新一代汽车SoC的IP需求

进驾驶员辅助系统（ADAS）是增长最快速的汽车应用。以安全性为核心的驾驶员辅助系统，支持行人侦测/避让、车道偏离报警/纠正、交通标志识别、全景视图、疲劳监控等，这些应用以及其他多种应用（如图1所示），需要一类新型的半导体系统级芯片（SoC）来满足该系统日益增长的需求。

在消费者利益和政府法规的助推下，为了改善道路安全性，汽车制造商正在要求一级供应商（Tier 1）和半导体产品供应商去开发包含最新多媒体标准、运行多种基于视觉的算法且结合影像和雷达系统传感器数据的SoC。为了实现高性能操作所需的先进协议，ADAS SoC使用了比大多数高端消费性应用都更严格的前沿设计和工艺技术。这类新型ADASSoC的设计人员依靠IP供应商来帮助他们战胜挑战——需要面向特定应用的IP实现，并帮助他们在越来越短的设计和验证、定型周期中，满足汽车应用的鲁棒性、可靠性和安全性需求。


图1 各种先进驾驶员辅助系统（ADAS）应用

ADAS SoC设计准则

从应用和系统的两个角度来看，这类新型的ADASSoC都拥有特定的设计准则，以确保实现高效的SoC设计。为ADAS应用构建SoC的设计人员需要把高性能IP功能和节能IP功能结合在一起，以帮助实现整体系统吞吐量并满足实时服务质量要求（如图2所示）。应用处理器的性能要求至少是32位、1GHz以上频率运行的处理器。实际上，支持多种基于视觉应用的ADAS SoC已经开始向64位处理器迁移。

除了高性能应用处理器外，该SoC还需要一个单独的视觉处理器以实现诸如卷积神经网络（CNN）等的最新视觉算法。一个附加的图形处理器或定制的DSP内核实现高速率像素处理，该功能被连接至HDMI或MIPI D-PHY这种多媒体接口，同时支持越来越大的高清显示。

为了支持提供影像和雷达/激光雷达数据的多个摄像机和雷达传感器，需要一个传感器和控制子系统来为应用处理器分担传感器数据管理负担，从而支持高度的传感器融合。新一代ADASSoC需要高达8GB的汽车级LPDDR4内存，以支持处理器应用软件，并支持多媒体数据流的广泛的系统连接，后者由以太网音视频桥接技术（Ethernet AVB）和时间敏感网络（TSN）提供。
SoC的外设提供额外的接口连接，例如PCI Express总线、SATA接口、UART（通用异步收发传输器）、SPI/QSPI（串行外设接口/排队式串行外设接口）、CAN总线和FlexRay总线等。最后，为了支持基于一块外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE无线芯片的云连接，ADAS SoC必须包括稳健的、基于硬件的安全协议，以支持安全启动、安全识别与验证、加密以及解密。


图2 基于16/14nm工艺制程的ADASSoC，图中紫色部分为Synopsys的DesignWare IP产品

除了IP的功能是设计人员必须为ADASSoC考虑的以外，汽车行业的一级供应商及半导体SoC的设计人员和架构师还需要考虑延迟、功耗、可靠性，以及工艺相关的设计挑战。低延迟是一条基本准则，以满足实时多媒体服务等级保障。除了低延迟，该SoC在不断引入最新多媒体协议和关键特性的同时，例如行人侦测与校正等特定的ADAS应用所需要的嵌入式视觉处理功能，还需要保持功耗最小化。

对ADASSoC的设计人员而言，另一项关键的挑战是确保汽车原始设备制造商（OEM）所要求的高可靠性和连续操作性，因此芯片需要实现关键错误检查和纠正（ECC）技术以及奇偶校验技术。由于需要高性能和高集成度，设计人员正在将先进的半导体工艺作为目标，如许多设计团队尚不熟悉的16/14nm FinFET工艺节点。对于下一代汽车ADAS应用SoC而言，应对低延迟、低功耗、先进协议、错误检查和纠正等挑战，以及能否提供用于16/14nm FinFET工艺的任务关键型IP都成为关键问题。
     

支持功能化安全性、可靠性和质量管理的IP

一套产品门类齐全、支持领先晶圆代工厂工艺中最新协议和算法的IP产品组合，为下一代ADAS SoC的开发打下了基础。除了提供ADAS应用所需要的先进特性、小面积、高性能和低功耗外，IP供应商必须满足汽车行业供应链的严格要求。尽管高性能消费性应用和移动应用中的SoC包含与ADASSoC相似的功能，但是汽车SoC对于鲁棒性、可靠性和安全性的额外需求，依然对IP供应商提出了更多的要求。

例如，德国电气和电子制造商协会（ZVEI）的汽车应用消费性电子元件工作组已经在汽车用半导体元器件和消费性元器件之间，确定了66种可能的区别，包括功能化的安全性、可靠性和质量管理等等。工作组的意见书确定了严苛的汽车环境问题对芯片和芯片知识产权（silicon IP）带来的影响，这些汽车环境问题包括更高的电压、更高的静电放电（ESD）电压、更高的温度、误差校正，以及更高的测试覆盖目标等等。工作组总结出了结论：“需要重新评估和重新定义汽车原始设备制造商、一级供应商和元器件供应商在开发阶段进行的合作，以辨别出并降低产业价值链上各环节中的那些新风险。”

德国电气和电子制造商协会的意见书强调了两项关键的要求。第一，对于诸如行人侦测与校正这类ADAS应用，功能安全性是一项关键的要求。第二，ADAS应用必须满足由汽车行业定义的ISO 26262功能安全性标准。使用已经按照ISO 26262标准获得认证的IP，将帮助SoC设计人员降低产业价值链风险，并加速其SoC级功能安全性的需求规格确定、设计、实现、集成、验证、确认和配置等进程。类似地，为了满足高可靠性要求，汽车SoC必须满足AEC Q100规范，以作为汽车应用生产质量认证的一部分。

通过选择已针对AEC Q100要求进行过测试和鉴定的IP，能够帮助设计人员成功地获得AEC Q100资质认证。通过使用已经进行过先期AEC Q100压力测试的半导体IP，设计人员可以降低风险并加速其SoC的资质认证。最后，通过选择根据ISO/TS 16949质量标准开发IP产品的IP供应商，可有助于确保包括集成于其中的IP在内的汽车SoC的产品规划、设计、开发、验证和确认等流程，可以满足汽车行业供应链所要求的质量等级。诸如Synopsys这样的IP供应商已经迈出了下一步，在已拥有可用于基于视觉的高性能ADAS应用的、门类齐全的IP产品组合基础上，去满足汽车SoC将面临的基于标准的功能安全性、可靠性和质量等方面的要求。