車用 IP 認證的重要性

英文原文：Importance Of Certifications In Automotive IP

2023年10月10日於《Semiconductor Engineering》刊登

作為功能安全(functional safety)的一環，持續監控關鍵元件與系統。

眾所周知，汽車產業一向堅持不懈地執行嚴格標準，以實現安全、品質、可靠度與保障。然而，堅持嚴格的措施來確保車輛安全與可靠度卻也衍生出對預測性維護(predictive maintenance)的需求；也就是將先進監控與分析技術做為晶片生命週期管理 (Silicon Lifecycle Management, SLM)的一部份，來預測半導體元件的故障並加以預防。

基於各種原因，預測性維護在汽車業至關重要。首先，預測性維護有助於在潛在問題演變成重大問題前，就識別出這些問題並予以解決，避免造成代價高昂的停機時間(downtime)，並優化維護預算，進而協助降低成本。

其次，預測性維護可持續監控關鍵元件與系統，及早偵測到故障(fault)或退化(degradation)以防止意外故障發生，進而強化車輛可靠度。透過預測性維護，可對重要系統進行監控，識別出可能危害車輛安全的潛在故障，其安全性也將獲得改善。此外，預測性維護還能主動地滿足維護需求，並將意外故障發生機率降到最低，進而提升客戶滿意度。而將維護排程進行最佳化，則可實現高效規劃、降低停機時間及優化資源分配。預測性維護甚至有助於根據其狀態替換元件，最大限度地延長元件壽命，並減少非必要的替換。

最後，預測性維護所生成的資料可提供寶貴的洞察見解，讓製造商識別出常見問題、針對設計提出改善、強化製造流程，並完善產品品質。總而言之，預測性維護可驅動整個汽車產業的成本降低，並促使可靠度、安全性、客戶滿意度及數據導向(data-driven)的改進。

圖 1：預測性維護：ISO 26262:5 如今已成為一項強制要求。

浴缸曲線(bathtub curve)為一種可靠度工程概念，用於分析汽車元件的老化(aging)與退化(degradation)。浴缸曲線由三大階段組成：早期失效(early failure)階段、中期壽命(intermediate life)階段與磨損(wear-out)階段。早期失效會因設計問題或製造問題而產生，可透過測試與品質管控降低問題發生。正常壽命階段的故障率低且穩定，而磨損階段則由於磨損、疲勞與退化等因素造成故障率逐漸增加。維護、檢測、主動地替換老化元件有助於管理磨損階段。而瞭解浴缸曲線有助於優化汽車可靠度與壽命。

圖 2：左圖：典型的浴缸曲線；右圖：觀測到的實際曲線。

本篇文章的重點為持續監控關鍵元件與系統的重要性，強調晶片中嵌入監控IP (embedded monitor IP)的必要性。該技術不僅可測量製程、溫度、電壓等環境風險，也可測量用於測量裕度(margin)的結構監控器，諸如路徑裕度監控器(path margin monitor)或訊號完整性監控器(signal integrity monitor)等。這都屬於晶片生命週期管理(SLM)的一環，是預測性或主動性維護的關鍵步驟。

ISO 26262 為明確因應汽車產業功能安全的國際標準。此標準為開發攸關安全(safety-critical)的汽車系統提供指導與要求，主要專注於電氣(electrical)與電子(electronic)元件。ISO 26262 的重要性在於幾個關鍵層面：

安全保證：ISO 26262提倡針對整個汽車開發過程的安全性採用系統性方法。它建立了一套架構，適用於識別、分析與降低車輛潛在危險相關的風險。透過遵循該項標準，汽車製造商與供應商可確保在設計與開發的早期階段即納入安全措施，讓道路上的車輛更加安全。

法律合規性與監管要求：汽車製造商必須遵守與安全相關的各種法律與監管要求。ISO 26262 提供了廣泛被接受且認可的指南，以協助各家公司遵守這些法規。透過此舉將展現該公司對安全的承諾，並可加速監管機構要求的認證與核准流程。

降低風險與減輕責任：車輛的功能安全故障可能會造成嚴重結果，包括事故、傷害與死亡。ISO 26262 針對識別危險、評估風險與降低風險提供一套系統性方法，旨在將這些類別的故障風險發生機率降到最低。此外，遵循該標準有助於讓汽車公司透過審慎調查確保其產品安全性，以降低潛在責任。

業界結盟與合作：ISO 26262 為汽車產業利益相關者之間的溝通與合作，提供通用語言與架構。該標準促進了汽車製造商、供應商與監管機構之間對於安全相關資訊與知識的交流。整個產業一致的標準應用提高了互通性(interoperability)、協調性與透明度，從而改善安全實務及共通的最佳實踐(best practice)。

客戶信心與市場競爭力： ISO 26262合規性可強化客戶對汽車產品的信心。隨著消費者對安全的關注日益增加，符合ISO 26262 要求的汽車似乎被認為更安全、更可靠。此外，遵循該標準可為汽車公司提供競爭優勢，體現對品質、安全與持續改善的承諾。

考量到ISO 26262 國際管理機構這些相當具體的要求，新思科技(Synopsys)遵循下列封裝要求。

圖 3：新思科技車用 IP 封裝方案。

目前，新思科技旗下所有適用於台積公司(TSMC) 7 奈米與 5 奈米製程的汽車監控器IP均符合車用級標準，這意味著該產品均符合或超出汽車電子協會 (Automotive Electronics Council, AEC)所述的要求。有關測試方法與條件的詳情，請參考文件 AEC-Q100《元件的使用強度測試認證 (Stress Test Qualification for Components)》。

總之，認證(certification)可確保汽車產業的功能安全。針對風險管理、法律要求合規性以及與產業利益相關者之間的合作，提倡系統性方法。藉由遵循該標準，汽車公司可提升安全性、減輕責任，並建立客戶對其產品的信任。欲瞭解新思科技 SLM 車用級IP的詳細資訊，請造訪我們的網站。