本文來(lái)自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/周凱揚(yáng)。
早在2012年，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的滲透率僅有0.1%，在10余年的連續(xù)高速增長(zhǎng)下，如今中國(guó)汽車(chē)全年銷(xiāo)量中電動(dòng)汽車(chē)所占比例已經(jīng)接近1/3。能有如此迅猛的發(fā)展，中國(guó)本土的汽車(chē)制造商功不可沒(méi)。無(wú)論是新勢(shì)力還是傳統(tǒng)車(chē)企都在加速新車(chē)型的上市節(jié)奏，為了縮小彼此之間的競(jìng)爭(zhēng)差距，緊跟中國(guó)這一最大汽車(chē)市場(chǎng)的步伐，幾乎所有車(chē)企都在縮短開(kāi)發(fā)周期。
為此，在汽車(chē)芯片設(shè)計(jì)上，我們也看到了車(chē)企自己入局的趨勢(shì)，比如特斯拉、比亞迪和蔚來(lái)等。但由于缺乏完整的車(chē)規(guī)SoC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，要想加速汽車(chē)芯片設(shè)計(jì)以及軟件測(cè)試驗(yàn)證，最好的方法就是采用分布式設(shè)計(jì)，在部分模塊上借助現(xiàn)有的IP進(jìn)行開(kāi)發(fā)。從設(shè)計(jì)要求來(lái)說(shuō)，無(wú)論是處理器IP，還是接口IP，這些解決方案既要兼具性能和可靠性，也要在質(zhì)量和功能安全上得到充分驗(yàn)證。
車(chē)規(guī)IP的功能安全與質(zhì)量認(rèn)證
在設(shè)計(jì)汽車(chē)SoC的過(guò)程中，即便有了滿足性能需求的IP方案，要想將其導(dǎo)入汽車(chē)市場(chǎng)，也存在一定的門(mén)檻，比如功能安全和質(zhì)量。汽車(chē)功能安全是指在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，為降低車(chē)輛乘員和其他道路使用者受傷風(fēng)險(xiǎn)而采取的措施。質(zhì)量是一個(gè)廣泛的概念，包括車(chē)輛的整體性能、可靠性和耐用性。
由于行駛過(guò)程和安全因素緊密掛鉤，汽車(chē)行業(yè)的質(zhì)量和功能安全標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于芯片平臺(tái)，也適用于IP。只有通過(guò)認(rèn)證的車(chē)規(guī)IP，才有可能真正為汽車(chē)半導(dǎo)體制造商和OEM縮短TTM。以在車(chē)規(guī)IP解決方案處于領(lǐng)先地位的新思為例，他們就遵循了一體化優(yōu)質(zhì)汽車(chē)產(chǎn)品發(fā)布的金字塔式發(fā)布流程。
一體化優(yōu)質(zhì)汽車(chē)產(chǎn)品發(fā)布的完整流程/新思
該流程的基石是首先是采用基于ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管理體系(QMS)，以確保所有產(chǎn)品和項(xiàng)目從概念到交付都符合最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量管理過(guò)程中必須滿足以下關(guān)鍵要素：管理組織和系統(tǒng)、高效的產(chǎn)品和項(xiàng)目生命周期、有效向客戶交付產(chǎn)品、供應(yīng)商選擇流程、開(kāi)發(fā)和客戶交付流程的支持系統(tǒng)。
接著是基于ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的功能安全開(kāi)發(fā)，該標(biāo)準(zhǔn)將故障分為系統(tǒng)故障和隨機(jī)硬件故障，其中系統(tǒng)故障可能會(huì)出現(xiàn)在硬件和軟件中，所以在IP之類(lèi)的軟件模塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中就要引入安全保護(hù)機(jī)制。同時(shí)，設(shè)計(jì)者需要將SoC作為符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的SEooC進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)系統(tǒng)故障和瞬態(tài)故障做好防范。
最后是強(qiáng)大的R&D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，新思將該方法分為6個(gè)階段，包括調(diào)查階段、架構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段、實(shí)現(xiàn)階段、驗(yàn)證階段以及發(fā)布階段。該開(kāi)發(fā)方法為汽車(chē)系統(tǒng)和零部件的開(kāi)發(fā)提供了結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的方案，確保了高質(zhì)量產(chǎn)品的高效率開(kāi)發(fā)。
新思的ARC®處理器和安全I(xiàn)P正是基于質(zhì)量、功能安全和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法打造的產(chǎn)品之一，為汽車(chē)行業(yè)和相關(guān)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)創(chuàng)新解決方案。ARC®處理器和安全I(xiàn)P最高支持到ASIL D的安全級(jí)別，簡(jiǎn)化汽車(chē)SoC開(kāi)發(fā)的同時(shí)也加快了芯片ISO 26262的認(rèn)證流程。
E/E架構(gòu)優(yōu)化，PCIe 6.0滿足高帶寬低延時(shí)互聯(lián)的需求
