了解面向半导体的ISO 26262标准：汽车行业指南

汽车行业正在迅速发展，并且越来越依赖先进的车载电子产品和软件，而汽车功能的增强，不仅带来了更高的计算能力要求，还增加了半导体设计的复杂性。因此，设计人员面临的挑战之一是确保驱动这些系统的半导体符合严格的汽车安全标准。

半导体在开发电动汽车（EV）等先进自动驾驶汽车并确保其安全性和连接性方面发挥着关键作用。ISO 26262是聚焦于这些问题的关键标准之一，其侧重于汽车系统的功能安全。扩展版的ISO 26262标准明确将半导体组件纳入道路车辆功能安全分析的范围。

开发先进汽车会涉及到的电子产品包括：

• 图像传感器/雷达/激光雷达
• 视觉处理器
• 信号处理器
• 人工智能（AI）
• 连接解决方案
• 硬编码的安全功能

这些安全关键型系统中使用的片上系统（SoC）具有先进的多核设计，可提供高水平的集成、功能、运行速度和电源管理。异构芯片（2.5D/3D-IC配置）通常可用于提高性能并满足电源效率要求。

芯片设计人员可以利用仿真技术，确保半导体知识产权（IP）、SoC和系统级封装（SiP）符合ISO 26262中概述的汽车电子功能安全和可靠性标准。

什么是ISO 26262？

ISO 26262是面向道路车辆功能安全的国际标准，能够为车载系统和组件的整个生命周期提供指导。该标准最初发布于2011年，之后经过了多次修订，并于2018年发布了最新版本。它适用于所有车载元件，包括硬件、软件和人机交互，确保从概念到报废的汽车全生命周期都能够考虑安全性。

为什么ISO 26262对半导体很重要？

半导体在现代汽车系统中发挥着关键作用，其为包括从发动机控制单元（ECU）到高级驾驶辅助系统（ADAS）的所有车载元件提供支持。随着汽车的自动化和互联性不断提高，在半导体设计和生产中，对可靠安全措施的需求也日益凸显。

为了实现ISO 26262认证，集成电路（IC）必须经过严格的功能安全测试和资格认证。所有车载半导体组件都必须满足与各种汽车等级对应的安全要求。例如，无论是在拉斯维加斯炎热的夏天，还是在加拿大寒冷的冬天，汽车必须确保具有相同的安全性。因此，所有组件都必须成功通过静电放电（ESD）和热应力测试，以确保在不同条件下能够可靠运行。

鉴于汽车的典型使用寿命为10到15年，芯片设计人员必须证明自动驾驶和ADA系统在整个车辆使用寿命内能够保持零故障率。为了确保这些系统能够保持长期的功能安全性，设计人员需要引入足够的冗余机制，以应对任何潜在的故障模式。保证半导体质量的最有效方法之一，是对车载IC进行ISO 26262标准认证。

满足ISO 26262车载IC要求所面临的仿真挑战

半导体器件仿真旨在提高性能和可靠性，对于实现车辆所需的功能安全至关重要。

为了确保FinFET设计和2.5D/3D-IC先进封装技术符合ISO 26262标准，上述仿真存在非常复杂的挑战，因为其需应用到多物理场仿真。

例如，自动驾驶系统需要实现节能，否则，汽车的电池电量会迅速消耗，从而影响续航里程。时钟和数据门控等功耗降低技术可以最大限度地提高电源效率，尤其是在设计周期早期阶段解决时。

然而，某些功耗降低技术（如电源门控）可能无法用于汽车系统。例如，系统从电源门控的休眠状态唤醒需要一定时间，而这在防撞场景中可能造成灾难性的后果。

另一项多物理场挑战，涉及电源如何影响芯片的热特征。热效应会导致长期的可靠性问题，因此，降低电源电压是有好处的，因为它会降低整体功耗水平。但是，这也会带来电压裕量的减少，从而影响电源的噪声和波动性，最终影响芯片的时序表现。

功能安全是当今汽车领域的一大重要问题。黑客可利用半导体芯片的电源噪声、电磁（EM）辐射和热分布，在未经授权的情况下访问车辆。因此，芯片设计人员必须在芯片投产前的IC设计阶段识别和分析硬件侧信道漏洞，以确保车辆安全性。

另外，信号线中的电源、噪声和高速开关之间的关系会由于电磁串扰而变得更加复杂，从而导致功能故障，缩短平均故障时间或降低产品性能。

芯片设计人员可以使用Ansys的半导体产品组合应对所有多物理场挑战，满足汽车电子系统严格的安全性和可靠性要求。

符合ISO 26262认证的Ansys半导体产品组合

为了满足ISO 26262标准，芯片设计人员需要使用经过ISO 26262“工具置信度1级”（TCL1）类别认证的电子设计自动化（EDA）工具。

该认证可确保工具不会在设计中引入影响整个系统功能安全性的错误。因此，芯片设计人员可以通过了解EDA工具来确保其电子系统的安全性，包括：

• 使用模型
• 与下游工具的交互
• 潜在故障或错误的报告
• 错误检测和预防方法

面向电源效率、电源完整性和可靠性的Ansys半导体产品组合已通过ISO 26262 TCL1认证。该认证使汽车IC设计人员能够满足ADAS和自动驾驶应用的严格安全要求。

汽车芯片设计人员可以在任何汽车安全完整性等级（ASIL）的所有ISO 26262安全相关研发项目中，使用用于模拟和混合信号IC的Ansys Totem电源完整性签核平台、用于3D-IC的Ansys Redhawk-SC Electrothermal热和多物理场签核平台、以及Ansys RedHawk-SC多物理场仿真套件。

Ansys提供了广泛的多物理场仿真，可准确模拟芯片、封装和系统中的电源、热、结构、可靠性和电磁效应，并帮助识别各种故障机制。芯片制造商可以利用Ansys多物理场仿真来确保其半导体满足ISO 26262中概述的严格功能安全要求。