在過去,，汽車工業(yè)一向?qū)夹g(shù)革新后知后覺，但顯然,，現(xiàn)在時過境遷,，昨日不再,。籍由IP和SoC設(shè)計團(tuán)隊針對當(dāng)前變化莫測的汽車領(lǐng)域的傾心投入，當(dāng)前的汽車集成了各種有趣的功能,，并實現(xiàn)了前所未有的創(chuàng)造性,。
Cadence的研究員Chris Rowen指出，從歷史上看,，汽車電子和消費電子設(shè)備有很大的不同,，但這種情況正在發(fā)生變化。
“這個變化主要表現(xiàn)在兩個方面,。第一,，開始引入越來越有趣的技術(shù)，特別是ADAS(先 進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)),、視覺系統(tǒng),、自動駕駛以及越來越多的云信息服務(wù)。具有移動和物聯(lián)網(wǎng)平臺的很多特點,，但在計算能力上汽車電子要求更高,，比如在汽車中安全關(guān) 鍵的視覺系統(tǒng)中。而且,，汽車電子確實在一些最具挑戰(zhàn)性的計算問題上挑戰(zhàn)著計算能力的極限,，這體現(xiàn)在汽車行業(yè)更多有趣的功能、更強勁的增長和更多的變化上,。 考慮到汽車工業(yè)在過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(shè)計周期很長,，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)品生命周期更長的電子技術(shù)?，F(xiàn)在,，這種感覺越來越淡，汽車電子開始變得越來越像熱點市場,，這種感覺的變化很重要,。”
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系統(tǒng)中,，可能需要每秒運算萬億次的計算能力，這將從根本上推動新 架構(gòu)的出現(xiàn),?！敖?jīng)過這么長時間之后我們終于能說，'噢，汽車現(xiàn)在比移動設(shè)備云端服務(wù)器消費電子產(chǎn)品對數(shù)字架構(gòu)的要求更苛刻',，這是相當(dāng)有趣的事,。”
不僅如此,，除了計算能力之外,，汽車電子設(shè)備還同時需要滿足嚴(yán)格的功率限制，而且汽車領(lǐng)域的設(shè)計任務(wù)對效率指標(biāo)非常嚴(yán)苛,。
當(dāng)然,，因為汽車蓄電池容量更大，所以從絕對數(shù)值上來看,，汽車電子設(shè)備的功率預(yù)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， “你往往會發(fā)現(xiàn)困境在于,，電子設(shè)備需要在極端的溫度范圍內(nèi)工作,，具有很高的功率密度但卻沒有傳統(tǒng)的空氣冷卻措施，這意味著你必須特別留意能效問題,，特別是 在計算密集型應(yīng)用中,，這種挑戰(zhàn)和您在手機/移動設(shè)備中面臨的挑戰(zhàn)沒有太大的區(qū)別?！弊钪匾氖?，在汽車?yán)铮€有一些來自于像ISO 26262兼容性以及 其他質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的功能安全要求,，這種要求來自于人們需要在汽車內(nèi)部署壽命周期在20年或以上的設(shè)備,。在工程學(xué)上，這是一種非?？量痰沫h(huán)境,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了典型的 移動設(shè)備應(yīng)用。
Synopsys公 司ARC處理器的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Paul Garden表示,，一些設(shè)計團(tuán)隊更關(guān)注功耗問題,，一般來講，這取決于不同類型的應(yīng)用,?！暗牵F(xiàn)在隨著更多的電子 功能被集成到汽車中,，他們開始越來越關(guān)心低功耗問題,，因為幾乎所有的部件都變成了電子產(chǎn)品,。當(dāng)你拿十年前的汽車和現(xiàn)在的汽車做比較時，那時很多零部件都是 機械系統(tǒng),，而現(xiàn)在他們都變成了輔助電子設(shè)備的部件或者直接變成了電子設(shè)備,。這反過來就增加了車上電子模塊的數(shù)量，從而增加了對動力電池電量的消耗,，在這種 情形下,，客戶肯定非常關(guān)注功耗問題?！?/p>
對汽車領(lǐng)域的IP開發(fā)者,，這些問題意味著什么呢?
