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凌思微电子:为什么选择RISC-V做车规级无线MCU?

时间:2021-12-17 23:47:02 作者:刘于苇 阅读:
谈到选择RISC-V做车规芯片的原因,王镇山表示这是大势所趋,因为国产芯片自主化大潮下,RISC-V是非常好的选择。另外从成本上考虑,Arm和RISC-V两种架构的收费机制也不同,对于芯片产业创业公司来说,这些理由都是很有诱惑力的。目前凌思微RISC-V的合作方是平头哥,“其整个生态和支持体系已经比较完善,对于公司效率提升是很大的保证。”
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当前物联网的一个大趋势,就是各种控制系统都在向无线连接操作转变。以通用的一款电动汽车Ultium为例,无线电池管理系统就是把所有电池分模块管理,通过2.4G连接到系统,OTA升级变得更容易。每一块电池上的无线连接控制器用做组合连接、扩容等操作,从应用层面来说也变得非常容易。

由于无线连接技术和各种控制系统结合,代替了有线连接,线束体积减少了90%,重量减少了25%,令电动汽车续航总里程能够突破650公里。而且温差控制对每一块电池都有效,热管理能够将温差控制在1%以内。

“这给我们的启发是,无线、车规、MCU连接已成大趋势,需要予以重视。” 在中国RISC-V产业联盟、芯原微电子和上海集成电路产业集群发展促进机构共同主办的首届滴水湖中国RISC-V产业论坛上,凌思微电子副总裁王镇山说到,“而恰巧在这个环节里,凌思微同时具备了和车规的各项指标、以及无线连接的各项指标。”

凌思微电子(厦门)有限公司副总裁王镇山

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车规对芯片设计挑战非常大

凌思微的LE503x系列产品是其基于RISC-V架构和 BLE5.0/1规范的车规级无线MCU系列产品之一,同时也是一款具备极低功耗的 BLE MCU产品,可适用多种低功耗通信应用场景。据王镇山介绍,该产品射频链路增益达到113dB@1Mbps,120dB@125Kbps,射频灵敏度达-99dBm@1Mbps,-106dBm@125Kbps,“性能全球第一”;环境适配范围宽25~125度,ESD >8KV,带来了更高的可靠性强;所有接口GPIO 接口均可根据需要灵活配置,外围电路器件仅需3个;外设丰富集成包括 24bit AD,LCD驱动,TP,USB等功能。

LE503x系列对环境适配的严格,源于凌思微目前产品的适用范围。据悉,该公司前段时间中标国家电网相关的智能电表以及相关应用领域,项目对于环境体系要求非常严格。

“中国幅员辽阔,电网北到黑龙江、南到海南岛,整个环境变化非常大,对于芯片设计来说挑战很大。可靠性要求必须把环境指标转化到设计要素里去。” 王镇山说到,“产品功能要做强,就要在满足车规级要求的同时,把无线性能发挥到极致。”

那么“车规”到底是什么?王镇山认为主要是对芯片的验证和检测手段非常严格,包含了ISO26262、AEC-Q等标准,PPM要达到PPM 0-100范围内。对应的芯片测试失效曲线又称为“浴缸曲线”,如下图所示,横坐标是芯片的使用时间,纵坐标是“失效率”。

目标寿命小于一年的,可以通过设计可靠性来确保短期的失效率,然而要保证长期可靠性时,就要参考 “本征可靠性”。车规芯片的失效曲线类似于上图这条曲线,一年之内可以靠测试设备确保,但长期可靠性需要依靠设计本身过程中的各种因素来约束,到了“本征可靠性”阶段,就要靠材料本身。

“尤其是军工级、航天级设备,可能需要换一些工艺和材料。”王镇山说到,要把可靠性压在典型失效曲线之下,在检测阶段如何去确保目标失效率及希望的使用寿命?

