先進駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced DriverAssistance Systems，ADAS）是成長最快速的汽車應(yīng)用。市場研究機構(gòu)Gartner的報告估計，此市場規(guī)模將從2014年的56億美元成長至2018年的102億美元，在2013~2018年之間實現(xiàn)17.1%的年復(fù)合成長率（CAGR）；ADAS相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的消耗量同時間則將從13.8億美元成長至24億美元，其間年復(fù)合成長率將達到15.5%。

　　以安全性為核心的駕駛輔助系統(tǒng)，支持行人偵測/避讓、車道偏離警報/糾正、交通標志識別、全景影像、疲勞監(jiān)控等，這些應(yīng)用以及其他多種應(yīng)用（如圖1所示），需要一種全新類別的系統(tǒng)單芯片（SoC）來滿足該系統(tǒng)日益成長的需求。

　　在消費者利益和政府法規(guī)的推助下，為了改善道路安全性，汽車制造商正在要求一級零組件供貨商（Tier 1）和半導(dǎo)體產(chǎn)品供貨商去開發(fā)包含最新多媒體標準、執(zhí)行多種基于視覺的算法，且結(jié)合影像和雷達系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的SoC。

　　圖1 各種ADAS應(yīng)用。

　　為了實現(xiàn)高性能運作所需的先進通訊協(xié)議，ADAS SoC使用了比大多數(shù)高階消費性應(yīng)用更嚴格的尖端設(shè)計和工藝技術(shù)；這類組件的設(shè)計者仰賴IP供貨商協(xié)助他們克服實現(xiàn)特定應(yīng)用IP需求的挑戰(zhàn)，在越來越短的設(shè)計、成形周期中滿足汽車應(yīng)用對強韌度、可靠性和安全性的需求。

　　ADAS SoC設(shè)計準則

　　從應(yīng)用和系統(tǒng)的兩個角度來看，這類新型ADAS SoC都擁有特定的設(shè)計準則，以確保高效率的SoC設(shè)計實作；為ADAS應(yīng)用構(gòu)建SoC的設(shè)計人員需要結(jié)合高性能與省電的IP功能，以協(xié)助實現(xiàn)整體系統(tǒng)吞吐量，并滿足實時性的服務(wù)質(zhì)量要求（如圖2）。

　　圖2 采用16/14奈米工藝的ADASSoC，圖中紫色部分為Synopsys的Design WareIP產(chǎn)品。

　　這類應(yīng)用處理器的性能要求至少是32位、1GHz以上頻率運行的處理器；實際上，支持多種基于視覺之應(yīng)用的ADAS SoC已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向64位。除了高性能應(yīng)用處理器，這類SoC還需要一個獨立的視覺處理器，實現(xiàn)諸如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ConvolutionalNeural Networks，CNN）等的最新視覺算法。

　　此外一個附加的繪圖處理器或客制化數(shù)字信號處理器（DSP）核心負責(zé)高速率像素處理，與高畫質(zhì)多媒體接口（HDMI）或行動產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）D-PHY等多媒體接口鏈接，同時支持尺寸越來越大的高畫質(zhì)顯示器。為了支持提供影像和雷達/光達（lidar）數(shù)據(jù)的多個攝影機和雷達傳感器，還需要一個傳感器和控制子系統(tǒng)來為應(yīng)用處理器（Application Processor）分擔(dān)傳感器數(shù)據(jù)管理任務(wù)，以實現(xiàn)高等級的傳感器融合。

　　新一代ADAS SoC需要高達8GB的車規(guī)LPDDR4內(nèi)存，以支持處理器應(yīng)用軟件，與以太網(wǎng)絡(luò)音頻橋接技術(shù)（Ethernet AVB）與時效性網(wǎng)絡(luò)（Time SensitiveNetworking，TSN）所提供、支持多媒體數(shù)據(jù)流量的廣泛系統(tǒng)鏈接。SoC外圍則提供額外的PCI Express、SATA、通用異步收發(fā)器（UART）、SPI/QSPI、CAN與FlexRay等界面。

