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本土RISC-V CPU IP企业芯来科技获得的ASIL D认证是什么?

分享于 2023-10-24 10:21:06
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近期,本土RISC-V CPU IP企业——芯来科技宣布,通过近两年多的协同努力,芯来NA系列CPU IP NA900顺利获得了ISO 26262最高汽车功能安全等级ASIL D产品认证证书。这意味着NA900是全球首个获得ISO 26262 ASIL D认证 RISC-V CPU IP产品,该产品也使得芯来科技成为全球第三家(继ARM、Synopsys后)、国内首家获得车规ISO 26262 ASIL D 产品认证的CPU IP提供商。


过去几年,因为智能汽车和电动汽车的火热,让大家对汽车芯片有了更广泛的了解。随之而来的各种车规认证,也让大家目不暇接。


那么,芯来科技RISC-V CPU IP的这个认证是什么?在汽车领域代表着什么?让我们在这篇文章里给大家带来一些解读。


RISC-V走向汽车,发展必然


在具体谈上述内容之前,我们先来讲一下,为何RISC-V走向汽车是一个必然选择。


虽然在过去几年,大家在讨论RISC-V的时候,都认为这是一个只适合于嵌入式级别的架构,但其实早在2021年,汽车行业领先的芯片供应商就宣布,将开发用于汽车应用的下一代高端 RISC-V 解决方案。在随后的发展中,瑞萨也的确推出了带有RISC-V协处理的、专为汽车ECU而设计汽车 SoC。


今年八月,英飞凌、博世、NXP、高通和Nordic Semiconductor这些汽车芯片传统和新贵厂商更是联合宣布,将投资成立一家RISC-V公司,并以汽车市场为其首个发力点以后。英飞凌汽车部门总裁 Peter Schiefer 表示,随着车辆走向软件定义,可靠性要求因电气化和连接性以及自动驾驶等趋势而增加,整个行业普遍需要标准化和生态系统兼容性,而 CPU 是关键IP。而他们所具备的知识和专业技术将释放 RISC-V 在汽车领域的全部潜力。


其次,当前的汽车芯片市场,在涉及到控制领域,虽然有不少厂商正在选择Arm架构作为其芯片的内核选择。但从Arm之前发布的招股说明书看来,其在汽车芯片市场的份额不到三成,与其在移动设备市场的九成多占有率相比差距非常大。同时,汽车芯片的生态其实是一个半封闭的生态,且其生命周期很长,这就意味着任何指令集架构都能在汽车芯片市场找到一定的生存空间,RISC-V毫无疑问是其中的一个最优潜力的候选。


此外,现在的智能化和电动汽车拥有了很多不同于过往传统车的新需求,这就驱使芯片开发者针对这些场景,探索新的架构并定义新的芯片以求创新,而拥有与生俱来的灵活性和可扩展特性的RISC-V恰好能契合到这一点。


因此,在行业相关人士看来,当前除了座舱这些使用安卓操作系统的场景,类似车联网、车载以太网、雷达、自动驾驶/辅助驾驶和ECU等领域,RISC-V都能从中找到机会。这就是促使了RISC-V从业者转向了这个赛道。


何为ISO 26262?


对于任何一个有志于进入汽车市场的硬件供应商,ISO 26262是其必须经过的一道门槛。


据官方介绍,ISO 26262 是一个通用的国际标准,应用于包括一个或多个电气和/或电子 (E/E) 系统并安装在最大车辆总质量不超过 3500 公斤的批量生产客车中的安全相关系统。旨在解决E/E 安全相关系统的故障行为(包括这些系统的交互)可能造成的危险。相关资料显示,这是一个源自IEC 61508的基于风险的安全标准。适用于生产车辆中的电气和/或电子系统,同时还对驾驶员辅助、推进和车辆动力学控制系统进行了规范管理。



ISO 26262包括了:

1

可供参考的车用产品全安全生命周期(管理、开发、生产、运行、维修、退役),以及各个阶段可以进行的安全活动;

2

整个开发过程的安全机制实施层面的规范(包括需求规格、设计、实现、测试、验证、确认等活动);

3

针对车用电子电气系统的部件,以风险评估为基础的车辆安全完整性等级ASIL,来衡量产品是否能用在不同安全等级的领域(比如车身控制ASIL B,发动机主控ASIL D);

