先進駕駛輔助系統（Advanced DriverAssistance Systems，ADAS）是成長最快速的汽車應用。市場研究機構Gartner的報告估計，此市場規模將從2014年的56億美元成長至2018年的102億美元，在2013~2018年之間實現17.1%的年復合成長率（CAGR）；ADAS相關半導體產品的消耗量同時間則將從13.8億美元成長至24億美元，其間年復合成長率將達到15.5%。

　　以安全性為核心的駕駛輔助系統，支持行人偵測/避讓、車道偏離警報/糾正、交通標志識別、全景影像、疲勞監控等，這些應用以及其他多種應用（如圖1所示），需要一種全新類別的系統單芯片（SoC）來滿足該系統日益成長的需求。

　　在消費者利益和政府法規的推助下，為了改善道路安全性，汽車制造商正在要求一級零組件供貨商（Tier 1）和半導體產品供貨商去開發包含最新多媒體標準、執行多種基于視覺的算法，且結合影像和雷達系統傳感器數據的SoC。

　　圖1 各種ADAS應用。

　　為了實現高性能運作所需的先進通訊協議，ADAS SoC使用了比大多數高階消費性應用更嚴格的尖端設計和工藝技術；這類組件的設計者仰賴IP供貨商協助他們克服實現特定應用IP需求的挑戰，在越來越短的設計、成形周期中滿足汽車應用對強韌度、可靠性和安全性的需求。

　　ADAS SoC設計準則

　　從應用和系統的兩個角度來看，這類新型ADAS SoC都擁有特定的設計準則，以確保高效率的SoC設計實作；為ADAS應用構建SoC的設計人員需要結合高性能與省電的IP功能，以協助實現整體系統吞吐量，并滿足實時性的服務質量要求（如圖2）。

　　圖2 采用16/14奈米工藝的ADASSoC，圖中紫色部分為Synopsys的Design WareIP產品。

　　這類應用處理器的性能要求至少是32位、1GHz以上頻率運行的處理器；實際上，支持多種基于視覺之應用的ADAS SoC已經開始轉向64位。除了高性能應用處理器，這類SoC還需要一個獨立的視覺處理器，實現諸如卷積神經網絡（ConvolutionalNeural Networks，CNN）等的最新視覺算法。

　　此外一個附加的繪圖處理器或客制化數字信號處理器（DSP）核心負責高速率像素處理，與高畫質多媒體接口（HDMI）或行動產業處理器接口（MIPI）D-PHY等多媒體接口鏈接，同時支持尺寸越來越大的高畫質顯示器。為了支持提供影像和雷達/光達（lidar）數據的多個攝影機和雷達傳感器，還需要一個傳感器和控制子系統來為應用處理器（Application Processor）分擔傳感器數據管理任務，以實現高等級的傳感器融合。

　　新一代ADAS SoC需要高達8GB的車規LPDDR4內存，以支持處理器應用軟件，與以太網絡音頻橋接技術（Ethernet AVB）與時效性網絡（Time SensitiveNetworking，TSN）所提供、支持多媒體數據流量的廣泛系統鏈接。SoC外圍則提供額外的PCI Express、SATA、通用異步收發器（UART）、SPI/QSPI、CAN與FlexRay等界面。

　　最后，為了支持由外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE無線芯片實現的云端鏈接，ADAS SoC必須內含堅固的、以硬件為基礎的安全通訊協議，以支持安全開機（boot）、安全識別與身分驗證、加密以及解密。

　　除了IP功能是ADAS SoC設計工程師必須考慮的元素，汽車產業的一級零組件供貨商及半導體SoC設計人員、架構師還需要考慮延遲、功耗、可靠性以及與工藝相關的設計挑戰。

　　低延遲是因應實時多媒體服務等級保證的基本原則；除了低延遲，這類SoC在不斷采用最新多媒體協議和關鍵特性─例如行人偵測與校正等特定ADAS應用所需的嵌入式視覺處理功能─的同時，還需要保持最低功耗。對ADAS SoC設計人員而言，另一項關鍵挑戰是確保車廠所要求的高可靠性和連續運作，因此芯片需要實現關鍵錯誤檢查和糾正（ECC）與同等技術。