Ansys-Apache的 產(chǎn)品工程和支持副總裁Aveek Sarkar觀察到，在汽車的大構(gòu)架之下,，存在著若干個不同的市場,。其中一個是信息娛樂系統(tǒng)中的芯片，當(dāng)你從將很多IP 集成為一個SoC的視角觀察,，它就是一種應(yīng)用處理器,。除此之外，還有微控制器,、模擬和射頻元件等,。拿應(yīng)用處理器來說，當(dāng)你針對移動設(shè)備設(shè)計一個IP,，同時 期望可以把它引入汽車電子產(chǎn)品中時,，可靠性需求是面臨的最重要的變化?？煽啃砸馕吨娺w移,，因為汽車的生命周期一般都比移動設(shè)備高一個數(shù)量級，相應(yīng)的芯片 亦如是,。-我們討論的應(yīng)用處理器一般會選用較先進(jìn)的工藝節(jié)點-當(dāng)針對這種工藝節(jié)點設(shè)計IP時,，汽車的生命周期必須謹(jǐn)記在心。
Sarkar解釋,，電子產(chǎn)品不需要生存這么長的時間?！昂苊黠@,，你可以更換它，但是你肯定不想在正在駕駛汽車時更換它,?？梢圆捎萌哂嗉夹g(shù)部分程度上解決這 個問題，但是仍需要對IP供應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)單元一類的IP - 因為設(shè)計團(tuán)隊針對電遷移做的大多 數(shù)的檢查都停留在門級上,。而IP供應(yīng)商則需要深入到晶體管級上,，并提供其標(biāo)準(zhǔn)單元的抽象給最終客戶。終端客戶一般不會過問在單元內(nèi)部實現(xiàn)了什么東西,，這是 IP供應(yīng)商的工作,。
在大多數(shù)情況下，IP供應(yīng)商不需要過多地?fù)?dān)心標(biāo)準(zhǔn)單元,，特別是28nm和之前的工藝,。“但是一旦你尋求更長的生命周 期,，”Sarkar繼續(xù)說道,，“你現(xiàn)在要在更寬的溫度范圍下工作，所以需要開始擔(dān)心設(shè)計單元時所用的幾何拓?fù)涫欠襻槍ζ噾?yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,，在這里我所說的 還只是簡單的反相器,、與非門、寄存器之類的東西,，如果涉及到更復(fù)雜的比如flash之類的存儲器件,，問題的復(fù)雜性也會隨之增加?！?/p>
與其他市場的重疊
汽車和其它一些市場存在很多交叉-首先映入腦海的是汽車信息娛樂系統(tǒng)和消費電子-同時,，汽車有其自身的獨特性，并將隨時間的推移變得更加復(fù)雜,。
Rowen指出,，信息娛樂系統(tǒng)讓駕乘體驗變得更加舒適，但并沒有改變駕駛的本質(zhì),。但是,，正在漸漸地向自動駕駛的方向演進(jìn)的高級駕駛輔助系統(tǒng)是完全革命性 的，需要與其他電子市場完全不同的技術(shù),。消費電子產(chǎn)品確實也包括手勢識別,、具有面部識別的社交媒體以及其他諸如此類的功能，但是到完全實時,、安全關(guān)鍵以及 非常復(fù)雜的視頻分析這個層面上,，汽車比其他任何應(yīng)用領(lǐng)域更能提供動能-或者是通過用戶界面、安全應(yīng)用或其他相關(guān)功能,，汽車絕對存在一系列獨特的應(yīng)用和技術(shù) 需求,。
除了處理器性能之外，汽車領(lǐng)域的特定要求還轉(zhuǎn)化為IP開發(fā)以至能效問題,。
“怎樣在一兩瓦的功耗下實現(xiàn)每秒千億 次運算是一個相當(dāng)顯著的挑戰(zhàn),。”他斷言,，“由于設(shè)計流程和質(zhì)量功能安全要求-如ISO 26262-導(dǎo)致的與處理器相關(guān)的交付物不同,，設(shè)計團(tuán)隊必須能夠證 明在設(shè)計的每個步驟上都考慮了安全性問題,，而且能夠支持一些特定的關(guān)鍵特征。現(xiàn)在,，不同的應(yīng)用存在不同的要求,，但在汽車應(yīng)用中，你需要更加注意防止出現(xiàn)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(yīng)用中,，為了保證魯棒性，存在多個處理器,，處理器之間逐周期地進(jìn)行互檢,，這時你需要在處理器間 執(zhí)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(yīng)用中才會發(fā)現(xiàn)的情形,。Rowen補充說，“在某種程度上,，我們目前正在 尋找的是一個類似于消費電子產(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。這將會導(dǎo)致對各種處理器的需求,，包括用于視覺處理,、語音處理和 管理車內(nèi)聲音的音頻處理的處理器，以及可靠和安全的車對車通信的無線處理器,。最終,，可以把這種需求歸結(jié)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(xiàn)了蘊藏在汽車電子內(nèi)、涵蓋工具/IP和軟件等的巨大機會,，在Mentor Graphics那里,，他們甚至還把觸角伸到了線束設(shè)計和實時操作系統(tǒng)的開發(fā)。Cadence圍繞ADAS,，進(jìn)行了IP,、封裝、封裝建模,、模擬接口設(shè)計以及在寬電壓和溫度范圍內(nèi)工作的模擬和數(shù)字電路的集成開發(fā)工作,。而Synopsys則從平臺IP、內(nèi)核,、軟件、物理IP,、庫,、非易失性存儲器和其它技術(shù)切入汽車市場,。
Synopsys的 產(chǎn)品營銷經(jīng)理Garden證實，為滿足ISO26262安全規(guī)范,，需要在軟件和硬件上做出巨大的努力,。“在EM SEP處理器中有一些硬件特征-比如奇偶 校驗,、錯誤糾正和一個可編程的看門狗定時器,。所以這些硬件小特性都可以使那些構(gòu)建子系統(tǒng)的用戶采用這些特征編寫軟件，從而確保不會存在內(nèi)存錯誤,，以及軟件 運行時不存在錯誤,。在這個層次之上，是軟件開發(fā)工具包,?！?/p>
總體而言，滿足ISO26262不是一個小任務(wù),。Garden提到,，“從組織團(tuán)隊，到IP開發(fā),，再到軟件,、硬件和文檔，中間涉及很多事情,，需要大量的時間和精力,，才能形成一個工程師團(tuán)隊可以使用的解決方案?！?/p>