除了高性能處理器外，高速接口也成了汽車(chē)的一大創(chuàng)新點(diǎn)。在域（Domain）架構(gòu)逐漸普及后，為了在ADAS和汽車(chē)互聯(lián)技術(shù)上進(jìn)一步突破，OEM和Tier1都開(kāi)始打算對(duì)汽車(chē)數(shù)據(jù)架構(gòu)采取新一輪的改革。基于集中式區(qū)域（Zonal）架構(gòu)成了下一輪革新的設(shè)計(jì)方向，尤其是在連接起各個(gè)ECU之間的接口上，借助高速接口將區(qū)域控制器連接到高算力的核心數(shù)據(jù)平臺(tái)。
從近期上市的新車(chē)型就可以看出，無(wú)論配置高低，ADAS都已經(jīng)成了必備功能，車(chē)身上標(biāo)配和可選配的傳感器數(shù)量也在逐步增多。就拿各車(chē)企主打的ACC自適應(yīng)巡航控制和APS自動(dòng)泊車(chē)等功能來(lái)說(shuō)，就必須借助傳感器融合即時(shí)生成的龐大數(shù)據(jù)量，才能提供行之有效的ADAS解決方案。
可這些輔助駕駛功能，需要的傳感器數(shù)據(jù)量以及ECU計(jì)算量，卻也在逐步挑戰(zhàn)傳統(tǒng)汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)的帶寬上限。比如單個(gè)高清攝像頭就提出了高于10Gbps的帶寬需求，算上毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等各項(xiàng)傳感器，單個(gè)區(qū)域控制器與核心計(jì)算平臺(tái)之間的帶寬要求就高達(dá)50Gbps。
在多個(gè)區(qū)域控制器組成的數(shù)據(jù)架構(gòu)中，核心計(jì)算平臺(tái)接收的瞬時(shí)吞吐量可高達(dá)200Gbps以上，傳統(tǒng)的車(chē)載以太網(wǎng)已經(jīng)難以滿足帶寬需求。正因如此，汽車(chē)SoC設(shè)計(jì)者將目光看向了安全、低時(shí)延且高帶寬的通用互聯(lián)方案，PCIe。
在最新的PCIe 6.0規(guī)范中引入了PAM4信令的支持，將數(shù)據(jù)傳輸速率從32GT/s提升至64GT/s，x16鏈路的配置下，可以提供高達(dá)256GB/s的帶寬，滿足200Gbps以上的需求綽綽有余。無(wú)論是以最新的64GT/s鏈路速度運(yùn)行，還是以PCIe 6.0基本規(guī)范中依然兼容的較低鏈路速度之一運(yùn)行，PCIe 6.0設(shè)備都可以利用可能達(dá)到的最高帶寬。
不過(guò)PAM4信令也更容易受到噪聲干擾，進(jìn)而增加誤碼率，所以PCIe 6.0規(guī)范引入了FLIP（固定大?。┠Ｊ?，支持任何鏈路速度，通過(guò)前向糾錯(cuò)來(lái)降低誤碼率。再結(jié)合規(guī)范中的LCRC（鏈路級(jí)循環(huán)冗余校驗(yàn)）、通路裕量以及VDM（供應(yīng)商定義消息）等功能，PCIe可為整個(gè)系統(tǒng)提供極高的可靠性。
作為PCIe IP的領(lǐng)先供應(yīng)商，新思的PCIe IP解決方案旨在支持PCIe 6.0 64GT/s及前幾代規(guī)范的所有必須功能，也包括最新的PIPE規(guī)范。除了高性能和高可靠性外，PCIe在接口安全上也具備極大的優(yōu)勢(shì)，在智能座艙和IVI系統(tǒng)上這些優(yōu)勢(shì)更為明顯。
隨著無(wú)線連接的安全漏洞被逐一消除，遠(yuǎn)程控制攻擊反而是當(dāng)前最難突破的地方，于是不少“攻擊者”決定從有線連接下手，且這些“攻擊者”的身份甚至可能是車(chē)輛所有者自己。鑒于一眾ADAS功能的背后，是車(chē)企在智算中心、道路數(shù)據(jù)收集上的高成本投入，有些廠商對(duì)部分高階ADAS功能，采取了除硬件選配之外的軟件訂閱商業(yè)模式。
這些付費(fèi)軟件選配包需要遠(yuǎn)程激活才能啟用，但也有人想通過(guò)物理接入的攻擊手段解鎖這些付費(fèi)功能。除此之外，還有IVI系統(tǒng)中受到版權(quán)保護(hù)的多媒體娛樂(lè)內(nèi)容，也有攻擊者試圖繞過(guò)DRM來(lái)獲取這部分內(nèi)容。
新思PCIe 6.0控制器中的IDE實(shí)現(xiàn)/新思
而在PCIe規(guī)范中，存在一個(gè)名為“完整性和數(shù)據(jù)加密（IDE）”的功能，可以對(duì)PCIe傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包執(zhí)行硬件加密和完整性檢查，從而抵御從硬件層面實(shí)施的攻擊。新思就提供了帶IDE安全模塊的PCIe 6.0控制器IP，幫助SoC設(shè)計(jì)師保護(hù)PCIe上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)免遭篡改和物理攻擊。
結(jié)語(yǔ)
對(duì)于車(chē)企而言，進(jìn)軍汽車(chē)芯片自研是一條投入和風(fēng)險(xiǎn)都比較高的路線。借助新思經(jīng)過(guò)硅驗(yàn)證的車(chē)規(guī)IP解決方案和開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行車(chē)規(guī)SoC的開(kāi)發(fā)，更容易實(shí)現(xiàn)首次流片成功。顯著減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的同時(shí)，保證了質(zhì)量和功能安全。
在“軟件定義汽車(chē)”和“自研造芯”的趨勢(shì)下，明確設(shè)計(jì)需求的主機(jī)廠直接與IP供應(yīng)商接洽咨詢，反而更能對(duì)IP有著更精確的判斷，并在技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)的幫助下在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前率先推出新品。
