自动驾驶太前卫？高级驾驶辅助系统 (ADAS) 过于平凡无奇？事实是：因为自驾车的气候渐成，ADAS 的重要性，已然来到一个新境界！楷登电子 (Cadence) 亚太区系统解决方案总监张永专表示，自动驾驶或无人车正如火如荼地展开：日本、新加坡已局部试行无人车；苹果 (Apple) 公司日前取得在加州道路测试自动驾驶汽车的许可；特斯拉 (Tesla) 则认为全自动驾驶功能的行车安全性超过真人驾驶，而在去年底宣布旗下包括 Model 3 在内的所有车款，皆会搭载全自动驾驶功能所需的硬设备……。
照片人物：楷登电子 (Cadence) 亚太区系统解决方案总监张永专
ADAS 大跃进，自动驾驶不可同日而语
种种迹象表明：ADAS 已真切进入我们的日常生活中！这些趋势性转变，对汽车供应链影响甚巨，亦为生态系带来巨大潜在商机。例如＂道路辨识＂，需要用到卷积神经网络 (Convolutional Neural Network, CNN) 技术，就与人工智能 (AI) 密不可分；辅以车联网 (V2X) 与诸多应用，高级驾驶辅助系统 (ADAS) 将能直接介入驾驶习惯。因此，部分汽车制造商和一级 (Tier 1) 供货商正积极研发自主系统单芯片 (SoC)，有些基于产品差异化目的、不惜砸重金投资 ADAS 软件；而半导体业者为跟上时代脉动，必须提出相应解决方案，甚至打造专用 ADAS 与传感器平台。
种种迹象表明：ADAS 已真切进入我们的日常生活中！这些趋势性转变，对汽车供应链影响甚巨，亦为生态系带来巨大潜在商机。例如＂道路辨识＂，需要用到卷积神经网络 (Convolutional Neural Network, CNN) 技术，就与人工智能 (AI) 密不可分；辅以车联网 (V2X) 与诸多应用，高级驾驶辅助系统 (ADAS) 将能直接介入驾驶习惯。因此，部分汽车制造商和一级 (Tier 1) 供货商正积极研发自主系统单芯片 (SoC)，有些基于产品差异化目的、不惜砸重金投资 ADAS 软件；而半导体业者为跟上时代脉动，必须提出相应解决方案，甚至打造专用 ADAS 与传感器平台。
不论动机为何，上述景象都离不开设计仿真与系统验证的参与，以达成下列目标：1.优化特定区块的功耗或效能；2.将通用处理变身为特定应用处理；3.深度学习，将传统编程模式进阶为神经网络 (Neural Network)；4.适当的智财 (IP)、工具和流程可提升功能安全性、信息保全和可靠度。＂我们的强项即在于通过电子设计自动化 (EDA) 工具、流程、模型方法、IP、服务及生态系的整合，协助用户将概念转化成实体芯片，最后形成完整的应用系统＂，张永专点出 Cadence 优势。
＂Protium＂助阵模拟加速与 FPGA 原型制作
他进一步说明，汽车更需要整合电源、影音、布线和扩充性等＂系统级方案＂的支持。单是 ADAS 运算类型，就涉及车载雷达、影像辨识、数据融合、车联网和视頻等数字信号处理，才能提高雨雪天候等特殊应用情境的辨识精准度，而可编程的 FPGA 往往是设计产品原型常用的工具。为此，Cadence 为 FPGA 早期原型验证发布＂Protium＂解决方案；除了聚焦单一 FPGA 原型系统的 Protium G1，另有面向 SoC 全芯片设计的 Protium S1，可在模拟加速和 FPGA 原型验证之间取得平衡，具有三大好处：
1. 原型迅速上线：Protium S1 以独特频率处理，高端内存模型建立及实现能力，将上线时间从数月缩短为数日，大幅提前固件开发时程；
2. 编译流程一致：Protium S1 与＂Palladium Z1＂平台共享编译流程，现阶段编译环境的重复利用率最高可达 80%，且两套平台具有前端一致性、可扩充多版系统；
3. 创新软件除错：提升韧体及软件产能，包括内存后门存取、跨区波形、强制与释出 (force / release)，运行频率控制。
他进一步说明，汽车更需要整合电源、影音、布线和扩充性等＂系统级方案＂的支持。单是 ADAS 运算类型，就涉及车载雷达、影像辨识、数据融合、车联网和视頻等数字信号处理，才能提高雨雪天候等特殊应用情境的辨识精准度，而可编程的 FPGA 往往是设计产品原型常用的工具。为此，Cadence 为 FPGA 早期原型验证发布＂Protium＂解决方案；除了聚焦单一 FPGA 原型系统的 Protium G1，另有面向 SoC 全芯片设计的 Protium S1，可在模拟加速和 FPGA 原型验证之间取得平衡，具有三大好处：
1. 原型迅速上线：Protium S1 以独特频率处理，高端内存模型建立及实现能力，将上线时间从数月缩短为数日，大幅提前固件开发时程；
2. 编译流程一致：Protium S1 与＂Palladium Z1＂平台共享编译流程，现阶段编译环境的重复利用率最高可达 80%，且两套平台具有前端一致性、可扩充多版系统；
3. 创新软件除错：提升韧体及软件产能，包括内存后门存取、跨区波形、强制与释出 (force / release)，运行频率控制。
图1：Protium S1 平台包括一流的核心引擎、验证架构技术和解决方案，可满足各种应用和垂直领域的设计质量和吞吐量验证要求
