隨著當前國(guo)內汽(qi)車(che)(che)MCU "平(ping)替"浪潮的(de)(de)(de)發(fa)展，越來越多的(de)(de)(de)國(guo)內芯片(pian)設計(ji)公司(si)正在逐步(bu)進軍(jun)車(che)(che)規(gui)(gui)MCU設計(ji)領域(yu)，希望能(neng)夠在汽(qi)車(che)(che)進入新能(neng)源與(yu)智能(neng)網聯(lian)的(de)(de)(de)大時(shi)代(dai)背(bei)景(jing)下取得一(yi)席之(zhi)地。與(yu)成熟的(de)(de)(de)工(gong)業和消費(fei)級MCU市場相(xiang)比，車(che)(che)規(gui)(gui)MCU是(shi)一(yi)個(ge)全新的(de)(de)(de)領域(yu)，因(yin)為(wei)新的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)和應用(yong)場景(jing)的(de)(de)(de)出現(xian)，對汽(qi)車(che)(che)MCU的(de)(de)(de)要求(qiu)也(ye)大幅提升（這也(ye)是(shi)為(wei)什么將其稱為(wei)車(che)(che)規(gui)(gui)）。
經過上百年的發(fa)展，汽(qi)車產(chan)業形成(cheng)了(le)非常成(cheng)熟的設計、研發(fa)和制造體(ti)(ti)系(xi)。然而，在這個體(ti)(ti)系(xi)中，龐(pang)大而復雜的供應鏈體(ti)(ti)系(xi)讓(rang)后來者很(hen)(hen)難在最初的階(jie)段就全面了(le)解(jie)汽(qi)車產(chan)業鏈的整(zheng)體(ti)(ti)情況，尤(you)其是對(dui)自身(shen)所在細分(fen)領域產(chan)品(pin)的定義，很(hen)(hen)難準確識別需求以及需求背(bei)后的原因。
相比(bi)于直接面向終(zhong)端(duan)市場的(de)(de)主機廠(chang)OEM和知名品(pin)牌車企，消費者對(dui)一級供應(ying)商（Tier1）的(de)(de)了解甚少(shao)，而(er)芯(xin)片(pian)設(she)計公司更處在難以被察覺的(de)(de)上游（Tier2）地(di)位。正因如此，在越(yue)(yue)來越(yue)(yue)電子化的(de)(de)汽車產(chan)業(ye)(ye)鏈中，芯(xin)片(pian)企業(ye)(ye)承(cheng)擔(dan)了更多的(de)(de)工作，但(dan)卻與真(zhen)實的(de)(de)客(ke)戶需(xu)求越(yue)(yue)來越(yue)(yue)遠。由于對(dui)終(zhong)端(duan)應(ying)用(yong)了解不足，在芯(xin)片(pian)市場調研和產(chan)品(pin)規(gui)格定(ding)義階段，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會(hui)與最終(zhong)應(ying)用(yong)產(chan)生一定(ding)的(de)(de)脫(tuo)節，導致上市后無法很好地(di)適(shi)應(ying)應(ying)用(yong)需(xu)求的(de)(de)情況。
筆(bi)者現針(zhen)對汽(qi)車安全(quan)(quan)領域的話題(ti)，探(tan)討(tao)了車規芯片(pian)為(wei)什么(me)滿(man)(man)足(zu)了AEC-Q100這么(me)嚴苛的標準，同時還需要滿(man)(man)足(zu)功能安全(quan)(quan)。
車(che)規芯片為(wei)什么要滿足功能安全
當(dang)前中國的(de)汽車(che)市場正(zheng)經歷著從功能車(che)到(dao)智能車(che)的(de)轉(zhuan)型浪潮。一些整(zheng)車(che)企業(ye)或供應鏈汽車(che)，如(ru)華(hua)為(wei)、小鵬、特斯拉，正(zheng)在推動汽車(che)智能化(hua)水(shui)平(ping)的(de)快速提升，對傳(chuan)統(tong)汽車(che)形態的(de)定義產生了深遠影(ying)響。
