从Synopsys与英飞凌的合作，谈汽车芯片的设计方法学

作者：Synopsys 解决方案集团汽车 IP 部门经理Ron DiGiuseppe

文章编译自Synopsys博客

今天的车辆包含超过 1 亿行代码，软件越来越成为新特性和功能的推动者。与此同时，汽车行业正在经历一些重大转变，这些转变正在影响使从 LED 照明到自动驾驶的一切芯片。汽车电气化、数字孪生和人工智能（AI）的融合都在加速汽车行业的创新，并从芯片层面就开始。

原始设备制造商和一级供应商继续面临尽快交付产品的压力。全球消费者（和政府）要求更高的智能性、更高的安全性和更广泛的环保选择，因此各级汽车供应商都在软件和硬件上进行创新以满足市场需求。该行业越来越需要可靠的工具来在流程早期充分验证技术的性能，同时启用新功能。

在这篇博文中，我将仔细研究影响汽车硬件和软件的两个主要转变，并研究车辆虚拟化和人工智能处理技术如何简化通往新汽车应用的道路。作为一个案例研究，我将重点介绍 Synopsys 和英飞凌之间的合作，该合作产生了支持车辆虚拟化的解决方案，以加速汽车电子系统开发以及优化 AI 处理。

用于更快软件开发的数字孪生——左移

随着现代车辆汇集了强大的计算平台、多个网络和越来越多的软件内容，验证系统性能变得更具挑战性。数字孪生在各个行业中使用，为正在开发的产品或系统提供数字模型表示，提供了一种可以更早地进行开发和测试的机制，从而提高生产力，并以更低的成本交付更安全、更安全的系统。数字孪生不是等待实际零件或组件可用时再去开发，而是提供一个平台来模拟和验证开发的每个步骤，以便可以更早地发现问题和潜在故障。

特别是对于车辆电气/电子 (E/E) 系统验证，数字孪生支持汽车设计的左移，具有早期架构能力和性能探索、早期硬件/软件集成和前端测试、加速硬件验证和可执行规范交付整个供应链。应用这种方法可以减少设计不足和过度设计，提高测试吞吐量，并可能通过培养更高的质量来节省召回成本。

人工智能优化汽车系统

人工智能正在改变我们生活的许多领域，现在也在汽车行业留下了印记。对于高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶功能，神经网络等人工智能算法是主力，需要处理来自数十个不同传感器的输入，以帮助车辆在需要时自动刹车、车道保持、避障或其他。支持更高水平的车辆自主性，下一代雷达技术，如 4D 雷达，将需要新的人工智能算法。4D 雷达利用回声定位和飞行时间测量来绘制车辆路径中物品的位置，以补充 LiDAR 和摄像头。

人工智能也在优化其他汽车应用。例如，它在电机性能方面发挥着作用，电机依靠磁性传感器测量运行参数来确定电机的性能。通过执行生命周期建模减少牵引电机逆变器中的传感器数量，可降低系统成本并提高能源效率。集成到车辆芯片中的人工智能使用带有虚拟传感器的预测分析来完成这项工作。同样，人工智能可以通过预测电池状况并使用神经网络实现减少车载充电单元中的电流传感器来优化电动汽车的电池功能，这也降低了系统成本并提高了能源效率。

促进世界顶级汽车制造商的创新

为了支持汽车人工智能和汽车虚拟化的趋势，Synopsys 与全球领先的汽车半导体供应商英飞凌密切合作。英飞凌的 AURIX TC4x 微控制器集成了称为并行处理单元 (PPU) 的高性能 AI 加速器，由 Synopsys DesignWare ARC EV 处理器 IP 提供支持。将基于 ARC EV 处理器的 PPU 集成到 AURIX TC4x 架构中，通过提供经济实惠的 AI 支持广泛的电动汽车用例。PPU 具有实时处理性能，可加速循环神经网络、卷积神经网络等 AI 算法al 网络和多层感知器。除了提供处理能力之外，ARC EV7x 处理器 IP 还提供功能安全特性，结合 AURIX 架构，支持开发更安全的汽车系统。

英飞凌汽车微控制器高级副总裁 Thomas Boehm表示，“使用 Synopsys ARC MetaWare Toolkit for AURIX TC4x 和 Virtualizer Development Kits，我们共同的客户将在他们的软件开发过程中抢占先机，并能够优化他们的设计以从新的 AURIX TC4x 性能中获得最大收益。”

最近，两家公司宣布英飞凌 AURIX TC4x 微控制器得到 Synopsys DesignWare ARC MetaWare Toolkit for AURIX TC4x 的支持。使用该工具包，汽车 OEM 和一级系统设计人员可以快速优化微控制器中 PPU 的 AI 处理器，以实现行业领先的能效和性能。 MetaWare 工具包与 Synopsys ARC 处理器的 MATLAB 工具箱集成，以支持基于模型的 ANSI/ISO C 代码生成，以及特定于硬件的 SIMD 内在函数和高度优化的函数调用。这些工具一起支持编译从 Simulink 生成的代码，用于 Synopsys ARC 处理器在环 (PIL) 代码。基于 SIMD 计算自动生成的 PIL 代码使用优化的库（例如 DSP 和线性代数）来优化英飞凌 AURIX TC4x 微控制器系列的 AI 应用程序。通过自动化极其高效的代码生成，与手动优化代码相比，用于 AURIX TC4x 的 Synopsys DesignWare ARC MetaWare 工具包可以减少数月的工作量。

在车辆虚拟化领域，Synopsys 为 AURIX微控制器系列提供了 Virtualizer开发套件 (VDK)。使用 VDK，英飞凌的客户可以在芯片可用之前长达 18 个月开发软件并执行回归测试和故障注入。英飞凌还在内部使用 VDK 来加速其 AURIX TC4x 虚拟原型模型的验证。

VDK 是 Synopsys 数字孪生解决方案的一部分。该生态系统包括 E/E 系统开发和验证、ECU 软件开发和测试以及 SoC 开发和验证。其他解决方案包括用于早期架构设计的 Synopsys Platform Architect、用于电力电子和机电系统的 Synopsys SaberRD、Synopsys Silver 虚拟 ECU 平台和 Synopsys TestWeaver智能测试自动化解决方案。

“创新是英飞凌的关键，AURIX TC4x 微控制器在性能方面的重大进步也不例外。这种新的性能余量，加上长期可用性，意味着客户将能够拥有真正的平台方法，并在未来多年内为他们的设计提供面向未来的证明，”英飞凌汽车微控制器高级副总裁 Thomas Boehm 说。 “通过与 Synopsys 密切合作，我们将能够对最新的汽车趋势做出反应，无论是下一代电动汽车还是先进的 ADAS 应用。使用 Synopsys ARC MetaWare Toolkit for AURIX™ TC4x 和 Virtualizer Development Kits，我们的共同客户将在他们的软件开发过程中抢占先机，并能够优化他们的设计以从新的 AURIX TC4x 性能中获得最大收益。 ”

更智能、更环保的未来之路

自从第一辆 Model-T 下线以来，汽车无疑取得了长足的进步。主要汽车制造商正在为其产品线增加更多电动汽车和安全功能，而人工智能正在为从动力总成到信息娱乐系统的系统带来更高的智能。与此同时，数字孪生和车辆虚拟化等技术正在加速汽车设计周期，同时确保我们所有人都需要的质量和可靠性。