车系统级芯片SoC：汽车系统级芯片概览及AEC-Q100车规

 

 

SoC，系统级芯片，汽车系统级SoC主要面向两个领域，一是驾驶舱，二是智能驾驶，两者的界限现在越来越模糊。随着汽车电子架构的演进，新出现了网关SoC，典型的代表是NXP的S32G274A。通常网关SoC不需要太强算力，不过S32G274A有4个Cortex-A53内核，达到低端座舱的水准。

 

英伟达Orin的内部框架图

 

Orin是一个典型的智能驾驶SoC，包含存储管理、外围、CPU、GPU和加速器。CPU、GPU、AI加速器以及连接子系统的总线或片上网络(NoC)是SoC的核心，因此本文将对应这四个部分分四个章节带大家深入了解汽车SoC。目录如下：

 

汽车SoC定义

 

广义而言，汽车领域算力稍强（2K DMIPS以上）的MCU都可算是SoC。

 

平均每辆车23个SoC

 

上图是SoC IP供应商Arteris 的IPO材料，Arteris认为平均每辆车有23个SoC。

 

一个典型的SoC结构包括以下部分：

 

1.至少一个微处理器(MPU)或数字信号处理器(DSP)，但也可以有多个处理器内核;

 

2.存储器可以是RAM、ROM、EEPROM和闪存中的一种或多种;

 

3.一种振荡器及锁相环电路，用以提供时间脉冲信号；包括计数器及计时器，外设电源电路；

 

4.各种标准的连线接口，如USB、火线、以太网、通用异步收发和序列周边接口等;

 

5.电压调理电路及稳压器。

 

SoC设计流程

 

SoC设计流程

 

个整体系统级芯片主要包括硬件与软件两个方面，软件方面用来控制硬件方面的微控制器，微处理器或者数字信号处理器内核及外部设备与界面。系统级芯片设计过程主要为其软硬件协同设计。

 

随着系统级芯片集成度的不断提高，设计工程师不得不尽量采用可复用设计思想。当今大多数SoC采用预定义的IP核（它由软核，硬核，固核等组成），以重用设计的方式完成快速设计。软件开发中，协议栈作为重要概念被用于驱动USB和其它行业标准接口。在硬件设计中，设计人员常用EDA工具把已设计（或者购买）IP核进行连接，并把各个子功能模块整合到集成开发环境中（IDE）。

 

芯片设计送晶圆厂流片生产前，设计者要用不同的方法验证芯片的逻辑功能。仿真与验证是SoC设计流程中最复杂、最耗时的环节，约占整个芯片开发周期的50%~80%，采用先进的设计与仿真验证方法已成为SoC设计成功的关键。

 

车规认证之AEC-Q100

 

汽车电子委员会(AEC- Automotive Electronics Council)由克莱斯勒(Chrysler) 、福特(Ford) 和通用汽车公司(General Motors)成立，旨在制定电气元件的通用质量标准。第一版AEC标准是1994年推出的，100针对集成电路，101针对分离元件，102针对光电元件，104针对MCM模块，200针对被动元件。

 

AEC-Q100标准地位

 

AEC-Q100作为目前应用最为广泛和基本的车规级，它近乎强制，而功能安全并非强制，仅为建议性。

 

AEC-Q100 环境运行温度范围标准

 

温度范围是AEC-Q100核心标准之一。

 

AEC-Q100 关键测试类别包括：

 

1） AcceleratedEnvironment Stress （加速环境压力）

 

2） Accelerate LifetimeSimulation （加速寿命仿真）

 

3） Packaging/Assembly （封装/组装）

 

4） Die Fabrication （芯片制程）

 

5） ElectricalVerification （电气验证）

 

6） Defect Screening （不良品筛选）

 

7） Cavity PackageIntegrity （腔体封装完整性）

 

AEC-Q100测试流程及说明

 

AEC-Q100认证流程
 

 

AEC-Q100环境压力测试

 

AEC-Q100 加速寿命模拟测试
 

 

AEC-Q100封装完整性测试
 

 

最为有趣的就是D，目前尚无测试标准与方法，多集中在芯片制造领域，这也许是由于芯片制造领域改变过快等原因造成，所以AEC-Q100仅提出测试项，即电迁移即EM，通过介质穿透TDDB，热载流子注入HCI，负偏压温度不稳定性NBTI和压力迁移SM。测试标准与方法均为空白，AEC委员会附加说明The data, test method, calculations and internal criteria should beavailable to the user upon request for new technologies.意思就是用户看着办吧。

 

AEC-Q100电特性测试
 

 

AEC-Q100 F与G组测试