数据源：Cadence官网
Protium S1 平台是基于 Cadence＂系统设计实现＂(System Design Enablement, SDE) 策略发展的 Verification Suite 新成员，搭载先进核心引擎、验证架构技术及用于提升设计质量与产能的解决方案。张永专进一步说明，配合 Palladium Z1 硬件仿真加速器，与为 IP 及子系统原型推出的快速验证平台，将＂软／硬件设计、原型、IP 与验证＂无缝结合，可运用于卷积神经网络的优化并依需求规格运算、认知以提升辨识率，准确侦测物体；辅以影像及视觉演算，能实现 360∘环景、车道偏移追踪和行人侦测。此外，Cadence 还与合作伙伴共同研发影像除雾 (fog removal)、画面缩放及低光源处理技术。
＂安全性＂与＂功能性＂是智能车两大主轴
Cadence ADAS 快速原型系统可应用在 SoC／系统封装 (SiP)／模块系统 (SoM)、Linux BSP 应用板，以及电子后视镜、全景摄影和车辆功能展示等应用，进而开发出符合期待的＂梦幻芯片＂。顺带一提的是，Tensilica 原本就在信息娱乐系统 (Infotainment) HiFi 影音拥有众多 IP 专利，并入 Cadence 旗下后，对车载资娱 SoC、数字广播、音频处理、主动噪声消除和语言引擎设计可谓如虎添翼；与此同时，Cadence 亦对车用以太网络 (Automotive Ethernet) 的 IP 设计与验证、软／硬件协同到原型制作、物理信道仿真以及相关工具套件着墨甚深。
Cadence ADAS 快速原型系统可应用在 SoC／系统封装 (SiP)／模块系统 (SoM)、Linux BSP 应用板，以及电子后视镜、全景摄影和车辆功能展示等应用，进而开发出符合期待的＂梦幻芯片＂。顺带一提的是，Tensilica 原本就在信息娱乐系统 (Infotainment) HiFi 影音拥有众多 IP 专利，并入 Cadence 旗下后，对车载资娱 SoC、数字广播、音频处理、主动噪声消除和语言引擎设计可谓如虎添翼；与此同时，Cadence 亦对车用以太网络 (Automotive Ethernet) 的 IP 设计与验证、软／硬件协同到原型制作、物理信道仿真以及相关工具套件着墨甚深。
Allegro & Sigrity 则是针对电子控制单元 (ECU) 电路板布局、分析的利器。今年初推出的最新 Sigrity 2017 产品组合，更导入多项有助于加速 PCB 电源及信号完整性签核 (sign-off) 的重要功能，包括＂Allegro PowerTree＂拓扑检视及编辑器，以便让 EE 或电源工程师在设计初期迅速确实地评估供电路径、电源供应、IC 电流需求及被动组件损耗等设置，并且将 DC 与 AC 所要求的电源规范一同设定后交由 PI 或布线工程师执行分析与修改。它还提供包括经由 AMM (分析模型管理器) 模型库管理功能；用户可存储主被动组件模型，在设计组件重复使用时，能从模型库自动检索并藉由程序自动化相助加速电源设计与签核验证。
图2：Allegro Sigrity 将电源完整性工具 (包括签核和优化选项) 集成到单一解决方案
数据源：Cadence官网
除电源完整性分析，更在 Automotive Ethernet 100Base-T 验证设计提供符合规范的设计套件，让车用电子设计者在效能与成本间快速取得平衡。针对板级 ESD 防范与设计，通过 SPEED2000 将分析流程标准化快速设置符合规定静电放电模型，能观察能量路径并找出不利于静电宣泄热点，更明确指出 ESD 修改方向。Cadence Allegro & Sigrity 从电源分析设计，SI 到 ESD 都是车用电子在 ECU 设计中所不能或缺的工具，并协助 ECU 模块在最短时间取得相关认证。除了寻常的电路分析外，＂安全性＂无疑是汽车应用的一大门坎。
依规定，欲取得 ISO 26262 标准资格的组件供货商，其开发工具亦须通过 ISO 26262 正式评估，才能取得车辆安全完整性等级 (ASIL)。此类强制性的法规要求，势必需要新的工具、流程和专业辅助，方可将＂安全性＂与＂功能性＂的验证流程紧密结合。
ISO 26262 认证审查包括 EDA 工具，Cadence 率先提供入场券
为此，Cadence 积极成为经国际认证单位 TÜV SÜD 评估认可、符合 ISO 26262 标准之综合工具信赖水平合规性的 EDA 供货商。张永专解说，利用合于规范 (TCL) 的软件工具仿真，可以自动模拟产生所有致命缺陷，再据以运算出缺陷率 (detective rate)；这个缺陷率数值，关系到最终的 ISO 26262 ASIL 安全等级，而相应文件是否完善齐全将是关键。Cadence 模拟／混合信号工具链、数字前端设计与验证流程，有超过 30 种通过 TCL1 规范工具，结合数字实现与签核流程，用于完整 ISO 26262 开发生命周期。
