以結合數位孿生的新一代EDA工具加速車輛智慧化

Siemens EDA全球資深副總裁兼亞太區總裁彭啟煌。西門子EDA

汽車電子已然成為推動半導體產業成長的主動力之一，根據市場研究機構的預測，每輛小客車與輕量卡車的平均半導體內容以每年11%的平均複合年成長率（CAGR）持續增加，再加上電動車（EV）的帶動，估計車用半導體市場銷售額可達28%的CAGR；到2028年，每部車輛內的半導體元件價值將達到1,000美元。

Siemens EDA全球資深副總裁兼亞太區總裁彭啟煌在SEMICON Taiwan 2023年的一場專題演說中指出，目前有近三分之二的車用半導體元件採用90奈米及以上製程，該趨勢預期將持續到2030年；隨著車輛的各種功能持續演進，包括先進駕駛輔助系統與自動駕駛等，對整合度更高的域控制器（domain controller）、更少實體纜線連結、更低延遲、更低耗電等需求，仍為車輛系統的設計帶來許多挑戰。未來的車輛除了要克服設計複雜的晶片，更不用說還得滿足車輛對安全性的嚴苛要求。

受疫情與經濟緊縮等因素影響，近兩年半導體供應鏈發生的嚴重缺貨情況讓車廠面臨無法出貨的窘境，再加上半導體晶片已然成為各種車輛不可或缺的元素、也是產品差異化的關鍵，全球前十大車廠如福斯（Volkswagen）、福特（Ford）、通用（GM）、BMW、戴姆勒（Daimler）等，都紛紛宣布投入車用晶片自主設計，或是與半導體晶圓廠直接簽訂供應協議、尋求更緊密的合作。而事實上，日本車廠豐田（Toyota)早在1989年就與Denso合作，在內部研發車用功率元件，兩家公司並於2020年合資成立了一家名為MIRISE的半導體公司，鎖定電動車與自動駕駛車輛應用，開發電力元件、感測器與SoC。

車用半導體市場前景看好，車輛朝智慧化發展勢不可擋；彭啟煌指出，Siemens EDA在該市場領域已經有多年的耕耘，相關解決方案涵蓋車用晶片以及電路板到系統層級的設計、驗證、安全分析與產品生命週期管理。透過持續投資相關技術、與包括晶片業者／系統與車廠在內的業界夥伴緊密合作，並積極參與標準訂定與合作研發，Siemens EDA在2019年首度發表的PAVE360平台，為車用半導體設計帶來了全新的視野，提供了橫跨汽車產業生態系統，讓更多供應商能共同協作的設計環境。

彭啟煌表示，無論設計的是車用半導體、電子子系统（Electronics sub-systems）或是整車，對車廠與Tier One供應商來說都是艱鉅的挑戰。首先是漫長、昂貴的開發週期，而自動駕駛功能更添加了其中的困難度；要整合來自不同供應商之解決方案是一項繁重的工作，隨著更多供應商加入，將使得系統整合任務更為複雜，再加上缺少一個具備整體性觀點的平台，以評估由多個團隊分工合作完成的系統設計成果，很難預期是否達到所需的效能。而在系統設計完成後，新一代車軟體定義車輛會持續有功能的更新，也需要評估這些更新是否會影響系統效能。

因應以上挑戰，結合了數位孿生（Digital Twins）技術的PAVE360，支援的不只是車用SoC研發，還包括車用軟硬體子系統、整車模型、感測器數據整合、交通流量模擬等，甚至可以模擬最終的自駕車設計在智慧城市中的道路行駛。透過數位孿生技術，軟硬體整合不需要等到硬體完成之後再進行，軟體可以提前在虛擬硬體上設計驗証，以免錯失上市時程。此外不同傳真度（fidelities）的數位孿生，可提供各種指標藉以了解來自不同供應商的零組件效能表現，讓整合工作更早開始、也更加輕鬆。

彭啟煌以一個自動緊急煞車（AEB）功能的開發案例來說明PAVE360帶來的優勢，該平台支援以Simcenter的工具PreScan建置的行駛環境模擬，以及用於機電一體化模擬的 AMEsim，藉由車輛的道路模擬測試，能看到車輛的行駛速度，並計算出花多長時間、在多少距離之外檢測到交通號誌的紅燈亮起，或者是前方另一輛車的存在，以及是否在所規劃的距離與乘客舒適度限制中正確啟動煞車。

透過將這些道路測試結果的指標回饋至系統機電整合的模擬，能以高效率實現符合安全標準的最佳化設計，包括ISO 26262功能安全性（FuSa）。而從IC到系統軟硬體整合，Siemens EDA提供完整的車用電子設計解決方案，加速車輛智慧化的過程。

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