　　最后，為了支持由外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE無線芯片實現(xiàn)的云端鏈接，ADAS SoC必須內(nèi)含堅固的、以硬件為基礎(chǔ)的安全通訊協(xié)議，以支持安全開機（boot）、安全識別與身分驗證、加密以及解密。

　　除了IP功能是ADAS SoC設(shè)計工程師必須考慮的元素，汽車產(chǎn)業(yè)的一級零組件供貨商及半導(dǎo)體SoC設(shè)計人員、架構(gòu)師還需要考慮延遲、功耗、可靠性以及與工藝相關(guān)的設(shè)計挑戰(zhàn)。

　　低延遲是因應(yīng)實時多媒體服務(wù)等級保證的基本原則；除了低延遲，這類SoC在不斷采用最新多媒體協(xié)議和關(guān)鍵特性─例如行人偵測與校正等特定ADAS應(yīng)用所需的嵌入式視覺處理功能─的同時，還需要保持最低功耗。對ADAS SoC設(shè)計人員而言，另一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保車廠所要求的高可靠性和連續(xù)運作，因此芯片需要實現(xiàn)關(guān)鍵錯誤檢查和糾正（ECC）與同等技術(shù)。

　　由于需要高性能和高整合度，設(shè)計人員鎖定先進半導(dǎo)體工藝，例如許多設(shè)計團隊尚不熟悉的16/14奈米鰭式場效晶體管（FinFET）工藝節(jié)點。對于下一代汽車ADAS應(yīng)用SoC而言，因應(yīng)低延遲、低功耗、先進通訊協(xié)議、ECC等SoC挑戰(zhàn)，以及16/14奈米FinFET工藝任務(wù)關(guān)鍵型IP的可取得性等都是關(guān)鍵議題。

　　支持功能安全性、可靠度和質(zhì)量管理的IP

　　領(lǐng)導(dǎo)級晶圓代工廠工藝可提供種類廣泛、支持最新協(xié)議和算法的IP產(chǎn)品組合，為新一代ADAS SoC的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。除了提供ADAS應(yīng)用所需要的先進特性、小面積、高性能和低功耗外，IP供貨商必須滿足汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的嚴格要求。

　　盡管高效能消費性應(yīng)用和行動應(yīng)用中的SoC包含與ADAS SoC相似的功能，但是汽車SoC對于強韌度、可靠性和安全性的額外需求，依然為IP供貨商帶來更高要求。

　　例如，德國電氣和電子制造商協(xié)會（ZVEI）的汽車應(yīng)用消費性電子組件工作小組，已經(jīng)在車用半導(dǎo)體組件和消費性組件之間，定義出66種可能的區(qū)隔性，包括功能安全性、可靠性和質(zhì)量管理等。該工作小組的意見書確定了嚴苛汽車環(huán)境問題對芯片和硅智財帶來的影響，包括更高的電壓、更高的靜電放電（ESD）電壓、更高的溫度、誤差校正，以及更高的測試覆蓋目標等。

　　工作小組的結(jié)論是：「需要重新評估和重新定義汽車原廠、一級零組件供貨商和組件供貨商在開發(fā)階段進行的合作，以辨別出并降低產(chǎn)業(yè)價值鏈上各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的新風(fēng)險?！?/p>

　　ZVEI的意見書還強調(diào)了兩項關(guān)鍵要求：第一，對于諸如行人偵測與校正等ADAS應(yīng)用，功能安全性是一項關(guān)鍵要素；第二，ADAS應(yīng)用必須滿足由汽車產(chǎn)業(yè)定義的ISO 26262功能安全性標準，使用已經(jīng)獲得ISO 26262認證的IP，將幫助SoC設(shè)計工程師降低產(chǎn)業(yè)價值鏈風(fēng)險，并加速其SoC層級功能安全性的規(guī)格需求、設(shè)計、實作、整合、驗證、確認和配置。