如上图绿色虚线部分,既然不可能对芯片做全生命周期检测,那就借助三个典型检测:Test A、Test B、Test C来确保芯片可以被压在车规级失效曲线之内,而每一个检测的适用范围以及最后对芯片的影响都不太一样,都会对原有的设计带来挑战。“我们的目标是不断控制前端输入设计方法及条件,确保最后的检测手段是和芯片级失效曲线相吻合的。”王镇山说到,但凡想做车规级芯片,无论要投入的设备,还是工程师需要的经验知识都是极其庞杂的。

车规芯片在设计端如何发力?

那么要达成检测需要,在设计端需要什么设计方法呢?如果要深入到设计层面,就必须知道芯片失效机理,并且定位容易失效的“点”,才能在设计流程中能规避掉,并最终符合车规级失效检测。失效原因一方面来自于设计工具的选择,所以EDA工具非常重要;另一方面来自设计方法,很多设计消费类电子产品的设计方法和设计工具,不足以支撑面向车规级的芯片,需要提升。王镇山介绍到,设计方法包括几个方面:PVT设计条件的选择、Electrical Design、Timing等。

PVT(Process Variation)包括On-Chip variation、 Vt variation analyais等,要求在设计中提升覆盖率,这样能够提升最终通过车规级失效分析的种种检测。

其他一些细节包括:PadRing和Package Design,Power/Clock Electrical Design等。电源网络如果太保守会侵占目前资源,而如果设计得太乐观,对于最终的检测又没什么用,需要折衷达到平衡;Clock设计中很多OCV产生来自传统CTS,“多驱动网络获取是其中一个解决方案,至少目前在凌思微采取的方法论或者结果里已经被印证有效。”王镇山说到。

另外,在系统如何做单元设计很重要,包括芯片级冗余设计、辅助电路设计等。设计生产、电路设计和电学性能要求等都需要融合进设计的每个环节或是方法流程中,这是一种综合能力,是整个流程支撑系统化的运作体系。

总结下来,车规级芯片的前端设计需要从系统和架构层面入手,还要落实到PCB级别。通过前端、后端设计和制造、系统设计一系列综合提升,才能共同提升车规级芯片的各项性能指标。

选择RISC-V的原因

而谈到选择RISC-V做车规芯片的原因,王镇山表示这是大势所趋,因为国产芯片自主化大潮下,RISC-V是非常好的选择。另外从成本上考虑,Arm和RISC-V两种架构的收费机制也不同,对于芯片产业创业公司来说,这些理由都是很有诱惑力的。目前凌思微RISC-V的合作方是平头哥,“其整个生态和支持体系已经比较完善,对于公司效率提升是很大的保证。”

另外无论从技术可实现性、市场响应还是市场要求,凌思微在接触很多国内厂商时,收到的产品需求是明确要求:“必须是国产化”,这也促进了他们的决定——把原来在Arm产品开发上的经验移植到RISC-V体系上。

资料显示,凌思微电子(厦门)有限公司成立于2019年,是一家专注于物联网领域的芯片设计公司,专注于物联网短距离无线通信领域,在业界首创了无线MCU 架构设计,公司以无线通讯射频SoC为中心,在BLE5/Wi-Fi 6/UWB/Sub-1G等领域为物联网领域提供一站式整体产品和技术解决方案。

凌思微总部位于厦门,在上海和深圳设有分公司,研发团队百余人,核心团队在无线射频、通信算法、SoC设计、软件,工艺定制化,车规可靠性,产品方案,生态建设等领域经验丰富。已陆续推出多款蓝牙低功耗芯片,方案覆盖:长距离BLE通信、BLE Mech、HID、可穿戴、小家电等,并提供从传统MCU到BLE MCU低成本平滑演进方案。 

据悉凌思微已于2021年完成A轮近亿元融资,投资方包括凯风创投、华天科技、长融资本等机构。目前公司跟整车厂商已经有一些相关合作,一些造车新势力的合作也在推进中。

鸣谢:欧阳洋葱

责编:Luffy Liu

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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