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交叉信息核心院前沿架構(gòu)與智能芯片中心領(lǐng)銜教授

清華大學(xué)助理教授

馬愷聲

發(fā)布背景

近日，姚期智院士代表標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位（交叉信息核心技術(shù)研究院）與標(biāo)準(zhǔn)起草單位（中國Chiplet產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟），與國內(nèi)主機(jī)廠、一級(jí)供應(yīng)商代表一起，發(fā)布世界首個(gè)車規(guī)級(jí)Chiplet接口標(biāo)準(zhǔn)：《車規(guī)級(jí)芯?；ミB標(biāo)準(zhǔn)ACC_RV 1.0》- Road vehicles- Advanced Cost-driven Chiplet Interface（ACC_RV）(標(biāo)準(zhǔn)可通過http://accchiplet.iiisct.com/進(jìn)行下載）。
近年來，新能源及人工智能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展正在推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化變革，“新四化”大趨勢(shì)下，傳統(tǒng)分布式的汽車電子電氣架構(gòu)正在逐步向域控制式以及中央計(jì)算平臺(tái)演進(jìn)，不同類型智能座艙、智能駕駛解決方案在新車型上的創(chuàng)新及搭載率快速提升。汽車智能化率在高速增長的同時(shí)，也展現(xiàn)出產(chǎn)品層次及功能需求顯著多元化的特點(diǎn)，而汽車芯片作為核心“大腦”，在傳統(tǒng)SoC設(shè)計(jì)思路下，單芯片如何能夠靈活適配于不同車型的需求，亦往往成為取舍痛點(diǎn)。Chiplet架構(gòu)通過將SoC中的通用模塊與專用模塊解耦并分別生產(chǎn)成小芯粒，由主機(jī)廠以及Tier1根據(jù)自身車型適配需求進(jìn)行靈活選擇并異構(gòu)集成，可提供兼顧高性能、安全穩(wěn)定、成本可控、擴(kuò)展性強(qiáng)、迭代周期短等綜合需求的解決方案，將成為未來中央計(jì)算平臺(tái)硬件架構(gòu)的重要的發(fā)展方向。

標(biāo)準(zhǔn)訂立原則

滿足最高級(jí)別功能安全（最高可支持到Asil-D級(jí)）

信號(hào)通路安全（國密算法）

針對(duì)信道優(yōu)化（車規(guī)芯片與封裝覆銅更厚，以增加加速度耐受力），增強(qiáng)高速串口均衡能力

在滿足車規(guī)級(jí)功能安全、信號(hào)通路安全等的前提下，盡可能壓低車規(guī)所帶來的更多的Chiplet測試成本

ACC_RV 1.0車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)總概

工作溫度：支持-40~150℃存儲(chǔ)保護(hù)：在存儲(chǔ)加入ECC校驗(yàn)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)1bit糾錯(cuò)，2bit以上檢測出錯(cuò)誤端到端總線保護(hù)：在數(shù)據(jù)輸入本端鏈路層之前，通過CRC計(jì)算生成冗余位，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?duì)端鏈路層后，進(jìn)行CRC校驗(yàn)，從而避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中的失效問題芯片監(jiān)控：加入電壓、溫度的監(jiān)測邏輯，支持上報(bào)啟動(dòng)自檢：在芯片上電的時(shí)候進(jìn)行邏輯自檢。在關(guān)機(jī)下電時(shí)，完成邏輯自檢，并將自檢結(jié)果留存，待下次上電時(shí)讀取。自檢若出錯(cuò)，則直接上報(bào)。支持安全島主動(dòng)發(fā)起自檢。冗余信道：在信道組之外，需要添加冗余信道。當(dāng)某一信道發(fā)生故障時(shí)，支持用冗余信道去替換故障信道。快速測試：信道設(shè)計(jì)上加入一個(gè)旁路模式，即復(fù)用信道。這個(gè)模式復(fù)用Chiplet高速串口為測試通道輸入端口，測試激勵(lì)通過測試通道輸入端口，進(jìn)入片內(nèi)進(jìn)行測試；同時(shí)，Chiplet高速串口可以被復(fù)用為測試通道輸出端口，片內(nèi)響應(yīng)通過測試通道輸出端口，輸出片外觀測。由于高速串口的高速度，可以極大加快測試速度，減少機(jī)臺(tái)占用時(shí)間。信道的Loopback測試：Loopback測試能夠滿足，封裝之前信道通路的自檢自測，可提前發(fā)現(xiàn)故障，加快測試速度。