　　類似地，為了滿足高可靠性要求，車用SoC還必須符合汽車應(yīng)用生產(chǎn)質(zhì)量認證的AEC Q100規(guī)范；通過選擇已通過AEC Q100測試與認證的IP，能夠幫助工程師確保其設(shè)計符合AEC Q100要求。通過采用已經(jīng)預(yù)先通過AEC Q100壓力測試的半導(dǎo)體IP，設(shè)計人員可以降低風(fēng)險并加速其SoC的質(zhì)量認證。

　　最后，通過選擇依循ISO/TS 16949質(zhì)量標準開發(fā)IP產(chǎn)品的供貨商，可有助于確保包括整合于其中的IP在內(nèi)的車用SoC產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、驗證和確認等流程，滿足汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈所要求的質(zhì)量水平。像是Synopsys這樣能針對高性能、基于視覺ADAS應(yīng)用提供種類廣泛IP產(chǎn)品組合的供貨商，已經(jīng)朝向滿足車用SoC對標準化功能安全性、可靠性和質(zhì)量等方面的要求邁出了下一步。

　　ISO 26262功能安全性標準

　　從汽車產(chǎn)業(yè)的角度來看，2011年公布的ISO 26262功能安全性標準是相對最新的標準；該標準將電氣和/或電子系統(tǒng)中的功能安全性納入了路上的車輛，涉及安全性生命周期中的所有活動，例如安全性相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，還有被歸類為獨立安全單元（Safety-Elements-out-of-Context，SEooC）的SoC。

　　ISO 26262標準提供了一種汽車專屬的方法，以判定汽車安全完整性等級（Automotive Safety Integrity Levels，ASIL），并采取了多項措施來驗證和確認所達到的安全等級。其目的是通過定義功能需求、采用嚴謹開發(fā)流程，以及利用包括故障注入（fault injection）、系統(tǒng)性分析和量測報告等在內(nèi)的必要設(shè)計手段，將隨機硬件故障可疑性降到最低。

　　而因為ISO 26262不能專為某一款設(shè)備進行更改，所以IP供貨商必須建立一套包含原則、流程、策略在內(nèi)的安全性文化，并授權(quán)專門管理人員參與安全關(guān)鍵IP的開發(fā)。

　　通過ISO 26262認證的IP安全套裝（SafetyPackage）產(chǎn)品，包括整合的硬件安全性功能、驗證計劃、安全性計劃、驗證報告、安全性手冊，以及失效模式效應(yīng)和診斷分析 （Failure Mode Effect and Diagnostic Analysis，F(xiàn)MEDA）──能讓SoC設(shè)計人員用以輸入SoC等級FMEDA報告，從而加速其SoC的開發(fā)。

　　將SoC和IP視為SEooC組件而進行的標準認證，是由SGS-T V SAAR等受產(chǎn)業(yè)界認可、從事產(chǎn)品與工藝審查、評估與核準的第三方產(chǎn)業(yè)認證機構(gòu)來執(zhí)行。

　　AEC Q100標準提供的可靠性

　　為了確保最高的可靠性，由汽車產(chǎn)業(yè)共同成立的汽車電子委員會（AEC）其下之零組件技術(shù)小組（Component TechnicalCommittee）制定了AEC Q100標準，以確保零組件質(zhì)量能應(yīng)用于嚴苛的汽車環(huán)境。AEC Q100標準定義了汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈所認可的半導(dǎo)體SoC質(zhì)量認證要求及測試方法指南。

　　AEC Q100標準包含一套基于故障機制（failuremechanism）的壓力測試，以及半導(dǎo)體供貨商在不同的溫度等級上對其SoC進行認證的多項條件，目的是通過一種經(jīng)過加速的（與標準汽車使用情況相比）方法引發(fā)故障，從而確保高可靠性。