　　由于需要高性能和高整合度，設計人員鎖定先進半導體工藝，例如許多設計團隊尚不熟悉的16/14奈米鰭式場效晶體管（FinFET）工藝節點。對于下一代汽車ADAS應用SoC而言，因應低延遲、低功耗、先進通訊協議、ECC等SoC挑戰，以及16/14奈米FinFET工藝任務關鍵型IP的可取得性等都是關鍵議題。

　　支持功能安全性、可靠度和質量管理的IP

　　領導級晶圓代工廠工藝可提供種類廣泛、支持最新協議和算法的IP產品組合，為新一代ADAS SoC的開發奠定基礎。除了提供ADAS應用所需要的先進特性、小面積、高性能和低功耗外，IP供貨商必須滿足汽車產業供應鏈的嚴格要求。

　　盡管高效能消費性應用和行動應用中的SoC包含與ADAS SoC相似的功能，但是汽車SoC對于強韌度、可靠性和安全性的額外需求，依然為IP供貨商帶來更高要求。

　　例如，德國電氣和電子制造商協會（ZVEI）的汽車應用消費性電子組件工作小組，已經在車用半導體組件和消費性組件之間，定義出66種可能的區隔性，包括功能安全性、可靠性和質量管理等。該工作小組的意見書確定了嚴苛汽車環境問題對芯片和硅智財帶來的影響，包括更高的電壓、更高的靜電放電（ESD）電壓、更高的溫度、誤差校正，以及更高的測試覆蓋目標等。

　　工作小組的結論是：「需要重新評估和重新定義汽車原廠、一級零組件供貨商和組件供貨商在開發階段進行的合作，以辨別出并降低產業價值鏈上各環節出現的新風險。」

　　ZVEI的意見書還強調了兩項關鍵要求：第一，對于諸如行人偵測與校正等ADAS應用，功能安全性是一項關鍵要素；第二，ADAS應用必須滿足由汽車產業定義的ISO 26262功能安全性標準，使用已經獲得ISO 26262認證的IP，將幫助SoC設計工程師降低產業價值鏈風險，并加速其SoC層級功能安全性的規格需求、設計、實作、整合、驗證、確認和配置。

　　類似地，為了滿足高可靠性要求，車用SoC還必須符合汽車應用生產質量認證的AEC Q100規范；通過選擇已通過AEC Q100測試與認證的IP，能夠幫助工程師確保其設計符合AEC Q100要求。通過采用已經預先通過AEC Q100壓力測試的半導體IP，設計人員可以降低風險并加速其SoC的質量認證。

　　最后，通過選擇依循ISO/TS 16949質量標準開發IP產品的供貨商，可有助于確保包括整合于其中的IP在內的車用SoC產品規劃、設計、開發、驗證和確認等流程，滿足汽車產業供應鏈所要求的質量水平。像是Synopsys這樣能針對高性能、基于視覺ADAS應用提供種類廣泛IP產品組合的供貨商，已經朝向滿足車用SoC對標準化功能安全性、可靠性和質量等方面的要求邁出了下一步。

　　ISO 26262功能安全性標準

　　從汽車產業的角度來看，2011年公布的ISO 26262功能安全性標準是相對最新的標準；該標準將電氣和/或電子系統中的功能安全性納入了路上的車輛，涉及安全性生命周期中的所有活動，例如安全性相關系統的設計與開發，還有被歸類為獨立安全單元（Safety-Elements-out-of-Context，SEooC）的SoC。

　　ISO 26262標準提供了一種汽車專屬的方法，以判定汽車安全完整性等級（Automotive Safety Integrity Levels，ASIL），并采取了多項措施來驗證和確認所達到的安全等級。其目的是通過定義功能需求、采用嚴謹開發流程，以及利用包括故障注入（fault injection）、系統性分析和量測報告等在內的必要設計手段，將隨機硬件故障可疑性降到最低。

　　而因為ISO 26262不能專為某一款設備進行更改，所以IP供貨商必須建立一套包含原則、流程、策略在內的安全性文化，并授權專門管理人員參與安全關鍵IP的開發。

　　通過ISO 26262認證的IP安全套裝（SafetyPackage）產品，包括整合的硬件安全性功能、驗證計劃、安全性計劃、驗證報告、安全性手冊，以及失效模式效應和診斷分析 （Failure Mode Effect and Diagnostic Analysis，FMEDA）──能讓SoC設計人員用以輸入SoC等級FMEDA報告，從而加速其SoC的開發。

