2022年9月，由Design Reuse主办的IP SoC China 2022在线举行。该活动旨在推广IP(硅知识产权)及相关IP电子系统，促进全球知识产权知识共享，为电子行业创新提供源源不断的新动力。
新受邀出席本次线上虚拟会议，新技术支持总监刘为现场观众做《IP助力汽车电子SoC发展》主题演讲，分析市场趋势，解锁IP车规应用创新思路。以下是演讲内容。欢迎点击“阅读原文”直击演讲现场。
汽车电子市场简介及趋势分析
在过去的15年里，生活中的电子设备经历了一个从简单功能到复杂应用的智能化过程。依托5G、人工智能、高带宽、核心网等最新基础技术。智能设备可以随时处理复杂的场景和功能。
智能汽车是装备了先进传感系统、决策系统和执行系统，运用信息通信、互联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的新一代汽车。具备部分或全部自动驾驶功能，逐步从简单的交通工具向智能移动空间转变。
图1
根据中国汽车工业协会的研究报告(图1)，在2019年和2020年汽车销量负增长后，2021年中国汽车总销量为2610万辆，同比增长3.1%。随着未来几年的持续增长趋势，预计2025年中国汽车市场销量将达到3000万辆左右。因为汽车平均单价高，这将是一个巨大的存量市场。
汽车的电动化、智能化推动了对汽车芯片的强劲需求。如图2所示，2020年，我国具有智能网联功能的新车普及率将达到48.8%，预计到2025年，新车普及率将达到75.9%，实现真正的普及。
图2
同时，汽车电气化也为汽车半导体提供了新的增长空间。按照一辆自行车的半导体价值计算，传统燃油汽车的平均半导体价值为417美元。与传统燃油汽车相比，48V/微混合动力汽车的价值增加了114美元。全混合动力/插电式汽车的半导体增加368美元；纯电动汽车的半导体增加了358美元，估计特斯拉自行车的增量在400美元左右。智能汽车引入了很多新功能，比如车身控制、动力安全、自动驾驶、智能驾驶舱等等。这些功能需要大量的芯片来提供支持。从自动驾驶的水平来看，L1/L2的芯片价值大概在100-150美元，L3可以达到600美元，L4/L5可以达到900甚至1200美元。因此，汽车电子芯片，尤其是自动驾驶芯片，成为本土厂商竞争的主战场。
此外，智能驾驶舱也是汽车智能化的主要增量市场。根据ICVtank的预测，到2026年，全球自动驾驶市场规模将达到687亿美元，CAGR将达到25.4%，智能驾驶舱市场规模将达到440亿美元，CAGR将达到11.3%，中国市场将以11.6%的年复合增长率增长，引领全球增长。智能汽车领域有很多细分市场带来新的机会，比如屏幕显示、顶置显示、智能环视、域控制器、自动驾驶等等。独立车企和零部件供应商有望弯道超车。本土厂商在崛起的同时，不得不面对传统汽车芯片和新兴消费芯片巨头的竞争。新姚辉的优势在于立足本土市场，深入了解市场和应用需求，与国内主机厂联合开发，在成本和性能上会有更大的优势。
智能提升汽车电子芯片SoC
汽车体系结构经历了从分布式到领域集中式的发展，然后将向中央计算演进。总的趋势是ECU数量在减少，控制和计算集中，未来会实现本地和云端的协同。每辆车都是m
以智能座舱为例，国外的、三星、Intel等厂商，国内的地平线、芯驰等厂商都在争相推出新产品，CPU、GPU的计算能力也在不断提升。以高通8155的7nm工艺芯片为例，加上NPU，运算能力可以达到4TOPS；车厂正在逐步引入高通8295的5nm工艺芯片，性能提升最明显的是NPU。NPU的增强大大提高了智能性和用户体验，是智能驾驶舱的主要发展方向之一。
自动驾驶更厉害。以英伟达为代表的非传统汽车芯片厂商大力发布新产品，迅速占领市场。高通也不遗余力。如图3的计算能力排名所示，高通的混合解决方案排名第一，第二至第六名被英伟达占据。除了深度学习的计算能力和效率，自动驾驶芯片还要求支持多种传感器的输入，软件开发的便利性，获得功能安全认证，提供完整开放的解决方案。可见汽车电子芯片和系统的设计并不容易。
图3(来源：Yole，NVIDIA，
中国研究部，云秀资本整理)
汽车电子SOC芯片接口IP面临的挑战及解决方案
