你将学习:
- 如何利用不断变化的汽车生态系统。
- 一家较小的无晶圆厂专用集成电路供应商设计和认证定制汽车专用集成电路的步骤。
- 这是贯穿整个设计过程的要点。
电动汽车的发展，以及最近更先进的驾驶员辅助系统(ADAS)的出现，彻底改变了这个已经非常成熟、静态的行业。正如我们所写的(EnSilica包括)，这为“一级”俱乐部以外的小型电子系统供应商提供了进入汽车供应链的机会。
这种转变，加上汽车制造商所需的创新速度，意味着许多传统的一级供应商往往缺乏为这些新技术创造解决方案的必要技能。这为创新型公司的进入创造了一个空白。
今年早些时候，EnSilica宣布一个新的定制的汽车专用集成电路(见图)已完成最终PPAP和零件提交保证声明(PSW)，进入量产。它在不到24个月的时间里通过了设计和认证。
在这种情况下，我们的客户是一级供应商，与他们合作，以填补他们的技能，并支持他们的OEM客户。出于敏感和保密的原因，我们也不会透露姓名。
问题的部分是一个复杂的混合信号ASIC，使用双极- cmos - dmos (BCD)工艺和高压晶体管，结合广泛的监测和故障检测电路和重复冗余的关键功能。虽然这项技术同样适用于混合动力和氢燃料电池驱动的汽车，但它是为了用于电动汽车而发明的。
除了众所周知的AEC-Q资格该公司负责三个以上的生产批次以及广泛的可靠性测试，该设计被指定为安全关键型，必须遵循安全发射计划的研究和在制造中使用零件平均测试。安全方面的考虑也使我们在设计方法和审计方面有所作为ISO 26262所有这些都是我们从零开始学习的。
这里我们总结了一些项目的关键元素，可以帮助您利用这个机会。
面临的挑战
在我们开始之前，先介绍一下背景。这个特殊的ASIC的主要问题是时间。按照汽车标准，一级供应商的时间表非常激进，而对高模拟复杂度(包括高电压和极高的精度)的需求加剧了这一点。这缩小了具备所需技能的ASIC设计机构的范围。
第二个挑战是成本。OEM只生产高端豪华汽车，这意味着asic的产量要比福特或宝马等更大众市场品牌的产品要小，同时也会带来规模经济的缩减，这意味着需要很好地管理成本。
我们如何选择供应链
EnSilica是一家相对较小的无晶圆厂ASIC供应商。因此，我们必须首先想出一个可靠的供应链，向客户证明我们能够管理他们，并为大批量的汽车零部件提供适当的支持。
大多数大型晶圆厂在其主流工艺中都提供了自动化选择。这(通常)意味着使用更少的设备清单，并加强在线过程控制，以减少缺陷的可能性，或许对汽车来说更重要的是，减少批次之间的差异。装配供应商也为包装方案运营类似的汽车变体。
这就需要决定在哪里进行测试开发和资格认证。这类设备的测试和鉴定需要在大量的测试中收集大量的数据。它已经完成了3个晶圆生产批量和数万个设备。所有这些都需要与我们自己和客户的设计验证并行进行。
不像我们购买的是经过良好验证的产品的流程和包装，这个项目的整个认证和表征周期都是独一无二的。经过一些评估后，我们选择了一个可以在一个地点支持所有这些活动的供应商，并且可以证明在小型无晶圆厂公司做这种项目的跟踪记录。
我们必须从设备角度学习的内容
作为一家ASIC供应商，我们经常为包括汽车在内的一系列安全性和非安全性关键应用的客户开发数字和混合信号ASIC。然而，这家汽车制造商是EnSilica的新客户，要求我们快速理解系统级别的功能和公司的担忧。
理解复杂系统的细节需要时间。因此，我们别无选择，只能执行系统级学习。这个任务是由我们的建模小组和运行ASIC组件级开发的硅小组共同承担的。
专业知识也可以让你置身于供应链的更高位置