　　將SoC和IP視為SEooC組件而進行的標準認證，是由SGS-T V SAAR等受產業界認可、從事產品與工藝審查、評估與核準的第三方產業認證機構來執行。

　　AEC Q100標準提供的可靠性

　　為了確保最高的可靠性，由汽車產業共同成立的汽車電子委員會（AEC）其下之零組件技術小組（Component TechnicalCommittee）制定了AEC Q100標準，以確保零組件質量能應用于嚴苛的汽車環境。AEC Q100標準定義了汽車產業供應鏈所認可的半導體SoC質量認證要求及測試方法指南。

　　AEC Q100標準包含一套基于故障機制（failuremechanism）的壓力測試，以及半導體供貨商在不同的溫度等級上對其SoC進行認證的多項條件，目的是通過一種經過加速的（與標準汽車使用情況相比）方法引發故障，從而確保高可靠性。

　　盡管AEC Q100質量認證適用SoC等級的零組件，但IP供貨商也可以通過對IP實施AECQ100測試，最大化其設計質量成功通過認證的可能性。對自己的IP執行AEC Q100測試并提供關鍵測試──例如加速環境壓力測試、加速生命周期仿真測試、芯片制造可靠性測試，以及電氣驗證測試等──報告的IP供貨商，證明他們可以滿足汽車產業客戶提出的嚴苛可靠性要求。

　　而只有那些與領導級晶圓代工廠、半導體供貨商和一級零組件供貨商密切合作的IP供貨商，才能幫助設計人員讓他們開發的SoC能支持ADAS應用的車規溫度與任務內容。

　　ISO/TS 16949質量管理標準

　　對于為ADAS SoC設計人員提供IP產品的IP供貨商而言，另外一個十分關鍵焦點是滿足汽車產業的質量要求。ISO/TS 16949質量管理標準適用于產品開發流程，為汽車產品定義了質量度量指針；該標準定義了一個實現持續改善的質量管理系統開發，強調汽車產業供應鏈中的缺陷預防和一致性。

　　ISO/TS 16949質量管理標準適用生產客制化零組件的各種場所。支持汽車產品設計的設計中心和IP供貨商，可以構成SoC設計/制造認證的一部分，但是無法獲得獨立的ISO/TS 16949認證。但因為SoC設計中心是整體ISO/TS 16949認證的一部分，所以選擇對必備開發流程、最佳實踐和質量規范擁有深刻理解并保證能完成和遵循開發流程的IP供貨商，將可幫助設計工程師滿足車用等級需求。

　　德國汽車工業協會質量管理中心（VDA-QMC）判定，ISO/TS 16949認證是供貨商進入汽車產業的入場券，VDA-QMC經理Heinz-Gunter Plegniere表示：「在超越一級/二級零組件供貨商，并貫穿整個汽車產業的供應鏈上，對ISO/TS 16949標準的宣傳并不完整，可見得我們需要有所行動。」

　　需要滿足ISO/TS 16949標準要求的設計人員，可以選擇已經將其開發流程升級、且能為設計人員提供必備度量指標與證明材料的IP供貨商，這些度量指針與證明材料包括質量手冊、產品管理流程（ProductManagement Process，PMP）、用于歸檔和記錄控制的程序、控制和檔案保存的證明材料，以及支持等級等。

　　總結

　　IP供貨商在汽車產業供應鏈中扮演了關鍵的角色，他們使新一代高性能ADASSoC得以實現。基于視覺的SoC可以包含大量的第三方IP，以實現關鍵的嵌入式視覺、傳感器融合、多媒體、安全性和先進鏈接等功能。盡管IP供貨商已經在消費性、行動、PC和通訊應用等領域進入了半導體產業生態系統，但并非所有的IP供貨商都能夠支持嚴苛的車用等級要求。

　　隨著設計人員啟動其下一代ADAS SoC項目，他們必須評估IP供貨商是否具備提供ISO 26262安全性方案包的能力，該方案包括ISO 26262認證、AECQ 100測試和ISO/TS 16949質量管理和認證。勇于承諾并擁有可以滿足汽車產業要求的資源的IP供貨商，將有助于保證汽車SoC供貨商、一級汽車零組件供貨商和汽車原廠商的要求被成功滿足，利用28奈米和16/14奈米FinFET等目標工藝技術達到ADAS SoC的功能性、性能、質量和可靠性等級。