PCB科技 - EDA加速車規晶片的設計

車規晶片屬於電晶體晶片的一個分支。 現時，晶片設計驗證遇到的一大瓶頸是人才短缺，車規晶片也是如此。 據統計，2020年積體電路設計從業人員約20萬人，但企業對人才的需求已遠遠超過這一數位。 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。

晶片人才的短缺一方面在於傳統人才培養模式的不足。 在這方面，我們很高興地看到，國家已經佈局並開展了一系列EDA產學研一體化項目； 另一方面，人才短缺很大程度上是由國外EDA工具的壟斷和封閉造成的。 這種保守和封閉使得國內普通開發商很難廣泛接觸，更不用說二次開發了。

汽車限界晶片是一個複雜的軟硬體系統。 車載晶片互連已從傳統的通過can、mose和FlexRay匯流排的簡單感測器互連逐漸轉變為複雜的車載以太網互連； 傳輸的數據也從以前的調試和診斷資訊陞級為音訊和視頻娛樂資訊以及任務關鍵數據資訊。 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，車規晶片中的軟件也變得越來越複雜。

車規晶片在晶片領域也是一種特殊的晶片，尤其對功能安全性有著嚴格的要求。 車規晶片的功能安全完整性級別（ASIL）劃分需要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需求。 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。

為了擺脫現時車規晶片的困境，包括對外國電晶體製造商和EDA工具的依賴、國內晶片人才短缺和設計理念落後，我們必須強調EDA概念、工具和方法論的改革。

囙此，我們對加速度計晶片的設計提出了三點建議：

O1.EDA概念轉變

大多數傳統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（edaas（電子設計即服務））模式：工具有機嵌入雲原生服務，提供全方位開放介面，廣泛適應設計驗證流程。 工具介面是開放的，工具本身是平臺，可以使晶片設計和驗證更加自動化和智能化； 同時，EDA 2.0還可以讓更多人通過edaas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在未來的有效性。

O2，EDA工具更改

EDA工具為功能安全提供數據支持，尤其是iso26262認證所需的定量分析：故障模式效應和診斷分析（fmeda）。 在設計車規晶片時，fmeda的常用手段是在晶片上進行有意的故障注入，然後分析錯誤注入導致的功能失效概率（失效效率），從而評估車規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。 由於要注入晶片的誤差數量大、種類繁多，傳統的模擬工具往往效能低、佔用大量記憶體、模擬時間長。 這是因為傳統的類比工具引擎專注於功能驗證，這有巨大的記憶體和CPU開銷用於故障注入。

囙此，故障注入需要EDA公司設計專門的模擬器引擎，以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，可以通過形式化的方法找到一些規則，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適用的錯誤模型：包括固定開路故障、瞬態故障、過渡故障、橋樑故障等。這些科技將大大提高車規晶片的驗證效率。

O3、設計方法論改革

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，車規晶片需要做非常細緻的架構探索。 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。 為了確保在惡劣環境下設計的安全性，車規晶片經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和閃存中的單個比特同位、數據讀取ECC驗證以及晶片電源電壓檢測； 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。要設計與這些安全措施相關的邏輯單元，需要在設計初期驗證其必要性、可靠性和完整性。

根據實踐經驗，我們建議在設計之初儘早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者和架構師儘快分析和優化系統，並探索不同架構在安全性能方面的優勢。 一方面，設計工程師可以在沒有SOC真實環境的情况下，利用這些模型進行驗證，對複雜的設計進行初步分析，判斷最佳功耗效能區域； 另一方面，驗證工程師可以利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，甚至可以在通用控制器中編譯模型並放入ECU系統進行實際現場測試。

虛擬模型有很多優點，但其前提是工程師需要廣泛意識到它的重要性，並在設計驗證中積極探索和利用它。 同時，EDA廠商也應積極與各類晶片IP廠商合作，開發更豐富、更靈活的虛擬模型，構建有利於行業正向發展的生態系統。 驗證測試的左移是複雜晶片設計領域提倡的趨勢，而在車規晶片上，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，我們深刻地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，以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工具的變革，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，並提高車規晶片的安全性。 我們希望與各行業同仁積極探索交流，共同發展進步，為包括車規晶片在內的我國晶片發展貢獻力量！