EnSilica在数字IC设计、模拟IC设计和系统设计方面拥有端到端的专业知识。我们利用这一点，在尽可能多的领域与一级供应商和汽车制造商进行合作——不仅在ASIC的定义和开发方面，而且在电子控制单元(ECU)方面——这也将由一级供应商定义和开发。
关于安全设计，我们必须了解什么(参考文献26262)
最终的应用是安全的，ASIC被要求支持ASIL-D安全水平．除了核心功能之外，还需要为ASIC定义和实现大量与安全相关的额外功能。
这种故障检测功能的大部分只能在ECU系统级别上定义和测试。此外，在这个安全关键的应用程序中，作为ECU的核心组件，开发过程需要有完整的定期文档FMEA年代(故障模式和影响分析)和定期跟踪的故障度量FMEDAs(故障模式、影响和诊断分析)。
第一个硅的旅程
对于OEM来说，汽车ECU的许多方面只有在硅材料问世后才能得到验证。因此，从项目一开始，就有一场争夺第一个硅材料的竞赛。混合信号专用集成电路的开发时间为8个月，其中硅制造周期为3个月，这意味着从项目开始的11个月后，ASIC就被焊接到ECU中。
必须避免功能蔓延
这个项目面临的众多挑战之一是ASIC的详细定义——规范——需要与ASIC开发工作并行编写。从本质上说，在ASIC规范的某一部分的油墨干燥之后，ASIC的那一部分的设计工作就开始了。
采用这种方法意味着功能蔓延很容易发生。只有通过一个小型的、高度集中的团队进行系统级建模，才有可能避免这种情况。
应进行预审
在紧凑的时间尺度下，它总是打算创建一个规范和初始设计，可以进行部分重新设计，以使设备完全集中。但这也意味着，除非你能确定这些变化是微小的，不会影响形状的适合或功能，否则你不能开始你的汽车资格，这需要最终的生产工具。
为了解决这个问题，为了不浪费第一代和最后一代硅材料之间的时间，我们进行了AEC-Q测试的缩减版，考察了风险较大的部分:老化、早期寿命故障率(ELFR)、封装完整性放电(ESD)和锁扣(LU)。要做到这一点，需要大量的成本来设计和获得必要的工具。但我们会认为这钱花得值。事实上，在这种情况下，产品的设计和制造的一小部分潜在问题被发现，在进入最终硅之前需要改进。
第二硅及资质
2020年4月初，就在2019冠状病毒病(COVID-19)大流行迫使世界大部分地区进入封锁状态之际，硅最终版本的第一批样本被交付给了EnSilica公司。这启动了大量的并行活动，包括:
- EnSilica内部的设计评估。
- 客户的设计评估。
- 调试ATE程序得到一个发布候选，以测试AEC-Q100资格所需的所有样品。
- 根据需要，计划并执行三个生产批次的测试计划。
- 完整的PVT特性和相关的最终应用。
- PPAP和PSW交付。
总结
在这段旅程中，我们从各个层面学到了很多东西。最重要的三个教训是:
- 确保频繁和详细的技术信息交流，并对整个ECU设计进行审查，而不仅仅是ASI。
- 有一个严格而详细的内部设计和规范审查过程，特别是当我们意识到在给定的时间尺度下，功能渐变是不可避免的。
- 我们在第一个硅上进行的预测试，虽然当时看起来很昂贵，但对更快地得到最终的硅是至关重要的。
如果不讨论COVID对资格验证和测试开发的后阶段的影响，本文就无法真正完成。毫无疑问，超过一年的时间无法前往测试和资格认证合作伙伴，影响了项目的效率，并导致了一些基本的错误和误解，从而导致延迟或额外的工作。
尽管如此，我们还是在项目启动不到24个月的时间内完成了最终的PPAP和PSW申报，并进入量产阶段。它表明，随着电动汽车和ADAS汽车的发展，小型电子系统供应商有机会进入汽车供应链，这将彻底改变一个非常成熟的行业。