以复杂的自动驾驶芯片为例(图4)，对主流ADAS芯片进行多维度对比。目前单个芯片的计算能力在200TOPS以上，能效比在3以上。一般工艺在16nm以下，最高可达5nm。接口IP是最复杂的部分，包括LPDDR、PCIe、以太网、MIPI、显示接口HDMI和通用USB接口。这些接口的IP配置与主流手机非常接近，但规格却是一代之后。这是因为技术更成熟，可靠性更高，供货更稳定。这也印证了车码SoC的开发周期比消费级产品要长得多，而且考虑到上市前复杂的测试过程，普通消费者体验的时间会更晚。
图4
图5显示了汽车电子核心总线接口的演变和发展趋势。美国汽车工程师协会SAE根据汽车网络系统的性能将汽车网络分为几个不同的级别。这些总线适用于汽车的不同部件和应用。随着汽车的发展，这些公交车的技术已经成为瓶颈。消费电子的一些成熟技术已经逐渐移植到汽车上，比如车载以太网的兴起；结合IEEE提出的TSN(时间敏感网络)的一系列标准，TSN在传统以太网的基础上，通过精确的时间同步保证带宽来限制传输延迟，并提供高水平的服务质量来支持基于音文章媒体的各种应用。车载以太网有望在2025年达到25Gbps的高带宽。车内还引入了多媒体接口，如LVDSMIPI、HDMI、DP、MIPI组织正在推广的A-PHY，以及PCIe、USB等可扩展接口。简而言之，带宽越来越高，功能越来越复杂，迭代越来越快，总线和接口需求多样化。
图5
汽车电子需要车规技术，也需要车规IP。但是，汽车监管IP和消费电子IP有很大不同。
首先是可靠性的区别。根据等级不同，对环境温度的承受能力差别很大，使用寿命和故障率的差别也很明显。AEC组织有许多不同的标准，适用于芯片ip。ACE-Q100在行业中应用广泛。另外，汽车电子的设计使用寿命至少是10年，通常是15年以上，故障率基本是1ppm，也就是百万分之一不到。
相对于消费级IP，车规IP的可靠性要求会有很多额外复杂的工作。主要表现在工作温度、耐用性和可靠性方面的差异，如图6所示。不同的一级厂商对Mission Profile有不同的定义，作为IP厂商也有自己独特的见解。新将与客户和代工厂合作，制定切实可行的任务剖面，并通过combin进行严格的模拟验证
功能安全对于汽车级芯片也非常重要(图7)，尤其是关系到人身安全的元器件和模块。国际标准化组织定义了ISO 26262标准来规范不同的安全级别。从QM开始，每一级的SPFM和LFM逐步提高，导致更低的随机硬件故障率。从这个角度来看，对IP的要求，像可靠性AEC-Q100，需要大量额外的工作和过程干预。IP复用的好处是可以隐藏中间大量繁琐的流程和时间开销。最终用户可以从IP供应商处获得安全包，包括DFMEA、FMEDA、安全手册、认证证书等。可以大大加快汽车轨距芯片的开发进程。
为了提高功能安全性，一般采用两种策略，一是防护性设计，二是冗余设计。保护方法多样且实现复杂，但具有针对性强、效率高的特点，如适用于片上存储的ECC纠错、存储器的BIST优化、数据包的CRC检错、看门狗防锁、执行单元的锁步等。冗余设计的方法相对简单，适用范围广，但成本较高。业界通常将两种方法结合起来互相学习。
总结一下，车规级SoC的设计挑战包括以下几个方面：质量可控、可追溯的质量管理体系QMS，行业标准要求的可靠性设计AEC-Q100，功能安全设计ISO 26262、过程中各个环节的评审报告，签署可交付成果和第三方权威机构的评估报告或证书。
作为本土ip制造商，新姚辉通过优秀的IP解决方案，帮助汽车电子SoC芯片设计克服三重挑战。
针对苛刻的PPA要求、稳定性、可靠性、互操作性和协议兼容性，新姚辉采用业界最成熟的验证方法论和IP架构，专注IP质量和完整解决方案，依托完整的设计验证平台和专业的技术支持团队。
根据车辆法规、行业标准如AEC-Q100、ISO26262、IATF 16949的设计要求，提供满足车辆法规工作温度、耐久性和可靠性要求的设计和验证，满足车辆法规要求的保护和冗余设计方案，设计过程满足严格的质量管理要求。
针对用户集成和实现的挑战，如子系统集成、高速接口系统级SI/PI设计、第三方汽车法规评审和评估，我们可以提供汽车法规IP子系统集成、汽车法规SoC系统设计、性能分析和芯片调试，以满足汽车法规测试的要求。
图8
汽车规范接口IP是汽车电子SoC设计的重要基石。新姚辉完整的整车规范接口IP解决方案，实现了国产自主整车规范SoC芯片的开发，促进了中国汽车电子行业的自主可控。除了汽车电子领域，新姚辉还可以在数据中心、高性能计算、5G、物联网、人工智能、消费电子等领域提供一站式接口IP解决方案，实现SoC在各个应用领域的国产化浪潮。
审计彭静