汽車電子消費化，IP廠商有得賺了！

在過去，汽車工業(yè)一向?qū)夹g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設計團隊針對當前變化莫測的汽車領域的傾心投入，當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，特別是ADAS（先進駕駛輔助系統(tǒng)）、視覺系統(tǒng)、自動駕駛以及越來越多的云信息服務。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，它很少被視為技術的前沿陣地，部分程度上因為設計周期很長，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?，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的出現(xiàn)。“經(jīng)過這么長時間之后我們終于能說，'噢，汽車現(xiàn)在比移動設備云端服務器消費電子產(chǎn)品對數(shù)字架構的要求更苛刻'，這是相當有趣的事。”

不僅如此，除了計算能力之外，汽車電子設備還同時需要滿足嚴格的功率限制，而且汽車領域的設計任務對效率指標非常嚴苛。

當然，因為汽車蓄電池容量更大，所以從絕對數(shù)值上來看，汽車電子設備的功率預算比手機更大，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用中，這種挑戰(zhàn)和您在手機/移動設備中面臨的挑戰(zhàn)沒有太大的區(qū)別。”最重要的是，在汽車里，還有一些來自于像ISO 26262兼容性以及其他質(zhì)量標準的功能安全要求，這種要求來自于人們需要在汽車內(nèi)部署壽命周期在20年或以上的設備。在工程學上，這是一種非常苛刻的環(huán)境，遠遠超過了典型的移動設備應用。

Synopsys公司ARC處理器的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Paul Garden表示，一些設計團隊更關注功耗問題，一般來講，這取決于不同類型的應用。“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備的部件或者直接變成了電子設備。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，客戶肯定非常關注功耗問題。”

對汽車領域的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，當你從將很多IP集成為一個SoC的視角觀察，它就是一種應用處理器。除此之外，還有微控制器、模擬和射頻元件等。拿應用處理器來說，當你針對移動設備設計一個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備高一個數(shù)量級，相應的芯片亦如是。-我們討論的應用處理器一般會選用較先進的工藝節(jié)點-當針對這種工藝節(jié)點設計IP時，汽車的生命周期必須謹記在心。

Sarkar解釋，電子產(chǎn)品不需要生存這么長的時間。“很明顯，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部分程度上解決這個問題，但是仍需要對IP供應商提出一定的要求，以確保他們所產(chǎn)出的IP的可靠性 - 即使是像標準單元一類的IP - 因為設計團隊針對電遷移做的大多數(shù)的檢查都停留在門級上。而IP供應商則需要深入到晶體管級上，并提供其標準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供應商的工作。

在大多數(shù)情況下，IP供應商不需要過多地擔心標準單元，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，所以需要開始擔心設計單元時所用的幾何拓撲是否針對汽車應用進行了優(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，如果涉及到更復雜的比如flash之類的存儲器件，問題的復雜性也會隨之增加。”

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。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、安全關鍵以及非常復雜的視頻分析這個層面上，汽車比其他任何應用領域更能提供動能-或者是通過用戶界面、安全應用或其他相關功能，汽車絕對存在一系列獨特的應用和技術需求。

除了處理器性能之外，汽車領域的特定要求還轉(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顯著的挑戰(zhàn)。”他斷言，“由于設計流程和質(zhì)量功能安全要求-如ISO 26262-導致的與處理器相關的交付物不同，設計團隊必須能夠證明在設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鍵特征。現(xiàn)在，不同的應用存在不同的要求，但在汽車應用中，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行互檢，這時你需要在處理器間執(zhí)行鎖步操作。”

這是一些只有在最具任務關鍵特性的可靠服務器應用中才會發(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。”

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計和實時操作系統(tǒng)的開發(fā)。Cadence圍繞ADAS，進行了IP、封裝、封裝建模、模擬接口設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。”

總體而言，滿足ISO26262不是一個小任務。Garden提到，“從組織團隊，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隊可以使用的解決方案。”

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