新能源潮涌,西门子EDA打造汽车芯片设计闭环

新能源潮涌,西门子EDA打造汽车芯片设计闭环
2021年07月28日 14:45 半导体投资联盟

集微网报道,汽车产业正发生着翻天覆地的变化。

一方面,新能源汽车逐步替换燃油车已是大势所趋,全球有不少国家和地区已提出燃油车禁售计划,中国也有望在2050年前实现传统燃油车的全面退出。 

图:全球各国(地区/城市)燃油车禁售计划汇总

另一方面,继电动化革命之后,汽车行业开始逐渐步入以智能化和网联化为主的第二阶段,自动驾驶、人工智能等核心技术成为汽车产业竞争的焦点。截至目前,自动驾驶依然是汽车制造商及其价值链上下游企业面临的最大挑战之一。

新能源汽车作为自动驾驶的载体,未来发展又将面临哪些瓶颈?

新能源汽车发展离不开EDA工具

传统的燃油车以硬件为主导,整车智能化程度很低,半导体(包括芯片、传感器等)占不到整车成本的1%。而随着汽车智能化速度加快,汽车已经由硬件主导变为了硬件打基础,软件来赋能。如今半导体器件越来越多地出现在汽车工业应用中,其在智能汽车上甚至已经占到了整车成本的35%左右,并且预计到2030年将增加到50%,未来芯片将代替发动机成为汽车产业的“生死命门”

而汽车芯片不同于传统芯片,对性能有着更高的要求。西门子EDA(前Mentor)亚太地区技术总监Lincoln Lee向集微网编辑谈到,一方面,从燃油车转到新能源车,所用的芯片数量将大量增加;另一方面,相较传统芯片,汽车芯片还存在几个痛点。一是长寿命的要求,不同于消费电子短短几年的更换周期,汽车电子系统的生命周期要求达到15年以上,这也就要求芯片能做到长寿命;二是,可靠性要求极高,而且不仅在芯片出厂前的测试要求近乎零缺点,在汽车的生命周期中,还必须实时侦测芯片是否异常,并提出示警;三是,芯片在这长生命周期中需要经受室外很多极端环境的考验。

除了芯片之外,数字化管理也是全新的挑战。不同于传统汽车,面对错综复杂的道路情况,自动驾驶对于信号的高速传输、大量的数据处理与数据的长期追溯提出了极其严苛的要求。不同于手机、电脑等快消类电子产品,汽车的使用寿命通常高达10-20年,“超长待机”的生命周期促使自动驾驶汽车的设计和验证数据需要实现10-20年的可追溯性,这无疑对整个数字化管理转型带来全新挑战。

作为EDA公司,我们的工具需要帮助客户的芯片在这些极端环境里面能够正常工作,并考虑如果出现问题又该如何安全地解决?”Lincoln提到,“另外,手机、电脑宕机后需要重启的情况大家可以接受,但汽车在行驶过程中出现宕机是非常危险的。所以在做汽车电子系统的时候还要考虑其损坏后会出现什么问题,然后要怎么反应,怎么去补救。”

据Lincoln观察,“现在整个市场涌入了很多做车规级芯片的企业,但并不是所有企业都具备做车规级芯片的经验,这也就意味着他们将大量需要EDA工具。同时,我们还发现客户对EDA企业的需求不单只能提供某个工具,还需要我们提供一个方法论或解决方案,以便更快达到车规级芯片的要求。”

西门子EDA助力车企形成研发闭环

作为国际EDA三大巨头之一,西门子的EDA工具覆盖了汽车芯片设计、功能验证、制造测试等阶段,还具备成熟的数字化管理平台,多管齐下,帮助企业提高生产效率,助力车企形成研发闭环。

比较典型的工具如Tessent。乘用车中的电子部分持续快速增长,并且这类安全相关的设备必须尽可能遵循 ISO 26262 标准中规定的最高质量和可靠性要求,为帮助企业满足 ISO 26262 标准强制要求的质量和可靠性指标,西门子近年收购了专门功能安全性 (FuSa) 的Austemper公司,同时,西门子的Tessent产品系列还提供了一套全面的测试解决方案。

Tessent系统是面向测试设计(DFT)的解决方案。在生产制造方面,Tessent的目标是零缺陷。据了解,西门子EDA的Tessent Safety 生态系统涵盖一系列先进的IC测试技术,包括在线设备监控,这是一种将嵌入式监视器分布在每个半导体设备中的创新方法,通过通用的基础结构让其相互连接,从而能够快速检测和报告系统中任何位置的随机故障。

而在今年5月,西门子数字化工业软件通过收购OneSpin Solutions,进一步为西门子带来功能强大的IC完整性验证解决方案和卓越的技术知识,以及广泛的自动化形式验证应用组合。据悉,自动化应用程序对于成功执行形式验证流程来说至关重要。形式验证应用程序可以自动执行常见的验证任务,并且显著简化其验证过程,为传统的形式验证技术提供了有力补充,有助于形式验证流程的普及化。

此外,PAVE360是西门子于2019年5月推出的闭环系统设计与仿真平台,能够用于加速SoC设计,提供从芯片到整车的高精度数字化双胞胎仿真,允许多个供应商及其他提供商同时协作,基于各种复杂的仿真场景对车辆的各个部件进行开发和测试,包括功率、性能和热指标等,确保其满足系统要求并符合车辆安全要求。

值得注意的是,在2020 CES上,Arm和西门子宣布建立合作伙伴关系,将Arm的半导体IP集成到西门子PAVE360设计与仿真平台当中。这也就意味着,未来,最基本的硅块都可以进行同时开发和测试,还可能在未来从Arm中产生新的、更定制化的IP核及组件。TIRIAS Research预测,如果Arm遵循这一策略,它将可以进一步优化SoC甚至硅IP的设计,在更少的热量和更小的物理形式下转化更高的每瓦特性能。

另一方面,面对汽车市场电动化、智慧化的发展趋势,不只车用芯片需求量提升,也为汽车电子设计领域带来巨大挑战,为此,西门子带来了数字化管理平台方案。

据介绍,西门子的数字化管理平台,能够自动同步整个系统信息,并且贯穿整个电子系统研发流程,从设计到仿真到生产,无论是设计要求变更或是电子模块的变化等,均可进行捕捉并完成系统同步。

与此同时,面对瞬息万变的市场情况与日新月异的技术更新,新型且跨领域的技术挑战通常是设计工程师无法跨越的困难点。西门子EDA的数字化管理平台,为设计工程师提供快速向导及自动化仿真设定的流程,帮助用户即刻上手使用工具,让用户不用做很多设定便可直接进行仿真;仿真结束后,西门子EDA的数字化管理平台可将用户的仿真结果和对应的协议标准作对比,无论通过与否,用户均可获得完整报告。工程师即使经验欠缺也可快速了解设计隐患,针对问题迅速作出反应。

总的来看,跟同类型仿真软件公司相比,西门子有哪些优势?Lincoln提到:“西门子EDA在电子行业有丰富的经验,现在加上西门子数字化工业软件在系统级的强大功能,能够提供从芯片到硬件再到系统、整车的解决方案。”

Lincoln认为,未来汽车产业必定是新能源车的天下,西门子也希望借助自家的EDA工具和方案让企业的芯片设计效率有所提高。“同时,希望整个业界一起把汽车芯片设计的环闭系统建构好,而于此之中,西门子EDA将是整个闭环系统不可或缺的重要一员。”他提到。(校对/范蓉)

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