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La survie des écosystèmes de conception automobile dépend d'une vérification efficace

Rédigé par  dimanche, 18 octobre 2020 08:13
La survie des écosystèmes de conception automobile dépend d'une vérification efficace

Le secteur de la construction et de la vente de véhicules connaît une mutation inédite dans l'histoire de l'automobile. La quête de voitures qui se conduisent toutes seules a complètement bouleversé ce que signifie concevoir et même posséder un véhicule. On ne sait pas encore exactement comment tout cela va se régler, mais ce qui est clair, c'est que les équipementiers automobiles et les fournisseurs de niveaux 1 et 2 voient leurs relations historiques remises en question par l'omniprésence de l'électronique dans les futurs véhicules.

Associés à des exigences réglementaires accrues en matière d'émissions, de rendement énergétique et de sécurité, ces composants électroniques devront être intégrés plus étroitement aux nombreux logiciels qui fonctionneront grâce à eux. Cette situation contribue au changement des alliances. Qu'ils soient traditionnels ou nouveaux, les participants devront trouver des moyens de collaborer et d'innover à mesure que leurs rôles évoluent. Mais un thème commun domine pour tous : le défi consistant à prouver que tous ces composants et leurs logiciels fonctionneront sans problème, correctement, efficacement et en toute sécurité.

Le niveau 2 s'applique de plus en plus aux semi-conducteurs

Les fabricants de semi-conducteurs ont longtemps participé discrètement à la construction des véhicules en créant de petites puces intégrées aux unités de contrôle électronique (ECU). Mais l'augmentation prochaine du contenu electronique dans l'automobile place ces fabricants de puces sous les feux de la rampe, car leurs contributions deviennent beaucoup plus stratégiques. En conséquence, les fournisseurs de silicium conçoivent de grands systèmes sur puce (SoC) pour les plates-formes automobiles, en plus des microcontrôleurs, mémoires et autres composants informatiques plus traditionnels.

Chacun de ces SoC est susceptible de contenir de nombreux processeurs qui doivent fonctionner ensemble et communiqueront avec d'autres composants en utilisant une variété de protocoles avancés. Les systèmes de vision et les moteurs d'intelligence artificielle (IA) figureront en bonne place parmi les technologies qui connaîtront une croissance rapide. Et tout cela doit être fait en maintenant les niveaux de puissance à un niveau acceptable.

Les fournisseurs de niveau 1 vont superposer d'énormes quantités de logiciels sur ces plates-formes de silicium, de sorte que les puces doivent être optimisées pour les types de logiciels qu'elles vont exécuter. Cela nécessite une collaboration beaucoup plus étroite entre les fournisseurs de niveau 1 et de niveau 2 pour établir les exigences de vérification et de validation. En outre, les SoC communiqueront avec d'autres composants via une grande variété de protocoles et d'interfaces complexes. Cela implique un effort de vérification approfondie pour toutes les mises en œuvre de ces protocoles.

Ainsi, même au niveau 2, la vérification et la validation représenteront un défi en raison de la taille et de la complexité des circuits et des cas d'utilisation générale par rapport auxquels les circuits doivent être vérifiés.

Source : NXP

 

Défis et opportunités pour les fournisseurs de niveau 1

Les entreprises de niveau 1 sont confrontées au plus grand des défis structurels. Elles ont traditionnellement intégré des composants de niveau 2 dans des sous-systèmes qui étaient finalement assemblés par les constructeurs automobiles connus. Bien que ce modèle soit encore prometteur, il est remis en question par un certain nombre d'acteurs non traditionnels.

  • Des entreprises comme Google, traditionnellement éloignées du marché automobile, cherchent à développer des voitures.
  • Des sociétés de covoiturage comme Uber et Lyft ont développé des voitures sans conducteur pour fournir leur principal service : le covoiturage.
  • Les nouveaux venus spécialisés comme Tesla s'intègrent verticalement, en contournant toute la chaîne d'approvisionnement traditionnelle.
  • Certaines grandes entreprises de niveau 2, comme NXP et Nvidia, travaillent directement avec les équipementiers, ce qui leur permet d'éliminer la couche de niveau 1.

