汽車產業正迅速演變，對車輛中先進電子元件與軟體的依賴程度日益提升。這些強化的功能需要更高的運算能力，同時也讓半導體設計變得更加複雜。因此，設計人員面臨確保驅動這些系統的半導體符合嚴格車用安全標準的挑戰。
半導體在先進自動駕駛車輛，例如電動車 (EV) 及其安全性與連接性方面的發展中，扮演著關鍵角色。針對這些議題的主要標準之一是 ISO 26262，該標準著重於汽車系統中的功能安全性。ISO 26262 已擴展，明確將半導體元件納入道路車輛功能安全性分析的範疇。
在先進汽車開發中不可或缺的電子元件包括：
- 影像感應器/雷達/光學雷達
- 影像處理器
- 訊號處理器
- 人工智慧 (AI)
- 連線解決方案
- 硬式編碼安全功能
這些用於安全關鍵系統的系統單晶片 (SoC) 採用先進的多核心設計，提供高階的整合度、功能性、運作速度及電源管理效能。為提升效能並滿足電源效率需求，異質晶片 (2.5D/3D-IC 組合) 已成為常見設計。
晶片設計師可以運用模擬技術，確保半導體智慧財產權 (IP)、SoC 以及系統級封裝 (SiP) 符合 ISO 26262 所規範的汽車電子功能安全性與可靠性標準。
Ansys PowerArtist 的全面暫存器傳送階層 (RTL) 功率分析與降低軟體，可協助晶片設計人員提升汽車 IC 的電源效率。
什麼是 ISO 26262？
ISO 26262 是一項針對道路車輛功能安全性的國際標準，為汽車系統與元件的整個生命週期提供指引。此標準最初於 2011 年發布，經歷多次修訂，最近一次於 2018 年推出新版。它適用於車輛的所有元素，包括硬體、軟體與人機互動，確保從概念設計到除役的每個階段皆考量安全性。
具備熱感知之電遷移分析的範例，可篩選需要修正的 EM 熱點
為什麼 ISO 26262 對半導體如此重要？
半導體在現代汽車系統中扮演著關鍵角色，為引擎控制單元 (ECU) 到進階駕駛輔助系統 (ADAS) 等各種功能提供動力。隨著車輛變得更加自動化與互聯化，在半導體設計與製造中導入強大安全措施的需求愈加重要。
為了取得 ISO 26262 認證，積體電路 (IC) 必須經過嚴格的功能安全性測試與認證。車輛中的每個半導體元件皆需符合對應於不同汽車等級標準的安全需求。舉例來說，無論是在拉斯維加斯酷熱的夏季，或是在加拿大嚴寒的冬季運行，汽車都必須保持同樣地安全。因此，所有元件都必須通過靜電放電 (ESD) 與熱應力測試，以確保在各種環境條件下的可靠運作。
鑑於車輛的使用壽命通常為 10 到 15 年，晶片設計人員必須證明自動駕駛與 ADA 系統能在整個車輛壽命期間維持零故障率。為了確保這些系統能長期維持功能安全性，設計師需要在設計中納入足夠的冗餘，以因應任何潛在的故障模式。確保半導體品質最有效的方法之一，就是讓汽車 IC 通過 ISO 26262 標準認證。
電磁 (EM) 側通道加密金鑰洩漏評估
達成 ISO 26262 汽車 IC 要求的模擬挑戰
模擬半導體裝置以提升其效能與可靠性，對於實現車輛所需的功能安全性至關重要。
為確保 FinFET 設計與 2.5D/3D-IC 進階封裝技術符合 ISO 26262 標準，所面臨的模擬挑戰相當複雜，因為這需要使用多重物理量模擬。
例如，自動駕駛系統必須具備良好的電源效率。否則會迅速耗盡車輛電池，進而影響行駛里程。時脈與資料閘控等功率降低技術，若在設計初期導入，可以最大化電源效率。
然而，某些功率降低技術，例如電源閘控，可能並不適用於汽車系統。舉例來說，系統從電源閘控的休眠狀態喚醒所需的時間，若發生在防撞情境中，可能會造成災難性的後果。
另一項多重物理量挑戰，則與電源如何影響晶片的熱特徵有關。熱效應可能導致長期的可靠性問題，因此降低供電電壓有助於降低整體功率曲線。然而，這也會減少電壓裕度，影響電源的雜訊與變異性，最終影響晶片的時序表現。
在現今的汽車中，安全性是一項重大議題。駭客可以利用半導體晶片的電源雜訊、電磁 (EM) 輻射與熱特徵，而對車輛進行未經授權的存取。因此，晶片設計人員必須在前矽階段的 IC 設計過程中，識別並分析硬體側通道漏洞，以確保車輛安全。
電源、雜訊與訊號線中高速切換之間的關聯，會因電磁串音而加劇。這可能導致功能故障、平均故障間隔時間縮短，或產品效能降低。
晶片設計師可以運用 Ansys 半導體產品組合來應對所有這些多重物理量挑戰，滿足汽車電子系統嚴格的安全性與可靠性需求。
Ansys 半導體產品組合符合 ISO 26262 認證
為符合 ISO 26262 標準，晶片設計人員需要通過 ISO 26262「工具信賴水準 1」(TCL1) 認證的電子設計自動化 (EDA) 工具。
此認證可確保這些工具在設計過程中不會引入影響整體系統功能安全性的錯誤。因此，晶片設計師可透過瞭解 EDA 工具來確保電子系統的安全性，內容包括：
- 使用模型
- 與下游工具的互動
- 潛在故障或錯誤報告
- 錯誤偵測與預防方法
Ansys 半導體產品組合在電源效率、電源完整性與可靠性皆已獲得 ISO 26262 TCL1 認證。此認證使汽車 IC 設計師能滿足 ADAS 與自動駕駛應用的嚴格安全性要求。
汽車晶片設計師可使用 Ansys PowerArtist 的全面暫存器傳送階層 (RTL) 功率分析與降低軟體、Ansys Totem 針對類比與混合訊號 IC 的電源完整性簽核平台、Ansys Redhawk-SC Electrothermal 用於 3D-IC 的熱與多重物理量簽核平台，以及多重物理量模擬的 Ansys RedHawk 套件，應用於所有符合 ISO 26262 的安全性相關開發專案，涵蓋任一汽車安全完整性等級 (ASIL)。
Ansys 提供廣泛的多物理模擬，能夠精確建構晶片、封裝與系統層級中的電源、熱、結構、可靠性與電磁效應，以協助識別各種故障機制。晶片製造商可運用 Ansys 的多重物理量模擬，確保其半導體符合 ISO 26262 所規範的嚴格功能安全性要求。