通(tong)過各種(zhong)智(zhi)能(neng)化的(de)加持，無論是智(zhi)能(neng)座艙還是自動駕駛，都讓(rang)汽(qi)車(che)(che)變得(de)更(geng)加聰明。例如(ru)，小鵬G6的(de)最新(xin)發布，XNGP定義了全新(xin)的(de)“通(tong)勤模式(shi)”，讓(rang)交通(tong)變得(de)更(geng)智(zhi)能(neng)，提(ti)升(sheng)了乘員的(de)出行(xing)安全性。基本(ben)的(de)輔助駕駛功能(neng)LCC，可以讓(rang)車(che)(che)輛保持到道(dao)路標線內居(ju)中行(xing)駛。同時，當有大(da)型車(che)(che)輛貼近或者(zhe)切(qie)入自車(che)(che)前(qian)方時，系統會提(ti)示危(wei)險并輔助駕駛員適當減速，提(ti)高(gao)駕駛員的(de)安全感。此外，盡管更(geng)高(gao)等級的(de)自動駕駛汽(qi)車(che)(che)（L3+）目前(qian)還沒有真正意義上的(de)量產車(che)(che)問(wen)世，但相(xiang)關(guan)法規已經陸續(xu)出臺，相(xiang)信未來(lai)可期。
如(ru)今(jin)，智能網聯汽車(che)(che)的(de)出現，將數(shu)字(zi)平臺(tai)(tai)搬到了(le)汽車(che)(che)上(shang)，增加了(le)四(si)個輪子(zi)(zi)，可(ke)以控制車(che)(che)輛(liang)在路上(shang)跑(pao)，可(ke)以輔助(zhu)駕駛(shi)員(yuan)開車(che)(che)，這是一項前(qian)所未(wei)有的(de)變(bian)革，為人(ren)們(men)提供了(le)巨大的(de)福利。然(ran)而，隨(sui)之而來的(de)一個問題是，我們(men)所熟(shu)悉的(de)數(shu)字(zi)平臺(tai)(tai)在工作過程中，難免會出現故障或缺陷。如(ru)果這些故障出現在普通(tong)的(de)消(xiao)費電子(zi)(zi)產品上(shang)，可(ke)能只會導(dao)致功(gong)能失效，但對人(ren)員(yuan)本身沒有太大的(de)危(wei)害。但對于汽車(che)(che)這種主打安全的(de)汽車(che)(che)來說，出現不可(ke)預期的(de)故障可(ke)能會導(dao)致各種道路事故，嚴重(zhong)影(ying)響駕駛(shi)人(ren)及(ji)乘員(yuan)的(de)人(ren)身安全，產生(sheng)巨大的(de)社會影(ying)響。
以汽車(che)(che)MCU為(wei)例，該器件在(zai)(zai)實現(xian)諸如ACC、AEB等車(che)(che)輛(liang)ADAS功能時，容易發(fa)生故障(zhang)。如CPU計(ji)算指令的(de)(de)(de)錯誤或(huo)延遲，直接影響ADAS控制器（ECU)對(dui)底盤發(fa)出(chu)剎車(che)(che)指令的(de)(de)(de)有效性和(he)及(ji)時性，在(zai)(zai)分(fen)秒之(zhi)間，就可能因為(wei)未能及(ji)時識別MCU故障(zhang)，可能導致嚴重的(de)(de)(de)整車(che)(che)危害(hai)。此外，如果是汽車(che)(che)模塊或(huo)者其(qi)他駕駛場(chang)景下，也會有其(qi)他各種的(de)(de)(de)危害(hai)事件。
