車規MCU功能安全如何落地？杰發科技打造安全可靠產品矩陣

2023年2月21日，在格仕汽車主辦的2023年第二屆汽車芯片產業大會上，捷發科技高級產品經理涂朝平解釋了功能安全的定義，這意味著“不存在由電子和電氣系統的異常性能引起的不合理風險。他表示，盡管功能安全是一個眾所周知的概念，但如何實現它對芯片公司、汽車制造商和Tier1來說是一個具有挑戰性的課題。汽車級芯片的質量控制是杰發科技的重點。捷發科技自2013年成立發展以來，已有四條產品線走向量產：座艙IVI SOC、AMP電源芯片、MCU車身控制芯片、TPMS胎壓監測芯片。截至去年，杰發科技首款功能安全MCU AC7840x已陸續送樣，部分客戶已進入產品驗證階段。這款基于ARM Cortex-M4F內核的汽車級MCU具有符合ISO26262標準的功能安全ASIL-B和AEC-Q100 1級汽車級支持，可適應AUTOSAR V4.4，并可提供MCAL和配置工具。

屠超平|捷發科技高級產品經理：以下是演講摘要：《汽車功能安全導論》。功能安全已經是一個熟悉的術語，但如何實現它對芯片制造商和客戶來說是一個具有挑戰性的話題。功能安全有一個定義：“不存在由電子和電氣系統的異常性能引起的不合理風險”，包括三個維度。一種是功能性能異常，即功能故障，如EPS轉向故障，或與設計意圖相反的意外性能，如EPS方向盤錯誤，即功能異常。評估這類風險有三個維度，一個是風險發生的概率。第二個問題是這種風險的嚴重程度，第三個問題是風險是可控的還是不可接受的。我們根據以上三個維度來判斷事件的風險。在汽車功能安全標準方面，IEC61508是功能安全領域的基本標準規范，ISO26262是汽車行業的功能安全標準。ISO26262為汽車安全生命周期提供了全面的指導和慣例，更強調方法介紹和具體的實施計劃，這些計劃因公司而異。它規定了基于風險的級別要求、不同級別要求的指標，還提供了驗證和識別措施，以確保達到足夠和可接受的安全級別。ISO26262標準覆蓋范圍很廣，涵蓋OEM、Tier1、Tier2、硬件、軟件和其他方面。2018年，ISO 26262進行了重大更新，增加了兩個標準：半導體要求和摩托車、卡車和公共汽車要求。為基于模型的開發、軟件安全分析、相關故障分析、容錯等項目增加了指南，規范越來越完整。

圖片來源：杰發科技ISO 26262對汽車功能完整性級別的定義目前有四個級別的ABCD，加上QM級別，汽車級芯片共有五個級別的差異化。不同的級別是根據前面提到的危害程度和概率來劃分的。危害程度越高，發生的概率越大，對功能安全級別的要求就越高。有一些指標要求，例如FIT故障時間，其中FIT指的是芯片運行11小時后發生的錯誤數量。ASIL-D級別要求故障小于10，ASIL-C和ASIL-B要求小于100，并且對單點故障測量和潛在故障測量等不同指標也有要求，這些指標在ISO26262中得到了認可。

圖片來源：杰發科技這是傳統架構中對不同場景和功能的需求。隨著定義汽車的軟件越來越普遍，許多功能將集成到一個MCU中進行控制。此外，未來不同區域的控制器也可能涉及多域融合。因此，相關產品對功能安全級別的要求越來越高，一些部件的功能安全級別要求將從ASIL-B升級為ASIL-……

作為一家汽車級芯片公司，捷發科技也致力于打造功能安全級別更高的產品。

圖片來源：杰發科技演講報告在半導體行業，半導體故障率曲線用于顯示半導體器件隨時間的可靠性。通過將加速壽命測試（如老化或IDDQ測試）作為工廠測試的一部分，可以進一步減少早期壽命故障，確保生產線上的芯片產量。對于芯片公司來說，設計時對DFT的透徹考慮和全面覆蓋是重要的考驗，也是一個需要積累和逐步完善的過程。曲線中間的區域是正常壽命失效部分，該曲線越長，芯片的有效工作時間越長。由于新能源汽車上的一些部件總是處于工作狀態，并且比汽油車的工作時間更長，因此我們在制作功能安全產品時將重點考慮新能源汽車的工作條件。芯片是硬件產品，硬件不可避免地會經歷老化、磨損和一定的生命周期。我們需要確保產品能夠在客戶要求的使用壽命內正常使用。故障分類是一個相對專業的概念。在制造芯片時，我們會考慮不同類型故障的覆蓋范圍，并進行相關計算。通過FMEDA分析，我們還可以獲得測量硬件隨機故障的重要指標。在制定ISO26262解決方案時，我們會考慮幾個維度：在產品方面，我們會采取一定的技術措施來避免和控制故障，并使用DFMEA/FTA/FMDA/DFA等安全分析方法；在人員方面，將建立職能安全經理和安全工程師，并在公司層面發展安全文化；