为此，Cadence 积极成为经国际认证单位 TÜV SÜD 评估认可、符合 ISO 26262 标准之综合工具信赖水平合规性的 EDA 供货商。张永专解说，利用合于规范 (TCL) 的软件工具仿真，可以自动模拟产生所有致命缺陷，再据以运算出缺陷率 (detective rate)；这个缺陷率数值，关系到最终的 ISO 26262 ASIL 安全等级，而相应文件是否完善齐全将是关键。Cadence 模拟／混合信号工具链、数字前端设计与验证流程，有超过 30 种通过 TCL1 规范工具，结合数字实现与签核流程，用于完整 ISO 26262 开发生命周期。
表：Cadence 因应 ISO 26262 认证之解决方案
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流程 |
Cadence 解决方案 |
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数字前端设计与验证 |
Incisive 企业仿真器 |
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Palladium Z1 硬件验证仿真平台 |
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Protium 快速原型建立平台 |
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Incisive vManager 解决方案 |
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JasperGold 应用 |
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Genus 解决方案 |
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Encounter Conformal |
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模拟／混合信号设计、实施与验证 |
Virtuoso 套件 |
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Spectre 电路仿真平台 |
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数字设计实现与签核 |
Innovus 设计实现系统 |
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Modus 测试解决方案 |
类似＂生产履历溯源＂的概念，Cadence 车用工具和 Tensilica IP 皆具备 ASIL-B Ready 资格，加上有了数字前端设计与验证、模拟／混合信号设计、实施与验证，以及数字设计实现与签核三大流程的护持，此后汽车制造商不须再耗费精力和时间去评估要使用哪些软件工具才适用或担心所使用的工具是否经过资格确认，Cadence SPB 应用工程资深经理林谓昌补充，以往汽车制造商只需关心电子驱动机械功能是否正常，然而在智能车时代，还要考虑各式电子主动侦测和演算；而模拟、数字混合信号的设计与验证，将确保机械驱动的正确性。
林谓昌举例，当 ADAS 侦测到车道偏移，如果要让方向盘发出振动警示，必须从影像侦测，演算判断，进而通过控制信号将电能转换成机械能；此时，如何降低混合信号的噪声干扰就是一大挑战，而 ECU 之间传递信号所用非屏蔽双绞线的编织方式、差动信号抗噪能力等相关设计就不得轻忽，以确保信号正确及终端机械动作精准性。随着车用影音质量要求提升与自驾车所需 AI 大量运算数据传递等，车用 Ethernet 从 100Base-T 也将提升到 1000Base-T；这将使 ECU 之间链接所需传输媒介设计挑战提升，包括非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线。
照片人物：Cadence SPB 应用工程资深经理林谓昌
若长度过长造成信号因铜损耗而破坏就必须加入 repeater 解决；这无疑提升车用电子设计难度与成本提升。他并提到，车用电子设计分析与一般消费性电子产品有别。车用电子模块是组装于较大车体上，结合分布于整车的各式影像、雷达侦测；整合车体的天线设计、EMI 与热分析会加大设计难度。模拟分析所常用热及电磁网格切割演算与所谓divide and conquer (解构与整合) 技术应用非常重要。Cadence Sigrity 结合过去电磁综效运算与专利 3D 解构与整合电磁模型及热模型提取 (Extraction) 技术，巧妙运用于热传及高低频率电磁分析，大幅降低车电相关分析的困难。
＂这些横跨电子、机械的应用，对非专业领域的人员来说，可能是一大压力；而合乎法规流程的 EDA 工具，正好能为设计者填补此一需求缺口＂，林谓昌强调。另一方面，由于汽车电子须来回多次测试，委外开发常须花费 3～4 年的时间，但若改成自主开发因更能贴近个别需求，可缩短为 1～2 年。