4

在硬件领域(尤其是芯片IC/IP)用ASIL来量化确认,确认产品达到可接受的残余风险(State of Art),同时系统性地了提供验证思路来覆盖整个开发生命周期。



CPU IP的特殊重要性


熟悉汽车架构的读者应该清楚,在传统汽车时代,汽车的各个功能都是由独立的ECU控制的。进入了最近几年,域控制也逐渐成为主流。展望未来,大家寄望于用一颗芯片来对汽车的所有部件进行控制。但是,无论是过去的分布式控制,还是将来的集中式控制,其核心都是CPU Core IP(简称CPU IP)。换而言之,汽车芯片能否工作,怎么工作,都必须经由CPU内核来控制,这就是为什么大家对其安全性如此重视的原因。


因此车规芯片中使用的CPU IP的车规认证目前几乎是车规芯片的必需要求。


何为ASIL B与ASIL D?


相信很多人和作者一样,对于车规的认证还有很多困惑。例如,大家常说的ASIL B、ASIL D都是什么?要了解着一切,就是从ASIL的定义说起。


ASIL 不是基于系统中采用的技术,而是根据暴露于风险的概率(probability of Exposure, E)、驾驶员的可控性(Controllability, C)以及发生事故时后果的严重程度(Severity of failure, S)等因素估计该风险得出的,是一个纯粹基于驾驶员和其他道路使用者的风险。然后,又分别将严重性S、可能性E和可控性C分成4个等级,如下表所示,其中QM代表与安全无关。由此可以计算得出 A、B、C 和D四个ASIL等级。其中,D 拥有针对安全关键流程的最严格的测试法规。


ASIL B和ASIL D两者的区别不止是在仅仅ISO 26262 Part 5 的硬件指标上,ASIL B在硬件指标上要求SPFM(Single Point Fault Metrics)达到90%和LFM(Latent Fault Metrics)达到60%,而ASIL D为最高准则,要求的SPFM和LFM分别为99%和90%。同时,在开发生命周期所覆盖到的Part 2,4,5,7,8,9全部流程要按照最高等级的ASIL D来开发,比如验证策略的完整性和文档审核的严谨性,第三方审核方都要按照ISO 26262的最高要求来审计。



何为“流程认证”,“ASIL Ready认证”和“ASIL Compliant认证/产品认证”


1

“流程认证”:流程认证仅考虑公司的开发流程体系是否按照ISO 26262流程开发,不考虑具体产品,往往只会去审阅有没有产品开发指南、模版和简略的例子,往往是说明大概知道流程该如何走。流程证书会说明,管理开发流程ISO26262:2018 Parts 2,4,5,7,8 and 9符合了Systematic Capability ASIL D

2

“ASIL Ready认证”:ASIL Ready认证是不考虑ISO 26262要求的Systematic Capability,只考察厂商的FMEDA和Safety Manual,只说明符合26262一个Part的一个章节。ASIL Ready的证书上会说明只符合了ISO 26262-5:2018(Clause 8),也就是产品认证所需的一个子集。

3

ASIL Compliant认证/产品认证:产品认证需同时满足ISO 26262流程开发系统最高要求和最高硬件安全指标,证明产品完全按照认证对应的等级流程管理体系开发和硬件安全指标,其中ASIL D产品证书最为严苛,需要满足ISO 26262:2018 Parts 2,4,5,7,8,9全面符合Systematic Capability每个章节都按照最高要求来审计同时Hardware Safety Integrity满足SPFM99%和LFM90%的最高等级。


“ASIL Complaint认证/产品认证”对IP提供商的专业度有非常高的要求,产品认证涉及的工作量与经历时间都非常巨大。本文提到的芯来科技 NA900 CPU IP即获得的是“ASIL Complaint认证/产品认证”,为此,芯来科技投入了前后超过两年的时间与巨大人力物力。


在RISC-V出现之前,ARM公司的ARM架构CPU IP与Synopsys公司的ARC架构CPU IP也获得过不同级别的ASIL产品认证证书。芯来科技NA900 CPU IP目前是全球首个获得ISO 26262 ASIL D认证的 RISC-V CPU IP产品。该产品也使得芯来科技成为全球第三家(继ARM、Synopsys后)、国内首家获得车规ISO 26262 ASIL D 产品认证的CPU IP提供商。