通過上述(shu)所述(shu)，我們可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，對(dui)于功能(neng)實現(xian)至(zhi)關重(zhong)要的(de)關鍵器(qi)件，例(li)如汽(qi)車(che)MCU，其安全(quan)性、故障檢測能(neng)力和(he)(he)設計能(neng)力直接影響到(dao)終(zhong)(zhong)端用戶的(de)安全(quan)。同(tong)時(shi)，從市場和(he)(he)終(zhong)(zhong)端用戶的(de)角(jiao)度來看(kan)，對(dui)汽(qi)車(che)MCU芯片研發企業提出(chu)了(le)更高的(de)要求(qiu)，即需(xu)滿足(zu)汽(qi)車(che)芯片的(de)功能(neng)安全(quan)性。
在當(dang)下的(de)(de)時代背(bei)景下，汽車MCU作(zuo)為(wei)汽車各(ge)個系統的(de)(de)關(guan)(guan)鍵器(qi)件，受到了國產替代的(de)(de)重點(dian)關(guan)(guan)注。一(yi)(yi)些(xie)具備(bei)研發能(neng)力的(de)(de)主機(ji)廠(chang)開始(shi)進軍自研車規MCU芯片(pian)(pian)領域(yu)，同時也(ye)有(you)一(yi)(yi)些(xie)主機(ji)廠(chang)選擇(ze)與國內芯片(pian)(pian)設(she)計公司合作(zuo)，定制生產他們所(suo)需(xu)的(de)(de)芯片(pian)(pian)產品。這既是一(yi)(yi)個機(ji)遇，也(ye)是一(yi)(yi)個巨大的(de)(de)挑戰。為(wei)了確(que)保芯片(pian)(pian)的(de)(de)成功，并(bing)最終(zhong)保證商業上的(de)(de)成功，那(nei)些(xie)之(zhi)前沒有(you)涉足該領域(yu)的(de)(de)芯片(pian)(pian)設(she)計企業需(xu)要關(guan)(guan)注其(qi)中之(zhi)一(yi)(yi)的(de)(de)關(guan)(guan)鍵特性，即功能(neng)安全(quan)。
功能安全： 降低(di)因為電子器件失(shi)效(xiao)引起的不(bu)合理風險
在汽(qi)車電子(zi)產品應用(yong)中(zhong)，芯片(pian)故(gu)(gu)障可以從兩個宏觀維度(du)(du)進行分類(lei)(lei)：一是(shi)由(you)于汽(qi)車芯片(pian)設計漏洞或錯誤實現(xian)所(suo)引入的(de)(de)人為系統性故(gu)(gu)障，二(er)是(shi)由(you)于芯片(pian)老化和電子(zi)遷移等(deng)事件導致的(de)(de)隨機(ji)硬(ying)件失(shi)效故(gu)(gu)障。為了解決(jue)這兩類(lei)(lei)故(gu)(gu)障，汽(qi)車安全芯片(pian)設計企業必須嚴(yan)格(ge)遵循(xun)ISO26262功能安全標(biao)準。該標(biao)準建立了一整套風險分類(lei)(lei)體系，并提供了基(ji)于汽(qi)車安全完整性等(deng)級（ASIL）的(de)(de)方法論(lun)指(zhi)導，從流程和技(ji)術(shu)角度(du)(du)指(zhi)導如何降低電氣和電子(zi)故(gu)(gu)障所(suo)造成的(de)(de)潛在危(wei)險。
在芯片設(she)計層(ceng)面(mian)，功能安(an)全(quan)(quan)是RTL-GDS流(liu)程中的(de)(de)一(yi)項新(xin)指標，在原有的(de)(de)芯片設(she)計流(liu)程基礎(chu)上，新(xin)增了(le)FUSA驗(yan)證(zheng)（如(ru)通過FPGA工具執行仿真驗(yan)證(zheng)），fusa分析(xi)（如(ru)失效(xiao)模式分析(xi)，診斷分析(xi)等）及(ji)fusa實現（如(ru)通過后端插入TMR等安(an)全(quan)(quan)機(ji)制）的(de)(de)內(nei)容。
以(yi)上每(mei)個階(jie)段(duan)的(de)流程是(shi)緊密集成(cheng)的(de)，通過有效的(de)實(shi)施，可以(yi)實(shi)現(xian)以(yi)下(xia)目標：
1. 實現追溯性和(he)安全要求的(de)合規，降低上游(you)客戶的(de)顧慮
2. 減少開(kai)發工作量
3. 提升設(she)計的魯棒性(xing)