Dans cet environnement, les fournisseurs de niveau 1 doivent établir des liens nouveaux et plus étroits entre eux, avec les fournisseurs traditionnels de niveau 2 et les arrivants qui ont de nouvelles idées intéressantes. Les possibilités de renforcer l'intégration tout au long de la chaîne d'approvisionnement sont nombreuses. L'établissement et le suivi des exigences en matière de composants, la vérification et la validation des composants et des modules, ainsi que le partage plus efficace de la propriété intellectuelle (IP) aideront les entreprises de niveau 1 à rassembler l'écosystème pour qu'il soit aussi efficace que les nouveaux venus intégrés verticalement qui tentent de tout faire eux-mêmes.

Les défis de vérification auxquels sont confrontés les fournisseurs de niveau 2 seront multipliés pour le niveau 1. Ces mêmes plates-formes de silicium doivent maintenant être vérifiées avec les multiples couches de logiciels, mais également à mesure qu'elles interagissent avec d'autres composants du sous-système. Les interfaces et les protocoles à la périphérie des sous-systèmes doivent également être soigneusement vérifiés pour s'assurer qu'ils fonctionneront comme souhaité lorsqu'ils seront connectés à d'autres sous-systèmes.

Les équipementiers sont confrontés à un marché en mutation

Dans le modèle traditionnel, les fabricants OEM rassemblent les sous-systèmes que les fournisseurs de niveau 1 créent. Mais la manière dont ils mettent cela sur le marché devra peut-être changer à mesure que ce marché fournira un ensemble plus souple de « solutions de mobilité » que les individus pourront exploiter sans avoir à posséder leur propre véhicule.

Cela signifie qu'il faut repenser a plus haut niveau les détails opérationnels des véhicules, et ces nouvelles idées nécessitent un nouveau logiciel convaincant sur de nouvelles plateformes de silicium innovantes. En outre, ces mises en œuvre doivent être validées à la fois avant d'engager des ressources de conception et en parallèle avec la conception du matériel et des logiciels.

Une fois que ces idées sont validées et que de nouvelles solutions émergent, ces solutions doivent néanmoins être vérifiées à tous les niveaux pour s'assurer qu'elles répondent aux attentes. Le défi réside dans le nombre de scénarios à tester, chacun impliquant une simulation électromécanique combinée qui nécessite une énorme quantité de calculs. La notion même de stimulus de vérification est bien différente à ce niveau qu'elle ne l'est au niveau 1 ou 2. Ces scénarios de haut niveau impliquent des interactions de véhicules entiers avec l'environnement et avec d'autres acteurs : véhicules, piétons et autres créatures et objets.

La notion de vérification et de validation est également mise à profit pour franchir une étape supplémentaire : la création de modèles de jumeaux numériques qui reflètent les voitures individuelles telles qu'elles circulent sur les routes. Cela permet d'établir un continuum de vérification du niveau de la puce à celui de l'automobile complète en fonctionnement, mais cela pose également le défi d'exécuter les suites de vérification à tous ces niveaux.

Les équipementiers sont également responsables en dernier ressort du respect des exigences de sécurité définies dans la norme ISO 26262. Chaque sous-système, chaque composant de chaque sous-système et tous les outils utilisés pour assembler les composants, les sous-systèmes et le système final doivent passer le test. Cela implique une énorme quantité de planification, de tests, de documentation et de certification.

L'écart de vérification pré-silicium

Un SoC complexe représente un investissement coûteux. D'innombrables heures-personnes sont consacrées à la spécification, la mise en œuvre et la réalisation des fonctions nécessaires. Mais la dépense la plus importante pourrait être le coût du jeu de masques, qui se chiffre en millions. Toute modification de la conception mise en œuvre avant l'engagement des masques ne coûte que le temps d'ingénierie nécessaire. En revanche, les modifications nécessaires après la création des masques entraîneront l'achat d'un autre jeu de masques. Les fournisseurs de niveau 2 passent d'innombrables heures à essayer d'éviter cette dépense. Par conséquent, la conception doit être minutieusement vérifiée avant de créer ces masques.

Avec d'énormes SoC multicœurs, même l'exécution de simulations limitées au démarrage d'un système d'exploitation et au contrôle des pilotes de bas niveau prendra beaucoup trop de temps, car la simulation est tout simplement trop lente. Ainsi, avec la seule simulation, les entreprises de niveau  2 se trouveront dans l'impossibilité d'effectuer la vérification.

Dans cet environnement, il ne suffit pas que la société de niveau 2 fasse simplement le contrôle du circuit à ce bas niveau. Les entreprises de niveau 1 devront exercer leurs logiciels de haut niveau sur ces plateformes, avant la création de ce jeu de masques. Les équipementiers eux-mêmes devront exercer leurs scénarios sur les mises en œuvre prévues avant de s’engager sur le masque.

