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車系統級芯片SoC:汽車系統級芯片概覽及AEC-Q100車規

金鑒實驗室 ? 2023-08-18 08:28 ? 次閱讀

SoC,系統級芯片,汽車系統級SoC主要面向兩個領域,一是駕駛艙,二是智能駕駛,兩者的界限現在越來越模糊。隨著汽車電子架構的演進,新出現了網關SoC,典型的代表是NXP的S32G274A。通常網關SoC不需要太強算力,不過S32G274A有4個Cortex-A53內核,達到低端座艙的水準。

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英偉達Orin的內部框架圖


Orin是一個典型的智能駕駛SoC,包含存儲管理、外圍、CPUGPU和加速器。CPU、GPU、AI加速器以及連接子系統的總線或片上網絡(NoC)是SoC的核心,因此本文將對應這四個部分分四個章節帶大家深入了解汽車SoC。目錄如下:

汽車SoC定義

廣義而言,汽車領域算力稍強(2K DMIPS以上)的MCU都可算是SoC。

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平均每輛車23個SoC


上圖是SoC IP供應商Arteris 的IPO材料,Arteris認為平均每輛車有23個SoC。

一個典型的SoC結構包括以下部分:

1.至少一個微處理器(MPU)或數字信號處理器(DSP),但也可以有多個處理器內核;

2.存儲器可以是RAMROM、EEPROM和閃存中的一種或多種;

3.一種振蕩器及鎖相環電路,用以提供時間脈沖信號;包括計數器及計時器,外設電源電路

4.各種標準的連線接口,如USB、火線、以太網、通用異步收發和序列周邊接口等;

5.電壓調理電路及穩壓器。

SoC設計流程

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SoC設計流程

個整體系統級芯片主要包括硬件與軟件兩個方面,軟件方面用來控制硬件方面的微控制器,微處理器或者數字信號處理器內核及外部設備與界面。系統級芯片設計過程主要為其軟硬件協同設計。

隨著系統級芯片集成度的不斷提高,設計工程師不得不盡量采用可復用設計思想。當今大多數SoC采用預定義的IP核(它由軟核,硬核,固核等組成),以重用設計的方式完成快速設計。軟件開發中,協議棧作為重要概念被用于驅動USB和其它行業標準接口。在硬件設計中,設計人員常用EDA工具把已設計(或者購買)IP核進行連接,并把各個子功能模塊整合到集成開發環境中(IDE)。

芯片設計送晶圓廠流片生產前,設計者要用不同的方法驗證芯片的邏輯功能。仿真與驗證是SoC設計流程中最復雜、最耗時的環節,約占整個芯片開發周期的50%~80%,采用先進的設計與仿真驗證方法已成為SoC設計成功的關鍵。

車規認證之AEC-Q100

汽車電子委員會(AEC- Automotive Electronics Council)由克萊斯勒(Chrysler) 、福特(Ford) 和通用汽車公司(General Motors)成立,旨在制定電氣元件的通用質量標準。第一版AEC標準是1994年推出的,100針對集成電路,101針對分離元件,102針對光電元件,104針對MCM模塊,200針對被動元件。

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AEC-Q100標準地位

AEC-Q100作為目前應用最為廣泛和基本的車規級,它近乎強制,而功能安全并非強制,僅為建議性。

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AEC-Q100 環境運行溫度范圍標準


溫度范圍是AEC-Q100核心標準之一。

AEC-Q100 關鍵測試類別包括:

1) AcceleratedEnvironment Stress (加速環境壓力)

2) Accelerate LifetimeSimulation (加速壽命仿真)

3) Packaging/Assembly (封裝/組裝)

4) Die Fabrication (芯片制程)

5) ElectricalVerification (電氣驗證)

6) Defect Screening (不良品篩選)

7) Cavity PackageIntegrity (腔體封裝完整性)

AEC-Q100測試流程及說明

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AEC-Q100認證流程


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AEC-Q100環境壓力測試

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AEC-Q100 加速壽命模擬測試


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AEC-Q100封裝完整性測試

最為有趣的就是D,目前尚無測試標準與方法,多集中在芯片制造領域,這也許是由于芯片制造領域改變過快等原因造成,所以AEC-Q100僅提出測試項,即電遷移即EM,通過介質穿透TDDB,熱載流子注入HCI,負偏壓溫度不穩定性NBTI和壓力遷移SM。測試標準與方法均為空白,AEC委員會附加說明The data, test method, calculations and internal criteria should beavailable to the user upon request for new technologies.意思就是用戶看著辦吧。

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AEC-Q100電特性測試


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AEC-Q100 F與G組測試

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