PCB科技 - EDA加速車輛限界晶片的設計

汽車儀錶晶片屬於電晶體晶片的一個分支。 現時，晶片設計驗證中遇到的一大瓶頸是人才短缺，汽車儀錶晶片也是如此。 據統計，2020年將有約20萬積體電路設計從業人員，但企業對人才的需求遠遠超過了這一數位。 囙此，幾乎每家電晶體設計公司都在抱怨，今年很難招聘到急需的設計驗證人員。

一方面，晶片人才的短缺在於傳統人才培養模式的不足。 在這方面，我們高興地看到，國家已經製定並實施了一系列EDA產學研一體化項目； 另一方面，人才短缺在很大程度上是由國外EDA工具的壟斷和關閉造成的。 這種保守主義和封閉性使得普通國內開發商難以進行廣泛接觸，更不用說二次開發了。

汽車儀錶晶片是一個複雜的軟硬體系統。 車載晶片互連已逐漸從傳統的通過can、mose和FlexRay匯流排的簡單感測器互連轉變為複雜的車輛以太網互連； 傳輸的數據也從之前的調試和診斷資訊陞級為音訊和視頻娛樂資訊以及關鍵任務數據資訊。 隨著數據量的新增，數據內容和延遲確定性變得越來越重要，車輛儀錶晶片中的軟件也變得越來越複雜。

車規晶片也是晶片領域的一種特殊類型，特別是對功能安全有著嚴格的要求。 車輛儀錶晶片的功能安全完整性等級（ASIL）劃分要求在設計過程中進行一系列嚴格的測試和覆蓋報告。 傳統的晶片設計驗證方法難以有效滿足功能安全領域的複雜要求。 這一挑戰也在推動設計方法的改革。 先進的設計理念可以大大提高效率，加快設計週期，提高晶片安全水准。

為了擺脫現時汽車規格晶片的困難，包括對國外電晶體製造商和EDA工具的依賴、國內晶片人才的短缺和落後的設計理念，我們必須強調EDA概念、工具和方法的改革。

囙此，我們對加速車輛限界晶片的設計提出了三點建議：

O1.EDA概念變更

大多數傳統的EDA工具不向公眾開放中間層介面，普通用戶無法再次開發。 長期以來，產品生態封閉，用戶群體狹窄。 新華章強調使用EDA 2.0科技和理念，採用晶片設計平臺服務模式（edaas（電子設計即服務））：工具有機地嵌入雲原生服務中，提供全方位的開放介面，廣泛適應設計驗證過程。 工具介面開放，工具本身就是平臺，可以使晶片設計和驗證更加自動化和智能化； 同時，EDA 2.0還可以讓更多的人通過edas參與晶片設計，快速高效地完成工作； 依託EDA 2.0科技是解决晶片人才瓶頸的最有效途徑之一。 我們希望看到更多的嵌入式工程師、系統工程師甚至軟體工程師能够使用EDA 2.0科技參與晶片設計和研發； D在未來高效。

O2、EDA工具更換

EDA工具為功能安全提供數據支持，特別是iso26262認證所需的定量分析：故障模式影響和診斷分析（fmeda）。 在設計車輛限界晶片時，fmeda的常用方法是在晶片上故意注入故障，然後分析錯誤注入引起的功能故障概率（故障效率），以評估車輛限界晶片的安全完整性水准。

囙此，EDA工具需要能够生成各種故障模型的測試激勵。 由於注入晶片的錯誤數量多、種類多，傳統的模擬工具往往效能低、記憶體消耗大、模擬時間長。 這是因為傳統的模擬工具引擎側重於功能驗證，這會給故障注入帶來巨大的記憶體和CPU開銷。

囙此，故障注入需要EDA公司設計一個特殊的模擬器引擎來提高故障注入類比的效率； 此外，晶片故障注入測試需要模擬器處理更多的故障，並盡可能同時執行。 由於晶片中某些邏輯的規則性和對稱性，可以通過形式化方法找到一些規則，從而大規模减少不必要的注入次數。 一旦减少了測試用例的數量，就可以减少類比所需的總時間，另一方面也可以提高模擬器的效率。

Emulator只是EDA工具更改的一個典型示例。 其他工具，如形式驗證，也可以對功能安全進行許多增强和優化，包括自動檢測安全路徑和關鍵路徑上的適用錯誤模型：包括固定開路故障、瞬態故障、過渡故障、橋接故障等。 這些科技將大大提高車輛限界晶片的驗證效率。

O3.設計方法改革

汽車儀錶晶片和消費電子晶片的區別在於對安全性和可靠性的特殊要求。 在設計之初，車輛儀錶晶片需要進行非常仔細的架構探索。 這些前期工作的目的是首先確保安全，然後滿足iso26262認證的要求。 為了確保惡劣環境下的設計安全，車載儀錶晶片通常使用一些特殊的邏輯功能：例如，資料流程中的硬體CRC驗證、片上SRAM和閃存中的單比特同位、數據讀取ECC驗證和晶片電源電壓檢測； 在控制密集型邏輯中，採用了冗餘邏輯，如多個CPU同時處理單個任務、輸出結果比較、雙看門狗系統、時鐘電路備份機制等。 為了設計與這些安全措施相關的邏輯單元，有必要在設計的早期階段驗證其必要性、可靠性和完整性。

根據實踐經驗，我們建議在設計之初儘快引入晶片功能的虛擬模型。 這種基於虛擬模型的開發可以使設計人員和架構師儘快分析和優化系統，探索不同架構在安全性能方面的優勢。 一方面，設計工程師可以使用這些模型進行驗證，對複雜的設計進行初步分析，並在沒有SOC真實環境的情况下判斷最佳功耗效能區域； 另一方面，驗證工程師可以使用虛擬模型儘快開發白盒測試環境，提前進行複雜系統的軟硬體協同測試，甚至在總控制器中編譯模型並將其放入ECU系統中進行實際現場測試。

虛擬模型具有許多優點，但其前提是工程師需要廣泛意識到其重要性，並在設計驗證中積極探索和充分利用它。 同時，EDA廠商還應積極與各晶片IP廠商合作，開發更豐富、更靈活的虛擬模型，構建有利於行業積極發展的生態系統。 驗證測試的左移是複雜晶片設計領域宣導的趨勢，在車輛儀錶晶片上，我們認為虛擬模型是驗證測試左移的完美幫助點。

在過去的20年裏，我們深刻意識到科技發展給晶片行業帶來的變化，但與此同時，我們也越來越需要更强的技術創新來滿足我們不斷增長的晶片行業的需求，解决我們面臨的各種挑戰。 我們堅信，依靠EDA 2.0帶來的EDA工具的變化，可以解决人才和科技的瓶頸問題； 改進工具可以更好地提高設計驗證的效率； 虛擬模型的廣泛使用將提高架構探索的質量，提高車輛規格晶片的安全性。 我們希望與各行業的同行積極探索和交流，共同發展進步，為包括汽車監管晶片在內的我國晶片的發展做出貢獻！