目前,除了本土的芯来科技,世界范围内的其他一线RISC-V CPU IP提供商,如台湾地区的Andes,与美国的SiFive,也均推出了车规级认证的RISC-V CPU IP产品或者路线图,已经获得了或正在进行不同形式的ASIL认证。


芯来科技,本土RISC-V CPU IP坚定的践行者


虽然本文主要篇幅都用在介绍芯来科技的车规级别CPU IP产品, 但熟悉本土RISC-V发展历程的读者对于芯来科技一定不会陌生。


芯来科技成立于2018年,是国内首批基于RISC-V开放指令集架构打造应用生态,并率先实现产业化落地的企业,自成立以来一直专注于RISC-V CPU IP与相关解决方案,可以说是本土RISC-V CPU IP的坚定践行者。


过去五年,芯来科技从零开始,打造了N/U、NX/UX 四大通用处理器产品线和NS、NA两个专用产品线。



其中:


  • N/U是32位架构处理器,其中N200、N300、N600、N900主要根据流水线级数从低到高满足超低功耗到高性能不同的应用,而U900是支持SV32的应用处理器。

  • NX/UX是64位架构,主要用于存储、网络、AI、数据中心等高性能应用场景。

  • 在专用产品线方面,除了上面介绍的NA(Nuclei Automotive)系列以外,还有NS(Nuclei Security)系列,目前主要有NS600和NS300两款产品,面向支付等高安全场景。


据了解,芯来科技目前已经累计获得超过200个客户使用公司的产品,其中包括兆易、晶晨、芯原、翺捷、飞思灵、安路、裕太、中国移动等知名公司,在5G通信,AI,物联网,汽车,存储,网络等都已经落地。相信不久市场上可以看到更多带有芯来科技RISC-V CPU IP的芯片。


在地缘政治的影响下,发展本土芯片有了前所未有的迫切需求。因此,对于身处芯片产业链重要位置的芯来科技来说,肩负的使命是无比重大,但这值得我们期待。


RISC-V,拥有无限可能


自2010年由伯克利大学的David Patterson的团队首创以来,因为其开源、灵活性以及可扩展性等优势,RISC-V在过去几年里发展迅猛。根据RISC-V国际基金会的数据,光是在2022年,全球采用RISC-V指令集架构的芯片已出货100亿颗。基金会进一步预测,到2025年,基于RISC-V架构的芯片出货量将突破800亿颗。


RISC-V 基金会首席执行官 Calista Redmond在今年年初接受媒体采访的时候更是直言:“今年,我们看到RISC-V在各行业的深度更加深入,汽车、初级处理数据中心或人工智能加速器应用对其的采用更加广泛,推动其走向Android 的工作也真正开始腾飞。”


正如大家所了解,作为手机芯片巨头,高通一直是Arm的重要客户。但该公司的产品管理总监Manju Varma在去年年底于美国举办的RISC-V峰会上公开表示,RISC-V 是专有 Arm 指令集架构的新兴替代品,可以在高通面向可穿戴设备、智能手机、笔记本电脑和联网汽车等应用开发的芯片中找到机会。近日,高通联手谷歌重磅宣布,将在与 Google 的长期合作基础上,推出基于 RISC-V 的可穿戴设备解决方案,与 Wear OS by Google 配合使用。在高通看来,这一扩展的框架将有助于为 Android 生态系统内的更多产品利用低功耗和高性能的定制 CPU 铺平道路。


从目前的全球发展现状看来,RISC-V也在这些高端市场迈出了重要一步。


在去年年底,美国芯片初创公司Ventana Micro Systems宣布推出其 Veyron 系列高性能 RISC-V 处理器。据该团队介绍,作为当时全球性能最高的 RISC-V 处理器,该系列首款芯片Veyron V1 采用 5nm 工艺,其运行频率为 3.6GHz,可与数据中心、汽车、5G、人工智能和客户端应用的最新现有处理器相媲美。


全球知名芯片架构师,加拿大初创公司Tenstorrent的首席执行官Jim Keller在去年九月更是直言:“RISC-V将会赢得下一轮的竞争。”在今年六月接受外媒采访的时候,Jim Keller则重申:“我相信在未来 5 到 10 年内,RISC-V 将接管所有数据中心。”他在随后于日本举办的RISC-V峰会演讲中同时指出,公司的RISC-V产品能在包括ADAS和IVI在内的汽车电子应用中找到应用空间。


综上可见,RISC-V在多重维度间,皆拥有无限可能。我们将继续拭目以待。


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