汽車電子消費(fèi)化，IP廠商的黃金時(shí)代來臨！

　　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(shí)過境遷，昨日不再。籍由IP和SoC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對(duì)當(dāng)前變化莫測(cè)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(shí)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(fèi)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(gè)變化主要表現(xiàn)在兩個(gè)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(dòng)駕駛以及越來越多的云信息服務(wù)。具有移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的很多特點(diǎn)，但在計(jì)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(shí)在一些最具挑戰(zhàn)性的計(jì)算問題上挑戰(zhàn)著計(jì)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(qiáng)勁的增長(zhǎng)和更多的變化上?？紤]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?yàn)樵O(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，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(zhǎng)的電子技術(shù)。現(xiàn)在，這種感覺越來越淡，汽車電子開始變得越來越像熱點(diǎn)市場(chǎng)，這種感覺的變化很重要?！?/p>

　　Rowen指出，有一些技術(shù)需求非常有趣，其中有些反映在計(jì)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(yùn)算萬億次的計(jì)算能力，這將從根本上推動(dòng)新架構(gòu)的出現(xiàn)?！敖?jīng)過這么長(zhǎng)時(shí)間之后我們終于能說，'噢，汽車現(xiàn)在比移動(dòng)設(shè)備云端服務(wù)器消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)數(shù)字架構(gòu)的要求更苛刻'，這是相當(dāng)有趣的事?！?/p>

　　不僅如此，除了計(jì)算能力之外，汽車電子設(shè)備還同時(shí)需要滿足嚴(yán)格的功率限制，而且汽車領(lǐng)域的設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)效率指標(biāo)非常嚴(yán)苛。

　　當(dāng)然，因?yàn)槠囆铍姵厝萘扛?，所以從絕對(duì)數(shù)值上來看，汽車電子設(shè)備的功率預(yù)算比手機(jī)更大，但是，在熱管理和冷卻機(jī)制上，它同樣有很多約束。這樣一來，“你往往會(huì)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(jì)算密集型應(yīng)用中，這種挑戰(zhàn)和您在手機(jī)/移動(dòng)設(shè)備中面臨的挑戰(zhàn)沒有太大的區(qū)別。”最重要的是，在汽車?yán)?，還有一些來自于像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(dòng)設(shè)備應(yīng)用。

　　Synopsys公司ARC處理器的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Paul Garden表示，一些設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)更關(guān)注功耗問題，一般來講，這取決于不同類型的應(yīng)用。“但是，現(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?yàn)閹缀跛械牟考甲兂闪穗娮赢a(chǎn)品。當(dāng)你拿十年前的汽車和現(xiàn)在的汽車做比較時(shí)，那時(shí)很多零部件都是機(jī)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(duì)動(dòng)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。”

　　對(duì)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(gè)不同的市場(chǎng)。其中一個(gè)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(gè)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(duì)移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)一個(gè)IP，同時(shí)期望可以把它引入汽車電子產(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娺w移，因?yàn)槠嚨纳芷谝话愣急纫苿?dòng)設(shè)備高一個(gè)數(shù)量級(jí)，相應(yīng)的芯片亦如是。-我們討論的應(yīng)用處理器一般會(huì)選用較先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)-當(dāng)針對(duì)這種工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)IP時(shí)，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(zhǎng)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)問題，但是仍需要對(duì)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?yàn)樵O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對(duì)電遷移做的大多數(shù)的檢查都停留在門級(jí)上。而IP供應(yīng)商則需要深入到晶體管級(jí)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(huì)過問在單元內(nèi)部實(shí)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(zhǎng)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(jì)單元時(shí)所用的幾何拓?fù)涫欠襻槍?duì)汽車應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在這里我所說的還只是簡(jiǎn)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(chǔ)器件，問題的復(fù)雜性也會(huì)隨之增加。”

　　與其他市場(chǎng)的重疊

　　汽車和其它一些市場(chǎng)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(fèi)電子-同時(shí)，汽車有其自身的獨(dú)特性，并將隨時(shí)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(yàn)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(dòng)駕駛的方向演進(jìn)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)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(fèi)電子產(chǎn)品確實(shí)也包括手勢(shì)識(shí)別、具有面部識(shí)別的社交媒體以及其他諸如此類的功能，但是到完全實(shí)時(shí)、安全關(guān)鍵以及非常復(fù)雜的視頻分析這個(gè)層面上，汽車比其他任何應(yīng)用領(lǐng)域更能提供動(dòng)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(duì)存在一系列獨(dú)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(shí)現(xiàn)每秒千億次運(yùn)算是一個(gè)相當(dāng)顯著的挑戰(zhàn)?！彼麛嘌裕坝捎谠O(shè)計(jì)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(jì)團(tuán)隊(duì)必須能夠證明在設(shè)計(jì)的每個(gè)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?，F(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(cuò)誤-所以錯(cuò)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(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(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(huì)發(fā)現(xiàn)的情形。Rowen補(bǔ)充說，“在某種程度上，我們目前正在尋找的是一個(gè)類似于消費(fèi)電子產(chǎn)品的低功耗平臺(tái)-因?yàn)樵谀撤N意義上，它覆蓋了很多多媒體處理。這將會(huì)導(dǎo)致對(duì)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(duì)車通信的無線處理器。最終，可以把這種需求歸結(jié)為計(jì)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。”

　　三大EDA公司都發(fā)現(xiàn)了蘊(yùn)藏在汽車電子內(nèi)、涵蓋工具/IP和軟件等的巨大機(jī)會(huì)，在Mentor Graphics那里，他們甚至還把觸角伸到了線束設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)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(jì)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(tái)IP、內(nèi)核、軟件、物理IP、庫(kù)、非易失性存儲(chǔ)器和其它技術(shù)切入汽車市場(chǎng)。

　　Synopsys的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Garden證實(shí)，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(yàn)、錯(cuò)誤糾正和一個(gè)可編程的看門狗定時(shí)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(huì)存在內(nèi)存錯(cuò)誤，以及軟件運(yùn)行時(shí)不存在錯(cuò)誤。在這個(gè)層次之上，是軟件開發(fā)工具包。”

　　總體而言，滿足ISO26262不是一個(gè)小任務(wù)。Garden提到，“從組織團(tuán)隊(duì)，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(shí)間和精力，才能形成一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)可以使用的解決方案?！?/p>