2022年9月，由Design & Reuse主辦的 IP SoC China 2022在線上召開。本次活動旨在推廣 IP（硅知識產權）以及相關 IP 的電子系統，促進全球知識產權知識共享，為電子行業創新提供源源不斷的新動力。

芯耀輝受邀出席本次線上虛擬大會，由芯耀輝技術支持總監劉好朋為觀眾帶來《IP助力汽車電子SoC發展》的主題演講，分析市場趨勢，解鎖IP車規應用的創新思路。以下為演講內容整理，歡迎點擊“閱讀原文”直擊演講現場。

汽車電子市場簡述和趨勢分析

過去15年，生活中的電子設備經歷了從簡單功能到復雜應用的智能化過程，依賴于最新的基礎技術如5G、人工智能、高帶寬、核心網絡等，智能設備可以隨時處理復雜場景和功能。

智能汽車是搭載先進傳感系統、決策系統、執行系統，運用信息通信、互聯網、大數據、云計算、人工智能等新技術，具有部分或完全自動駕駛功能，由單純交通運輸工具逐步向智能移動空間轉變的新一代汽車。

圖1

根據中國汽車工業協會研報（圖1），在經歷了2019年、2020年汽車銷量的負增長后，2021年中國汽車總銷量為2，610萬輛，同比增長3.1%。在接下來幾年的連續增長趨勢下，2025年中國汽車市場銷量有望達到3000萬輛左右。由于汽車的平均單價高，這將是一個基數龐大的存量市場。

汽車電動化和智能化推動汽車芯片的強烈需求，如圖2所示，2020年，我國智能網聯功能新車滲透率達48.8%，預計到2025年，新車滲透率可以達到75.9%，實現真正意義上的普及。

圖2

同時，汽車電動化也為汽車半導體提供了新的增長空間。按照單車半導體價值測算的傳統燃油車的半導體平均價值量為417美元；48V/微混型汽車相較傳統燃油車半導體單車價值量增加了114美元；全混/插電式類型車的半導體增加了368美元；純電動型車的半導體增加了358美元，估計特斯拉單車增量在400美元左右。智能汽車引入了如車身控制、動力安全、自動駕駛、智能座艙等多種新功能，這些功能都需要大量的芯片來提供支持。從自動駕駛等級來看，L1/L2的芯片價值約為100-150美元，L3可以達到600美元，L4/L5更是可以達到900甚至是1，200美元。所以汽車電子芯片特別是自動駕駛芯片，已經成為本土廠商角逐的主戰場。

除此以外，智能座艙也是汽車智能化的主要增量市場。根據 ICVtank 預測，到2026年，全球自動駕駛市場規模將達687億美元，CAGR達25.4%，智能座艙市場規模將達440億美元，CAGR約11.3%，中國市場年復合增速達11.6%，領先全球增長。智能汽車領域有很多細分市場帶來新的機遇，比如屏顯、頭上顯示、智能環視、域控制器、自動駕駛等。自主車企和零部件供應商有望實現彎道超車，本土廠商在崛起的同時也不得不面對傳統汽車芯片和新興消費芯片巨頭的競爭，芯耀輝的優勢在于立足本土，深刻理解市場和應用需求，與國內主機廠聯合開發，這樣就能在成本和性能上具有較大優勢。

智能化推動汽車電子芯片SoC化

汽車架構經歷了分布式到域集中式的發展，之后會向中央計算式演進，總的趨勢是ECU的數量在不斷的減少，控制和計算不斷中心化，未來更是會實現本地和云的協同化。每一輛車都是一個流動的數據終端，時時刻刻都在進行本地和遠程的協同運算和控制，實現車和車之間、車和各種基礎設施間的實時通信，這些趨勢都在推動汽車芯片設計SoC化。

以智能座艙為例，國外的廠商如高通、三星、英特爾，國內的廠商如地平線、芯馳等爭先推出新品，CPU、GPU的算力不斷提升。以高通8155的7nm工藝芯片為例，加入NPU，算力可以達到4TOPS；車廠還逐步在引入高通8295的5nm工藝芯片，其性能提升最明顯的仍是NPU，NPU的強化極大的提升了智能化和用戶的體驗，這是智能座艙的主要發展方向之一。

自動駕駛更是算力為王。以英偉達為代表的非傳統汽車芯片廠商大力發布新品，快速占領市場，高通也是不遺余力。如圖3的算力排行榜所示，高通的混合方案排名第1，第2名到第6名被英偉達占據，除了深度學習的算力和效能外，自動駕駛芯片還要求支持多種傳感器的輸入、軟件開發的便利性、獲得功能安全認證和提供完整開放的解決方案，可見汽車電子芯片和系統設計并非易事。

圖3（來源：Yole、英偉達、

中?公司研究部、云岫資本整理）

汽車電子SOC芯片接口IP的挑戰和解決方案

以復雜的自動駕駛芯片為例（圖4），將主流的ADAS芯片做一個多維度的比較。目前，單芯片算力達到200TOPS以上，能效比也在3以上，普遍是16nm以下工藝，最高可達5nm。接口IP是其中最復雜的部分，包括了像LPDDR、PCIe、以太網、MIPI、顯示接口HDMI以及通用的USB接口等。這些接口IP的配置和主流手機非常接近，但規格上要晚一代。這是由于技術更加成熟、可靠性更高、供應更穩定。這也印證了車規SoC開發周期遠大于消費級產品，再考慮到上市前的復雜的測試過程，普通的消費者體驗的時間還會更晚。

