管理體系QMS、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的可靠性設(shè)計(jì)AEC-Q100、功能安全性設(shè)計(jì)ISO 26262、流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的審查報(bào)告、簽合交付件和第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的評(píng)估報(bào)告或者認(rèn)證證書。

芯耀輝作為本土 IP 廠商，通過優(yōu)異的IP解決方案助力汽車電子SoC芯片設(shè)計(jì)跨越三重挑戰(zhàn)。

針對(duì)苛刻的PPA要求、穩(wěn)定性、可靠性、互操作性、協(xié)議兼容性要求，芯耀輝采用了業(yè)界最成熟的驗(yàn)證方法學(xué)和IP架構(gòu)，專注IP質(zhì)量和完整解決方案，依靠完整的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證平臺(tái)，專業(yè)的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。

針對(duì)車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)要求，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)如：AEC-Q100、ISO26262、IATF 16949，我們提供符合車規(guī)的工作溫度、耐用性、可靠度要求的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)和冗余設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)流程符合嚴(yán)格的質(zhì)量管理要求。

針對(duì)用戶集成和實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，如：子系統(tǒng)集成、高速接口系統(tǒng)級(jí)SI/PI設(shè)計(jì)、第三方車規(guī)審查和評(píng)估,我們可以提供車規(guī)IP子系統(tǒng)集成、車規(guī)SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能分析和芯片調(diào)試，以符合車規(guī)測(cè)試的要求。

圖8 ? ?

車規(guī)級(jí)接口IP是汽車電子SoC設(shè)計(jì)的重要基石。芯耀輝完整的車規(guī)級(jí)接口IP解決方案賦能國(guó)產(chǎn)自主車規(guī)級(jí)SoC芯片的開發(fā)，推動(dòng)了中國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)的自主可控。除了汽車電子領(lǐng)域，芯耀輝在數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域都能提供一站式接口IP的解決方案，賦能各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域SoC的國(guó)產(chǎn)化浪潮。

編輯：黃飛

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