　　盡管AEC Q100質(zhì)量認證適用SoC等級的零組件，但IP供貨商也可以通過對IP實施AECQ100測試，最大化其設(shè)計質(zhì)量成功通過認證的可能性。對自己的IP執(zhí)行AEC Q100測試并提供關(guān)鍵測試──例如加速環(huán)境壓力測試、加速生命周期仿真測試、芯片制造可靠性測試，以及電氣驗證測試等──報告的IP供貨商，證明他們可以滿足汽車產(chǎn)業(yè)客戶提出的嚴苛可靠性要求。

　　而只有那些與領(lǐng)導(dǎo)級晶圓代工廠、半導(dǎo)體供貨商和一級零組件供貨商密切合作的IP供貨商，才能幫助設(shè)計人員讓他們開發(fā)的SoC能支持ADAS應(yīng)用的車規(guī)溫度與任務(wù)內(nèi)容。

　　ISO/TS 16949質(zhì)量管理標準

　　對于為ADAS SoC設(shè)計人員提供IP產(chǎn)品的IP供貨商而言，另外一個十分關(guān)鍵焦點是滿足汽車產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量要求。ISO/TS 16949質(zhì)量管理標準適用于產(chǎn)品開發(fā)流程，為汽車產(chǎn)品定義了質(zhì)量度量指針；該標準定義了一個實現(xiàn)持續(xù)改善的質(zhì)量管理系統(tǒng)開發(fā)，強調(diào)汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中的缺陷預(yù)防和一致性。

　　ISO/TS 16949質(zhì)量管理標準適用生產(chǎn)客制化零組件的各種場所。支持汽車產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計中心和IP供貨商，可以構(gòu)成SoC設(shè)計/制造認證的一部分，但是無法獲得獨立的ISO/TS 16949認證。但因為SoC設(shè)計中心是整體ISO/TS 16949認證的一部分，所以選擇對必備開發(fā)流程、最佳實踐和質(zhì)量規(guī)范擁有深刻理解并保證能完成和遵循開發(fā)流程的IP供貨商，將可幫助設(shè)計工程師滿足車用等級需求。

　　德國汽車工業(yè)協(xié)會質(zhì)量管理中心（VDA-QMC）判定，ISO/TS 16949認證是供貨商進入汽車產(chǎn)業(yè)的入場券，VDA-QMC經(jīng)理Heinz-Gunter Plegniere表示：「在超越一級/二級零組件供貨商，并貫穿整個汽車產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈上，對ISO/TS 16949標準的宣傳并不完整，可見得我們需要有所行動?！?/p>

　　需要滿足ISO/TS 16949標準要求的設(shè)計人員，可以選擇已經(jīng)將其開發(fā)流程升級、且能為設(shè)計人員提供必備度量指標與證明材料的IP供貨商，這些度量指針與證明材料包括質(zhì)量手冊、產(chǎn)品管理流程（ProductManagement Process，PMP）、用于歸檔和記錄控制的程序、控制和檔案保存的證明材料，以及支持等級等。

　　總結(jié)

　　IP供貨商在汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中扮演了關(guān)鍵的角色，他們使新一代高性能ADAS SoC得以實現(xiàn)?；谝曈X的SoC可以包含大量的第三方IP，以實現(xiàn)關(guān)鍵的嵌入式視覺、傳感器融合、多媒體、安全性和先進鏈接等功能。盡管IP供貨商已經(jīng)在消費性、行動、PC和通訊應(yīng)用等領(lǐng)域進入了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，但并非所有的IP供貨商都能夠支持嚴苛的車用等級要求。

　　隨著設(shè)計人員啟動其下一代ADAS SoC項目，他們必須評估IP供貨商是否具備提供ISO 26262安全性方案包的能力，該方案包括ISO 26262認證、AECQ 100測試和ISO/TS 16949質(zhì)量管理和認證。勇于承諾并擁有可以滿足汽車產(chǎn)業(yè)要求的資源的IP供貨商，將有助于保證汽車SoC供貨商、一級汽車零組件供貨商和汽車原廠商的要求被成功滿足，利用28奈米和16/14奈米FinFET等目標工藝技術(shù)達到ADAS SoC的功能性、性能、質(zhì)量和可靠性等級。