以结合数码孪生的新一代EDA工具加速车辆智能化

汽车电子已然成为推动半导体产业成长的主动力之一，根据市场研究机构的预测，每辆小客车与轻量卡车的平均半导体内容以每年11%的平均复合年成长率（CAGR）持续增加，再加上电动车（EV）的带动，估计车用半导体市场销售额可达28%的CAGR；到2028年，每部车辆内的半导体元件价值将达到1,000美元。

Siemens EDA全球资深副总裁兼亚太区总裁彭启煌在SEMICON Taiwan 2023年的一场专题演说中指出，目前有近三分之二的车用半导体元件采用90纳米及以上制程，该趋势预期将持续到2030年；随着车辆的各种功能持续演进，包括先进驾驶辅助系统与自动驾驶等，对整合度更高的域控制器（domain controller）、更少实体缆线连结、更低延迟、更低耗电等需求，仍为车辆系统的设计带来许多挑战。未来的车辆除了要克服设计复杂的芯片，更不用说还得满足车辆对安全性的严苛要求。

受疫情与经济紧缩等因素影响，近两年半导体供应链发生的严重缺货情况让车厂面临无法出货的窘境，再加上半导体芯片已然成为各种车辆不可或缺的元素、也是产品差异化的关键，全球前十大车厂如大众（Volkswagen）、福特（Ford）、通用（GM）、BMW、戴姆勒（Daimler）等，都纷纷宣布投入车用芯片自主设计，或是与半导体晶圆厂直接签订供应协议、寻求更紧密的合作。而事实上，日本车厂丰田（Toyota)早在1989年就与Denso合作，在内部研发车用功率元件，两家公司并于2020年合资成立了一家名为MIRISE的半导体公司，锁定电动车与自动驾驶车辆应用，开发电力元件、传感器与SoC。

车用半导体市场前景看好，车辆朝智能化发展势不可挡；彭启煌指出，Siemens EDA在该市场领域已经有多年的耕耘，相关解决方案涵盖车用芯片以及电路板到系统层级的设计、验证、安全分析与产品生命周期管理。透过持续投资相关技术、与包括芯片业者／系统与车厂在内的业界夥伴紧密合作，并积极参与标准订定与合作研发，Siemens EDA在2019年首度发表的PAVE360平台，为车用半导体设计带来了全新的视野，提供了横跨汽车产业生态系统，让更多供应商能共同协作的设计环境。

彭启煌表示，无论设计的是车用半导体、电子子系统（Electronics sub-systems）或是整车，对车厂与Tier One供应商来说都是艰钜的挑战。首先是漫长、昂贵的开发周期，而自动驾驶功能更添加了其中的困难度；要整合来自不同供应商之解决方案是一项繁重的工作，随着更多供应商加入，将使得系统整合任务更为复杂，再加上缺少一个具备整体性观点的平台，以评估由多个团队分工合作完成的系统设计成果，很难预期是否达到所需的效能。而在系统设计完成后，新一代车软件定义车辆会持续有功能的更新，也需要评估这些更新是否会影响系统效能。

因应以上挑战，结合了数码孪生（Digital Twins）技术的PAVE360，支持的不只是车用SoC研发，还包括车用软硬件子系统、整车模型、传感器数据整合、交通流量模拟等，甚至可以模拟最终的自驾车设计在智能城市中的道路行驶。透过数码孪生技术，软硬件整合不需要等到硬件完成之后再进行，软件可以提前在虚拟硬件上设计验证，以免错失上市时程。此外不同传真度（fidelities）的数码孪生，可提供各种指标藉以了解来自不同供应商的零组件效能表现，让整合工作更早开始、也更加轻松。

彭启煌以一个自动紧急煞车（AEB）功能的开发案例来说明PAVE360带来的优势，该平台支持以Simcenter的工具PreScan建置的行驶环境模拟，以及用于机电一体化模拟的 AMEsim，藉由车辆的道路模拟测试，能看到车辆的行驶速度，并计算出花多长时间、在多少距离之外检测到交通号志的红灯亮起，或者是前方另一辆车的存在，以及是否在所规划的距离与乘客舒适度限制中正确启动煞车。

透过将这些道路测试结果的指标回馈至系统机电整合的模拟，能以高效率实现符合安全标准的最佳化设计，包括ISO 26262功能安全性（FuSa）。而从IC到系统软硬件整合，Siemens EDA提供完整的车用电子设计解决方案，加速车辆智能化的过程。