在流程方面，功能安全的概念涉及多個方面，需要形成一個涵蓋安全計劃、驗證計劃、安全案例、驗證評審、認可評審、質量管理等方面的完整解決方案。對于功能安全要求，ISO26262標準中有一些指導思想，如3-6涉及功能安全目標的HARA分析和確定，3-7引入功能安全要求的方法論，4-6引入技術安全的概念、系統架構設計、軟硬件接口定義，5-6和6-6介紹了軟件安全要求、硬件安全要求和隨機故障測量。硬件和軟件都不可避免地會出現漏洞，因此功能安全也會出現故障。重要的是如何管理故障。在芯片的設計過程中，有必要在發布前避免流程、方法和組織方面的失敗。芯片上市后，需要考慮在軟硬件方面實現故障控制方法，分為隨機故障和系統故障。隨機故障相對容易控制，可以定量分析故障，具有一定的概率分布特征，可以通過冗余設計進行保護。系統故障有一些技術要求，主要困難在于未知和冗余設計的有限作用。在具體實施中，需要從芯片開發過程中的流程、方法論、組織、學習等維度確保需求的可追溯性，并進行DFMEA分析、設計評審、軟件工具信心評估、第三方IP成熟度評估等。其中，對過去經驗和成熟IP的復用至關重要。在實際產品應用過程中，芯片的功能安全特性也至關重要。因此，芯片的技術安全機制非常重要，包括FMEDA/DFA/FTA等安全分析方法，以及軟硬件架構設計等安全概念和相應措施，供客戶在軟硬件開發過程中參考如何設計出滿足功能安全的產品。AutoChips功能安全MCU產品介紹：目前，捷發科技已推出符合功能安全要求的汽車級MCU產品。已經量產并即將上市的汽車級MCU有四個系列：AC7840x、AC7802x、AC780 1x和AC781x。我們的汽車級MCU分為低端、中端和高端應用場景。捷發科技專注于汽車電子，因此所有車載級MCU產品都符合最基本的標準AEC-Q100。我們的第一個芯片產品AC781X已經大規模生產。接下來，杰發科技還將推出AC7803x，不斷完善產品矩陣，方便客戶進行產品升級迭代。

圖片來源：捷發科技AC7840x是AutoChips首款基于ARM Cortex-M4F內核的汽車級MCU，符合ISO 26262功能安全ASIL-B，也是AC784平臺上的首款產品。在軟件生態方面，我們支持AUTOSAR 4.4，可以為客戶提供MCAL和配置工具，與現有的量產產品資源相比更加豐富。在信息安全方面，AC7840x支持SHE、通信加密和安全啟動。AC7840x的應用場景非常廣泛，包括IVI、座艙、TBOX、座椅控制器、虛擬儀表控制、車燈等應用場景。AC7870x是我們目前正在開發的一款產品，是一款基于ARM Cortex內核的多核車載級MCU。它符合ISO 26262功能安全ASIL-B/D，支持AUTOSAR MCAL，可以滿足更高的功能安全級別。AC7870x的資源更加豐富。在信息安全部分，它支持EVITA完整和國家安全，以及通信加密和安全啟動。該產品適用于具有更高功能安全級別和未來電子電氣架構的應用，如域控制和區域控制。捷發科技早在2018年就實現了首款車載級MCU的上市，經過多年的打磨，生態系統逐漸完善。關于杰發科技，事實上，其產品并不局限于MCU。捷發科技是一家專注于汽車電子芯片及相關系統的研發和設計的公司。目前，它是SVT New的全資子公司，負責“智能公司……

SVT New的智能汽車業務布局部分，包括“智能云、智能駕駛、智能座艙、，和智能核心“。目前，捷發科技的四大產品線覆蓋整車，出貨量領先國內汽車芯片制造商。捷發科技自2013年成立以來，在汽車規格芯片領域已經積累了近10年的經驗。從2018年第一臺MCU AC7811的量產，到第二臺MCU的量產2020年發布了一代車載級MCU AC7801，2022年發布了功能安全MCU AC7840x和新一代MCU AC7802x，MCU產品現已廣泛應用于汽車。捷發科技的所有產品線都通過了整車認證，每條產品線至少完成了兩代量產迭代。每一代都經過了優化、改進和創新。我們與全球主流Tier1和汽車制造商建立了合作關系，我們的芯片出口到多個國家和地區。全球有500多個車型使用AutoChips汽車電子芯片，累計出貨量超過2.5億片，其中包括8000多萬片SoC芯片。MCU的累計出貨量超過3000萬件，今年的出貨量數字將進一步增加。汽車級芯片的質量控制也是該公司的一個重點。AutoChips汽車電子芯片產品基于IPD研發體系，符合ISO 9001、AEC-Q100、ISO 26262、CMMI V2.0、IATF 16949等規范要求。目前，捷發科技的產品已覆蓋95%的國內汽車制造商，并與全球知名的Tier 1建立了合作關系。國際Tier1將對審核流程和產品質量提出更高的要求，而杰發科技憑借多年的技術積累，目前已通過相關審核。

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