車規(guī)芯片為什么要滿足功能安全？

隨著當(dāng)前國內(nèi)汽車MCU "平替"浪潮的發(fā)展，越來越多的國內(nèi)芯片設(shè)計公司正在逐步進軍車規(guī)MCU設(shè)計領(lǐng)域，希望能夠在汽車進入新能源與智能網(wǎng)聯(lián)的大時代背景下取得一席之地。與成熟的工業(yè)和消費級MCU市場相比，車規(guī)MCU是一個全新的領(lǐng)域，因為新的需求和應(yīng)用場景的出現(xiàn)，對汽車MCU的要求也大幅提升（這也是為什么將其稱為車規(guī)）。

經(jīng)過上百年的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)形成了非常成熟的設(shè)計、研發(fā)和制造體系。然而，在這個體系中，龐大而復(fù)雜的供應(yīng)鏈體系讓后來者很難在最初的階段就全面了解汽車產(chǎn)業(yè)鏈的整體情況，尤其是對自身所在細分領(lǐng)域產(chǎn)品的定義，很難準確識別需求以及需求背后的原因。

相比于直接面向終端市場的主機廠OEM和知名品牌車企，消費者對一級供應(yīng)商（Tier1）的了解甚少，而芯片設(shè)計公司更處在難以被察覺的上游（Tier2）地位。正因如此，在越來越電子化的汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，芯片企業(yè)承擔(dān)了更多的工作，但卻與真實的客戶需求越來越遠。由于對終端應(yīng)用了解不足，在芯片市場調(diào)研和產(chǎn)品規(guī)格定義階段，往往會與最終應(yīng)用產(chǎn)生一定的脫節(jié)，導(dǎo)致上市后無法很好地適應(yīng)應(yīng)用需求的情況。

筆者現(xiàn)針對汽車安全領(lǐng)域的話題，探討了車規(guī)芯片為什么滿足了AEC-Q100這么嚴苛的標準，同時還需要滿足功能安全。

車規(guī)芯片為什么要滿足功能安全

當(dāng)前中國的汽車市場正經(jīng)歷著從功能車到智能車的轉(zhuǎn)型浪潮。一些整車企業(yè)或供應(yīng)鏈汽車，如華為、小鵬、特斯拉，正在推動汽車智能化水平的快速提升，對傳統(tǒng)汽車形態(tài)的定義產(chǎn)生了深遠影響。

通過各種智能化的加持，無論是智能座艙還是自動駕駛，都讓汽車變得更加聰明。例如，小鵬G6的最新發(fā)布，XNGP定義了全新的“通勤模式”，讓交通變得更智能，提升了乘員的出行安全性?；镜妮o助駕駛功能LCC，可以讓車輛保持到道路標線內(nèi)居中行駛。同時，當(dāng)有大型車輛貼近或者切入自車前方時，系統(tǒng)會提示危險并輔助駕駛員適當(dāng)減速，提高駕駛員的安全感。此外，盡管更高等級的自動駕駛汽車（L3+）目前還沒有真正意義上的量產(chǎn)車問世，但相關(guān)法規(guī)已經(jīng)陸續(xù)出臺，相信未來可期。

如今，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的出現(xiàn)，將數(shù)字平臺搬到了汽車上，增加了四個輪子，可以控制車輛在路上跑，可以輔助駕駛員開車，這是一項前所未有的變革，為人們提供了巨大的福利。然而，隨之而來的一個問題是，我們所熟悉的數(shù)字平臺在工作過程中，難免會出現(xiàn)故障或缺陷。如果這些故障出現(xiàn)在普通的消費電子產(chǎn)品上，可能只會導(dǎo)致功能失效，但對人員本身沒有太大的危害。但對于汽車這種主打安全的汽車來說，出現(xiàn)不可預(yù)期的故障可能會導(dǎo)致各種道路事故，嚴重影響駕駛?cè)思俺藛T的人身安全，產(chǎn)生巨大的社會影響。

以汽車MCU為例，該器件在實現(xiàn)諸如ACC、AEB等車輛ADAS功能時，容易發(fā)生故障。如CPU計算指令的錯誤或延遲，直接影響ADAS控制器（ECU)對底盤發(fā)出剎車指令的有效性和及時性，在分秒之間，就可能因為未能及時識別MCU故障，可能導(dǎo)致嚴重的整車危害。此外，如果是汽車模塊或者其他駕駛場景下，也會有其他各種的危害事件。