在(zai)具體的(de)故障防護機制設計中，功(gong)能(neng)安全標(biao)(biao)準同樣(yang)要(yao)求滿足一些(xie)量(liang)化指標(biao)(biao)，如SPFM、LFM和PMHF。這些(xie)指標(biao)(biao)需要(yao)在(zai)芯片(pian)層級(ji)和IP層級(ji)均得到遵守并可追溯。
針對系統性失(shi)效，通常使(shi)用DFMEA方(fang)法來(lai)識(shi)別(bie)各(ge)種可能(neng)的(de)設(she)計(ji)失(shi)效，并提出相應的(de)設(she)計(ji)預防和(he)探測措施，以避免(mian)問題芯片的(de)產生。其中，DFMEA的(de)重要(yao)作用是通過結構化方(fang)法，幫(bang)助設(she)計(ji)團(tuan)隊識(shi)別(bie)和(he)解決實際錯誤或潛在錯誤源頭。
對(dui)于隨(sui)(sui)機硬件失效(xiao)，結合各(ge)種安全(quan)分析(xi)和DFA分析(xi)，能夠(gou)全(quan)面覆蓋(gai)隨(sui)(sui)機故(gu)障(zhang)，并在(zai)芯(xin)片設計(ji)過程中確定(ding)需要增加的(de)安全(quan)設計(ji)措施(shi)。
完整的(de)故(gu)障(zhang)避免（fault avoidance）和故(gu)障(zhang)容忍（fault tolerance）措施，不僅僅限(xian)于以上的(de)簡要說明的(de)內容，實際(ji)項目開發要遵循完整的(de)流程(cheng)去執行和落地。
如今，盡(jin)管完全(quan)(quan)(quan)無人(ren)駕駛的(de)智(zhi)(zhi)能網聯汽車(che)尚未實現，但對(dui)于輔(fu)助駕駛和(he)其他相關應用，我(wo)們可以看(kan)到車(che)規電(dian)子器件對(dui)于提升駕駛安(an)(an)全(quan)(quan)(quan)性(xing)和(he)舒(shu)適(shi)性(xing)的(de)重(zhong)要性(xing)。車(che)規級(ji)功能安(an)(an)全(quan)(quan)(quan)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)為實現這(zhe)些(xie)功能的(de)安(an)(an)全(quan)(quan)(quan)運行提供了系統保(bao)障。因此，確保(bao)這(zhe)些(xie)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)設計符合質量、可靠性(xing)和(he)安(an)(an)全(quan)(quan)(quan)性(xing)要求，將有助于打造更智(zhi)(zhi)能、更安(an)(an)全(quan)(quan)(quan)的(de)汽車(che)。
在(zai)(zai)推出滿足(zu)AEC-Q100標(biao)準的(de)車(che)(che)(che)規級汽(qi)車(che)(che)(che)MCU芯片后，芯海科(ke)技正在(zai)(zai)繼續進軍車(che)(che)(che)規功能安(an)全(quan)MCU領域。在(zai)(zai)確保產(chan)品可(ke)靠性的(de)基礎(chu)上，芯海科(ke)技汽(qi)車(che)(che)(che)電子產(chan)品線將持續加(jia)強(qiang)汽(qi)車(che)(che)(che)電子MCU系列(lie)化、產(chan)品研(yan)發平臺化以及車(che)(che)(che)規功能安(an)全(quan)體(ti)系的(de)建(jian)設。針對(dui)智慧座(zuo)艙(cang)、人機交互、車(che)(che)(che)載PD快充、電池管理(li)、車(che)(che)(che)身控制(zhi)、駕駛安(an)全(quan)等應用場(chang)景，實現系列(lie)化汽(qi)車(che)(che)(che)MCU芯片的(de)研(yan)發和市場(chang)開拓(tuo)。