圖4

圖5是汽車電子核心總線接口的演變和發展趨勢。美國汽車工程師協會SAE按照車上網絡系統的性能把汽車網絡劃分為幾個不同的等級。這些總線適用于汽車的不同部件和應用，隨著汽車的發展，這些總線的技術出現了瓶頸。一些消費電子成熟的技術已經漸漸的移植到了汽車中，比如車載以太網的興起；結合IEEE提出的TSN（時間敏感網絡）一系列的標準，TSN在傳統的以太網絡的基礎上，用精準的時間同步通過保障帶寬來限制傳輸延遲，提供高級別服務質量以支持各種基于音視頻的媒體的應用。車載以太網有望在2025年達到25Gbps的高帶寬，車上還引入了多媒體接口，比如像LVDSMIPI、HDMI、DP，還有MIPI組織現在正在推廣的A-PHY，以及可拓展的接口比如：PCIe、USB等。總之，帶寬越來越高，功能越來越復雜，迭代越來越快，總線和接口的需求有多元化的趨勢。

圖5

汽車電子需要車規工藝，同樣也需要車規IP，然而車規IP和消費電子IP差別很大。

首先是可靠性的區別。車規根據等級不同，環境溫度的容限差別非常大，在使用壽命和失效率方面差別也很明顯。AEC組織有很多不同的標準，適用于芯片IP，業界廣泛使用的是ACE-Q100的車規驗證標準。除此之外，汽車電子的設計使用壽命至少是10年，一般會以15年以上，失效率在使用壽命期基本上是在1ppm，也就是百萬分之一以下。

車規IP的可靠性要求相較于消費類IP，會有大量的、額外的復雜工作。主要是在工作溫度、耐久性和可靠度上的差異，詳見圖6。不同的Tier 1 廠商對于Mission Profile的定義也不盡相同，作為IP廠商也有自己的獨到見解。芯耀輝會與客戶、foundry合作，共同定義切合實際的Mission Profile，并結合車規的工藝和車規相關的設計數據進行嚴格的仿真驗證，這也間接的延長了車規芯片的開發周期。

圖6

圖7

功能安全性對于車規級芯片也是至關重要的（圖7），特別是對人身安全有關聯的部件和模組，國際標準化組織定義了ISO 26262標準來規范不同的安全等級。由QM開始，每一級別的SPFM和LFM逐級提高，帶來更低的隨機硬件故障率。以此來看對IP的要求，就像可靠性AEC-Q100那樣需要很多的額外工作和流程的介入。IP重用的好處就是可以隱去中間巨量的繁瑣過程和時間開銷。最終用戶可以從IP供應商處獲得 safety package，包含了像DFMEA、FMEDA、Safety Manual、認證證書等，這樣可以大大的加速車規芯片的開發進程。

為了提升功能安全性一般會采用兩種策略，一種是保護性的設計，另外一種是冗余性的設計。保護性的方法多種多樣，實現起來復雜，但具有針對性強，效率高的特點，如適用于片上存儲的ECC糾錯、存儲器BIST優化、數據包CRC檢錯、Watchdog防鎖死、執行單元的lockstep等。冗余設計的方法就相對比較簡單，適用面也廣，但是成本開銷就大。業界通常會將兩種方法融合使用，各取所長。

總結來說，車規級SoC設計挑戰包含了以下幾個方面，可控制質量和可溯源的質量管理體系QMS、行業標準要求的可靠性設計AEC-Q100、功能安全性設計ISO 26262、流程中各個環節的審查報告、簽合交付件和第三方權威機構的評估報告或者認證證書。

芯耀輝作為本土 IP 廠商，通過優異的IP解決方案助力汽車電子SoC芯片設計跨越三重挑戰。

針對苛刻的PPA要求、穩定性、可靠性、互操作性、協議兼容性要求，芯耀輝采用了業界最成熟的驗證方法學和IP架構，專注IP質量和完整解決方案，依靠完整的設計和驗證平臺，專業的技術支持團隊。

針對車規級設計要求，業界標準如：AEC-Q100、ISO26262、IATF 16949，我們提供符合車規的工作溫度、耐用性、可靠度要求的設計和驗證，符合車規標準的保護和冗余設計方案，設計流程符合嚴格的質量管理要求。

針對用戶集成和實現的挑戰，如：子系統集成、高速接口系統級SI/PI設計、第三方車規審查和評估，我們可以提供車規IP子系統集成、車規SoC系統設計、性能分析和芯片調試，以符合車規測試的要求。

圖8

車規級接口IP是汽車電子SoC設計的重要基石。芯耀輝完整的車規級接口IP解決方案賦能國產自主車規級SoC芯片的開發，推動了中國汽車電子產業的自主可控。除了汽車電子領域，芯耀輝在數據中心、高性能計算、5G、物聯網、人工智能、消費電子等多個領域都能提供一站式接口IP的解決方案，賦能各個應用領域SoC的國產化浪潮。