通過上述所述，我們可以看出，對于功能實現(xiàn)至關(guān)重要的關(guān)鍵器件，例如汽車MCU，其安全性、故障檢測能力和設(shè)計能力直接影響到終端用戶的安全。同時，從市場和終端用戶的角度來看，對汽車MCU芯片研發(fā)企業(yè)提出了更高的要求，即需滿足汽車芯片的功能安全性。

在當(dāng)下的時代背景下，汽車MCU作為汽車各個系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，受到了國產(chǎn)替代的重點關(guān)注。一些具備研發(fā)能力的主機廠開始進軍自研車規(guī)MCU芯片領(lǐng)域，同時也有一些主機廠選擇與國內(nèi)芯片設(shè)計公司合作，定制生產(chǎn)他們所需的芯片產(chǎn)品。這既是一個機遇，也是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了確保芯片的成功，并最終保證商業(yè)上的成功，那些之前沒有涉足該領(lǐng)域的芯片設(shè)計企業(yè)需要關(guān)注其中之一的關(guān)鍵特性，即功能安全。

功能安全：?降低因為電子器件失效引起的不合理風(fēng)險

在汽車電子產(chǎn)品應(yīng)用中，芯片故障可以從兩個宏觀維度進行分類：一是由于汽車芯片設(shè)計漏洞或錯誤實現(xiàn)所引入的人為系統(tǒng)性故障，二是由于芯片老化和電子遷移等事件導(dǎo)致的隨機硬件失效故障。為了解決這兩類故障，汽車安全芯片設(shè)計企業(yè)必須嚴格遵循ISO26262功能安全標準。該標準建立了一整套風(fēng)險分類體系，并提供了基于汽車安全完整性等級（ASIL）的方法論指導(dǎo)，從流程和技術(shù)角度指導(dǎo)如何降低電氣和電子故障所造成的潛在危險。

在芯片設(shè)計層面，功能安全是RTL-GDS流程中的一項新指標，在原有的芯片設(shè)計流程基礎(chǔ)上，新增了FUSA驗證（如通過FPGA工具執(zhí)行仿真驗證），fusa分析（如失效模式分析，診斷分析等）及fusa實現(xiàn)（如通過后端插入TMR等安全機制）的內(nèi)容。

以上每個階段的流程是緊密集成的，通過有效的實施，可以實現(xiàn)以下目標：

1.? 實現(xiàn)追溯性和安全要求的合規(guī)，降低上游客戶的顧慮

2.? 減少開發(fā)工作量

3.? 提升設(shè)計的魯棒性

在具體的故障防護機制設(shè)計中，功能安全標準同樣要求滿足一些量化指標，如SPFM、LFM和PMHF。這些指標需要在芯片層級和IP層級均得到遵守并可追溯。

針對系統(tǒng)性失效，通常使用DFMEA方法來識別各種可能的設(shè)計失效，并提出相應(yīng)的設(shè)計預(yù)防和探測措施，以避免問題芯片的產(chǎn)生。其中，DFMEA的重要作用是通過結(jié)構(gòu)化方法，幫助設(shè)計團隊識別和解決實際錯誤或潛在錯誤源頭。

對于隨機硬件失效，結(jié)合各種安全分析和DFA分析，能夠全面覆蓋隨機故障，并在芯片設(shè)計過程中確定需要增加的安全設(shè)計措施。

完整的故障避免（fault avoidance）和故障容忍（fault tolerance）措施，不僅僅限于以上的簡要說明的內(nèi)容，實際項目開發(fā)要遵循完整的流程去執(zhí)行和落地。

如今，盡管完全無人駕駛的智能網(wǎng)聯(lián)汽車尚未實現(xiàn)，但對于輔助駕駛和其他相關(guān)應(yīng)用，我們可以看到車規(guī)電子器件對于提升駕駛安全性和舒適性的重要性。車規(guī)級功能安全芯片為實現(xiàn)這些功能的安全運行提供了系統(tǒng)保障。因此，確保這些芯片設(shè)計符合質(zhì)量、可靠性和安全性要求，將有助于打造更智能、更安全的汽車。

在推出滿足AEC-Q100標準的車規(guī)級汽車MCU芯片后，芯?？萍?/u>正在繼續(xù)進軍車規(guī)功能安全MCU領(lǐng)域。在確保產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)上，芯?？萍计囯娮赢a(chǎn)品線將持續(xù)加強汽車電子MCU系列化、產(chǎn)品研發(fā)平臺化以及車規(guī)功能安全體系的建設(shè)。針對智慧座艙、人機交互、車載PD快充、電池管理、車身控制、駕駛安全等應(yīng)用場景，實現(xiàn)系列化汽車MCU芯片的研發(fā)和市場開拓。