 

Si la simulation ne convient pas aux tâches de vérification de niveau 2, elle est encore plus à la traîne pour les fournisseurs de niveau 1 et les équipementiers. Il existe un fossé fondamental entre les ressources nécessaires à une vérification complète avant l'utilisation du circuit et les possibilités offertes par la simulation. Le développement des véhicules électroniques sera bloqué, sans aucun moyen de combler cette lacune en matière de vérification.

Environnement pour véhicule autonome pré-silicium : PAVE360

Le programme PAVE360 de Siemens est un nouvel environnement de vérification destiné à remplacer les anciens flux traditionnels, inappropriés. Fonctionnant à de nombreux niveaux, de la puce individuelle au sous-système et au véhicule complet, il fournit des méthodologies, des stimuli et une puissance de vérification que l'ensemble de l'écosystème peut utiliser. Il établit un continuum de vérification qui tire parti des efforts de niveau 2 au sein du niveau 1 et des efforts de niveau 1 au niveau des équipementiers.

La puissance de vérification est fournie en utilisant l'émulation matérielle sur la plate-forme d'émulation Veloce. La simulation se limite aux modèles logiciels. En revanche, un émulateur est un superordinateur capable d'exécuter des suites de vérification sur des modèles matériels de puces de silicium. Comme il fonctionne des milliers de fois plus vite que la simulation standard, une vérification complète est possible dans les délais nécessaires pour commercialiser des véhicules compétitifs sur un marché concurrentiel.

Bien que nouvelle sur le marché automobile, l'émulation a fait ses preuves depuis longtemps sur les marchés des réseaux, de la mobilité et du stockage, pour n'en citer que quelques-uns. Sa structure est souple, avec un système d'exploitation et des applications qui peuvent servir à vérifier des aspects spécifiques d'une conception, qu'il s'agisse de la consommation d'énergie, de la sécurité, des protocoles d'interface ou même des circuits de testabilité internes (conception en vue du test, DFT).

La façon dont le programme PAVE360 exploite les émulateurs Veloce répond bien aux besoins des développeurs automobiles. Ce programme permet aux nombreux outils et méthodologies de conception sous-jacents d'interagir via des protocoles standards bien connus comme la modélisation au niveau des transactions (TLM) pour la vérification inter-composants et l'interface de maquette fonctionnelle (FMI) pour la vérification électromécanique. PAVE360 et l'émulation effectuent toute la gamme des tâches de vérification pré-silicium :

  • Vérification fonctionnelle complète
  • Visibilité totale sur les circuits internes, ainsi que de solides capacités de débogage
  • Interopérabilité totale avec les outils de vérification des puces et des logiciels et avec le contrôle du matériel post-silicium
  • Co-vérification matérielle/logicielle et extraction des performances, de la bande passante et de la puissance de la puce complète.

PAVE360 de Siemens permet aux équipementiers, aux fournisseurs de niveau 1 et de niveau 2 de travailler en parallèle pour explorer de nouvelles idées de conception, établir et suivre les exigences de conception, mettre en œuvre les idées qui rendront un véhicule ultra-compétitif et vérifier les mises en œuvre sur un continuum allant du silicium de bas niveau au véhicule complet. Ce programme permet la collaboration en amont et en aval de la chaîne d'approvisionnement, en rassemblant ce qui était auparavant des activités indépendantes en un effort coordonné et harmonieux.

 

Il en résultera de nouveaux véhicules innovants et plus performants, développés plus efficacement et mis sur le marché beaucoup plus rapidement. Les concepteurs créatifs peuvent construire des véhicules disposant de nouvelles capacités et d'un niveau de sécurité inédit. PAVE360 sera un élément clé de ce nouveau monde dynamique de l'automobile

 

Jean-Marie Brunet : Directeur Senior du marketing pour la division Émulation de Mentor, une entreprise de Siemens.

Il a occupé pendant plus de 20 ans des fonctions d'ingénierie d'applications, de marketing et de direction dans le secteur de l'EDA,
ainsi que des postes de conception de circuits intégrés et de gestion de la conception chez STMicrolectronics, Cadence et Micron, entre autres.

Jean-Marie est titulaire d'une maîtrise en génie électrique de l’Institut supérieur de l’électronique et du numérique (ISEN) de Lille.

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