新思科技EDA工具和车规IP助力芯粒架构汽车SoC设计

汽车行业正在经历重大变革，这一变革由软件工作负载的日益复杂以及严格的功耗和安全标准推动。随着车辆变得更加互联和自动化，系统级芯片（SoC）解决方案的架构变得至关重要。SoC 是现代汽车系统的骨干，集成多种功能以提升性能、降低功耗并减少空间占用。

新思科技作为电子设计自动化（EDA）、车规级半导体知识产权（IP）以及软硬件仿真和原型平台的领导者，提供一整套面向汽车设计的服务，以满足不断变化的客户需求。通过利用先进的 EDA 工具、IP 以及针对汽车解决方案优化的设计方法，新思科技从概念到芯片提供关键支持，确保汽车系统符合最高标准的功能安全（FuSa）、安全性、质量和可靠性。

对可扩展 SoC 的需求不断增长

汽车行业正经历前所未有的软件复杂性增长，这要求 SoC 能够高效处理多样化的工作负载。随着车辆集成高级功能，如驾驶辅助系统、信息娱乐和互联，灵活可扩展的架构需求变得至关重要。功耗和安全标准（如 ISO 26262）进一步加剧了这一需求，要求汽车系统在低功耗下可靠运行。

在设计汽车 SoC 时，主要考虑两种架构方法：单片架构和基于芯粒的架构。

单片架构：在这种方法中，SoC 的所有组件集成在单一芯片上，具有降低延迟和简化设计流程的优势。然而，随着软件工作负载增加，它在可扩展性和灵活性方面可能面临挑战。

基于芯粒的架构：这种模块化方法允许将多个较小的芯片（芯粒）集成到一个封装中。芯粒架构提高了可扩展性，因为可以在不重新设计整个 SoC 的情况下升级或替换单个芯粒。此外，它通过让设计人员为特定任务选择最合适的芯粒来优化功耗和性能。

汽车 SoC 的基本框图

汽车 SoC 的基本框图直观地展示了各个组件及其互连关系。主要组件通常包括：

处理单元：

CPU：执行常规任务并管理系统操作，负责车辆控制和用户界面。

GPU：针对并行处理进行了优化，在汽车图像处理方面至关重要，支持车道检测和物体识别。

AI 加速器：专用单元，用于高效处理机器学习任务，实现自动驾驶的实时决策。

存储子系统：

高速 RAM：提供快速访问用于临时数据存储，确保应用程序平稳运行。

非易失性存储器（NVM）：在无电源情况下保持数据，用于存储固件和关键数据。

AI 加速器：专用单元，用于高效处理机器学习任务，实现自动驾驶的实时决策。

连接接口：

以太网：用于 SoC 与车辆系统之间通信的高速接口。

控制器局域网络（CAN）：一种稳健的车辆总线标准，实现实时控制。

其他协议：如 LIN 和 FlexRay，用于与各种传感器和执行器通信。

传感器接口：

摄像头接口：连接摄像头用于基于视觉的应用，支持高带宽数据传输。

激光雷达（LIDAR）和毫米波雷达（RADAR）接口：在自动驾驶中用于物体检测和距离测量。

其他传感器输入：连接额外传感器，用于泊车辅助和运动检测。

其他组件

如电源管理单元（PMU）、安全和功能安全机制，通常集成在各相关子模块或芯粒中。

功能安全、安全性、质量和可靠性的重要性

汽车 SoC 设计与开发平台整合了多种流程，以确保设计和开发的成功，重点强调功能安全、可靠性、质量和安全性。

功能安全（FuSa）

功能安全在汽车设计中至关重要，确保系统即使在出现故障时也能正确运行。该平台包含多个要素来满足 FuSa 要求：

汽车 IP（ISO 26262）：平台采用符合 ISO 26262 标准的汽车知识产权（IP），该标准规范了汽车系统的功能安全。

SLM 用例：在设计过程中集成芯片生命周期管理（SLM）用例，确保在整个产品生命周期中考虑安全因素。

端到端 FuSa 流程：平台支持完整的 FuSa 流程，从初始需求收集到最终验证，确保在开发的每个阶段都嵌入安全性。

需求/约束：明确的需求和约束指导设计过程，确保实现安全目标。

存储子系统：

除了功能安全外，平台还强调可靠性、质量和安全性的重要性：

可靠性（AEC-Q100）：平台遵循 AEC-Q100 标准，该标准定义了汽车组件的可靠性要求，确保 SoC 能够承受严苛的汽车环境。

质量（ISO 9001）：实施基于 ISO 9001 的质量管理原则，确保设计和制造过程符合高质量标准。

安全性（ISO 21434）：平台采用符合 ISO 21434 的安全措施，应对网络安全风险，保护敏感数据和车辆功能。

探索与分析

设计过程从探索和分析开始，包括：

可行性研究：进行可行性研究，以评估拟议设计的可行性并识别潜在挑战。

故障分析：使用 SpyGlass 等工具进行静态分析和故障分析，以便在早期发现设计问题。

FuSa 分析：执行功能安全分析，确保满足安全要求，并识别和缓解潜在故障模式。

FuSa 感知的 RTL 创建

探索阶段完成后，重点转向创建 FuSa 感知的寄存器传输级（RTL）设计：

RTL-Architect：使用 RTL-Architect 开发 RTL 设计，确保安全特性集成到硬件描述中。

安全数据创建：生成安全数据以支持验证过程，确保设计满足所有功能安全要求。

验证

验证是设计过程中的关键步骤，确保 RTL 设计按预期运行：

验证工具：平台采用多种验证工具，包括 VC 201x、VC Formal 和 ZeBu，以根据规范验证设计。

标准故障格式：使用标准故障格式，促进整个设计中的一致故障分析和验证。

签核

在进入制造之前，设计必须经过严格的签核流程：

汽车级签核：确保设计符合汽车级要求，这是合规性和可靠性的关键。

EM/IR/SI/IP 签核：进行电磁（EM）、红外（IR）、信号完整性（SI）和知识产权（IP）签核，确保设计准备好生产。

制造

制造阶段涉及多个关键活动：

晶圆厂协作：与晶圆厂合作，确保设计可制造并符合所有规范。

测试与验证：实施测试策略，包括可测试性设计（DFT），确保 SoC 在生产过程中能够有效测试。

在整个设计和开发过程中，采用优化循环不断改进设计。通过整合各阶段的反馈，实现迭代改进和优化，重点提升性能、功耗效率和整体设计质量。

结论

汽车 SoC 设计与开发平台是一个强大的框架，将功能安全、可靠性、质量和安全性融入设计流程。通过先进工具和方法，该平台帮助汽车制造商开发高质量、可靠且安全的 SoC 解决方案，以满足汽车行业的严格要求。随着车辆日益复杂和互联，这种综合设计和开发平台的重要性不言而喻，确保下一代汽车技术既创新又安全。

新思科技提供全套汽车解决方案，包括设计服务和 FuSa 认证支持。凭借在 SoC 设计和功能安全方面的专业知识，我们帮助汽车行业在创新的同时遵循最高的安全和可靠性标准。随着汽车行业不断演进，新思科技始终致力于将概念转化为芯片，推动汽车技术的未来。