本文来自微信公众号“电子发烧友网”，作者/周凯扬。
早在2012年，中国电动汽车的渗透率仅有0.1%，在10余年的连续高速增长下，如今中国汽车全年销量中电动汽车所占比例已经接近1/3。能有如此迅猛的发展，中国本土的汽车制造商功不可没。无论是新势力还是传统车企都在加速新车型的上市节奏，为了缩小彼此之间的竞争差距，紧跟中国这一最大汽车市场的步伐，几乎所有车企都在缩短开发周期。
为此，在汽车芯片设计上，我们也看到了车企自己入局的趋势，比如特斯拉、比亚迪和蔚来等。但由于缺乏完整的车规SoC设计团队，要想加速汽车芯片设计以及软件测试验证，最好的方法就是采用分布式设计，在部分模块上借助现有的IP进行开发。从设计要求来说，无论是处理器IP，还是接口IP，这些解决方案既要兼具性能和可靠性，也要在质量和功能安全上得到充分验证。
车规IP的功能安全与质量认证
在设计汽车SoC的过程中，即便有了满足性能需求的IP方案，要想将其导入汽车市场，也存在一定的门槛，比如功能安全和质量。汽车功能安全是指在系统发生故障时，为降低车辆乘员和其他道路使用者受伤风险而采取的措施。质量是一个广泛的概念，包括车辆的整体性能、可靠性和耐用性。
由于行驶过程和安全因素紧密挂钩，汽车行业的质量和功能安全标准不仅适用于芯片平台，也适用于IP。只有通过认证的车规IP，才有可能真正为汽车半导体制造商和OEM缩短TTM。以在车规IP解决方案处于领先地位的新思为例，他们就遵循了一体化优质汽车产品发布的金字塔式发布流程。
一体化优质汽车产品发布的完整流程/新思
该流程的基石是首先是采用基于ISO 9001标准的质量管理体系(QMS)，以确保所有产品和项目从概念到交付都符合最高质量标准。依据这一标准，质量管理过程中必须满足以下关键要素：管理组织和系统、高效的产品和项目生命周期、有效向客户交付产品、供应商选择流程、开发和客户交付流程的支持系统。
接着是基于ISO26262标准的功能安全开发，该标准将故障分为系统故障和随机硬件故障，其中系统故障可能会出现在硬件和软件中，所以在IP之类的软件模块开发过程中就要引入安全保护机制。同时，设计者需要将SoC作为符合ISO 26262标准的SEooC进行开发，对系统故障和瞬态故障做好防范。
最后是强大的R&D产品开发方法，新思将该方法分为6个阶段，包括调查阶段、架构设计和规划阶段、细节设计阶段、实现阶段、验证阶段以及发布阶段。该开发方法为汽车系统和零部件的开发提供了结构化和系统化的方案，确保了高质量产品的高效率开发。
新思的ARC®处理器和安全IP正是基于质量、功能安全和产品开发方法打造的产品之一，为汽车行业和相关应用提供了基础创新解决方案。ARC®处理器和安全IP最高支持到ASIL D的安全级别，简化汽车SoC开发的同时也加快了芯片ISO 26262的认证流程。
E/E架构优化，PCIe 6.0满足高带宽低延时互联的需求
除了高性能处理器外，高速接口也成了汽车的一大创新点。在域（Domain）架构逐渐普及后，为了在ADAS和汽车互联技术上进一步突破，OEM和Tier1都开始打算对汽车数据架构采取新一轮的改革。基于集中式区域（Zonal）架构成了下一轮革新的设计方向，尤其是在连接起各个ECU之间的接口上，借助高速接口将区域控制器连接到高算力的核心数据平台。
从近期上市的新车型就可以看出，无论配置高低，ADAS都已经成了必备功能，车身上标配和可选配的传感器数量也在逐步增多。就拿各车企主打的ACC自适应巡航控制和APS自动泊车等功能来说，就必须借助传感器融合即时生成的庞大数据量，才能提供行之有效的ADAS解决方案。
可这些辅助驾驶功能，需要的传感器数据量以及ECU计算量，却也在逐步挑战传统汽车系统架构的带宽上限。比如单个高清摄像头就提出了高于10Gbps的带宽需求，算上毫米波雷达、激光雷达等各项传感器，单个区域控制器与核心计算平台之间的带宽要求就高达50Gbps。
在多个区域控制器组成的数据架构中，核心计算平台接收的瞬时吞吐量可高达200Gbps以上，传统的车载以太网已经难以满足带宽需求。正因如此，汽车SoC设计者将目光看向了安全、低时延且高带宽的通用互联方案，PCIe。
在最新的PCIe 6.0规范中引入了PAM4信令的支持，将数据传输速率从32GT/s提升至64GT/s，x16链路的配置下，可以提供高达256GB/s的带宽，满足200Gbps以上的需求绰绰有余。无论是以最新的64GT/s链路速度运行，还是以PCIe 6.0基本规范中依然兼容的较低链路速度之一运行，PCIe 6.0设备都可以利用可能达到的最高带宽。
不过PAM4信令也更容易受到噪声干扰，进而增加误码率，所以PCIe 6.0规范引入了FLIP（固定大小）模式，支持任何链路速度，通过前向纠错来降低误码率。再结合规范中的LCRC（链路级循环冗余校验）、通路裕量以及VDM（供应商定义消息）等功能，PCIe可为整个系统提供极高的可靠性。
作为PCIe IP的领先供应商，新思的PCIe IP解决方案旨在支持PCIe 6.0 64GT/s及前几代规范的所有必须功能，也包括最新的PIPE规范。除了高性能和高可靠性外，PCIe在接口安全上也具备极大的优势，在智能座舱和IVI系统上这些优势更为明显。
随着无线连接的安全漏洞被逐一消除，远程控制攻击反而是当前最难突破的地方，于是不少“攻击者”决定从有线连接下手，且这些“攻击者”的身份甚至可能是车辆所有者自己。鉴于一众ADAS功能的背后，是车企在智算中心、道路数据收集上的高成本投入，有些厂商对部分高阶ADAS功能，采取了除硬件选配之外的软件订阅商业模式。
这些付费软件选配包需要远程激活才能启用，但也有人想通过物理接入的攻击手段解锁这些付费功能。除此之外，还有IVI系统中受到版权保护的多媒体娱乐内容，也有攻击者试图绕过DRM来获取这部分内容。
新思PCIe 6.0控制器中的IDE实现/新思
而在PCIe规范中，存在一个名为“完整性和数据加密（IDE）”的功能，可以对PCIe传输的数据包执行硬件加密和完整性检查，从而抵御从硬件层面实施的攻击。新思就提供了带IDE安全模块的PCIe 6.0控制器IP，帮助SoC设计师保护PCIe上传输的数据免遭篡改和物理攻击。
结语
对于车企而言，进军汽车芯片自研是一条投入和风险都比较高的路线。借助新思经过硅验证的车规IP解决方案和开发工具进行车规SoC的开发，更容易实现首次流片成功。显著减少了产品开发周期的同时，保证了质量和功能安全。
在“软件定义汽车”和“自研造芯”的趋势下，明确设计需求的主机厂直接与IP供应商接洽咨询，反而更能对IP有着更精确的判断，并在技术支持团队的帮助下在竞争对手之前率先推出新品。