1.存儲(chǔ)器自測試及修復(fù)（MBIST and Memory repair）

對(duì)嵌入式存儲(chǔ)器需要采用內(nèi)建自測試結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是在車輛使用場景下，隨時(shí)能夠啟動(dòng)測試，并且使用盡可能少的測試管腳，來完成控制激勵(lì)輸入，檢測輸出。存儲(chǔ)器自測試結(jié)構(gòu)需要內(nèi)置激勵(lì)產(chǎn)生單元，在啟動(dòng)測試信號(hào)拉高后產(chǎn)生測試激勵(lì)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫操作，讀取存儲(chǔ)器內(nèi)部值，在比較器內(nèi)與期望值進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果通過一個(gè)標(biāo)志位輸出，通過標(biāo)志位信號(hào)可以判斷存儲(chǔ)器是否存在缺陷。

上述對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫操作，即對(duì)連續(xù)地址空間升序或降序?qū)懭胩囟〝?shù)值，并讀出，這種讀寫操作稱為測試算法。復(fù)雜算法帶來更高的覆蓋率，保障功能安全。為了滿足車規(guī)功能安全需求，存儲(chǔ)器測試需要包含自修復(fù)功能。測試方案包括，必須選擇帶有冗余行/列邏輯的存儲(chǔ)器，當(dāng)存儲(chǔ)器自測試發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)器故障時(shí)，用冗余行/列替換故障行/列，并將這種替換信息存入片上可編程存儲(chǔ)器。

存儲(chǔ)器自測試與修復(fù)，很大程度上提高了芯片良率和可靠性，增強(qiáng)后期使用中發(fā)生故障時(shí)的處理能力，適用車規(guī)應(yīng)用場景。

2.邏輯自測試（LBIST）

車規(guī)使用場景下，芯片需要滿足自測試。所以對(duì)于片上邏輯需要加入自測試結(jié)構(gòu)；同時(shí)考慮頂層管腳資源的限制，使用壓縮邏輯，將數(shù)目龐大的測試掃描鏈，壓縮為若干個(gè)測試通道；掃描鏈的輸出經(jīng)過壓縮邏輯，壓縮成若干輸出。邏輯自測試啟動(dòng)后，偽隨機(jī)圖形產(chǎn)生器產(chǎn)生測試圖形，經(jīng)過內(nèi)置有線性反饋移位寄存器的解壓縮邏輯解壓后灌入掃描鏈中，通過一系列移位，捕獲，再移位操作，抓取電路反饋值并且與期望值相比，判斷電路是否存在故障。額外的，需要一個(gè)壓縮邏輯對(duì)多掃描鏈的輸出進(jìn)行壓縮后，再次進(jìn)入一個(gè)多輸入簽名寄存器電路，在這里和期望值進(jìn)行對(duì)比，大大減少了管腳數(shù)目。

3.安全島控制

自測試必須受到來自安全島的專用車規(guī)CPU的控制，在車輛上電或空閑時(shí)，啟動(dòng)測試。測試時(shí)，專用車規(guī)CPU發(fā)送測試指令，通過總線接口，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)測試控制器進(jìn)行操作，最終由系統(tǒng)內(nèi)測試控制器通過標(biāo)準(zhǔn)測試訪問接口啟動(dòng)測試，收集結(jié)果。安全島內(nèi)CPU采用雙鎖步設(shè)計(jì)，為測試程序安全運(yùn)行提供保障。

4.信道冗余及重映射設(shè)計(jì)

在信道組之外，需要添加冗余信道。當(dāng)某一信道發(fā)生故障時(shí)，用冗余信道去替換故障信道，這一冗余設(shè)計(jì)將提升良率和可靠性。

在信道的發(fā)送端，接收端分別加入一個(gè)3輸入的信道選擇器，信道的信號(hào)逐次送入相鄰兩邊信道選擇器，這樣，如果信道1發(fā)生故障，通過控制選擇器的選擇端，將輸入2映射到冗余信道1的選擇器上，通過冗余信道的發(fā)送器發(fā)送輸入2，同時(shí)冗余信道1的接收器輸出，再映射回到原先信道1的輸出2，這樣輸入2到輸出2的傳輸就通過冗余信道1完成。同理，信道2故障時(shí)，輸入3到輸出3的傳輸，可以向下映射到冗余信道2上進(jìn)行。

這種冗余設(shè)計(jì)大大提高了可靠性，使用與車規(guī)測試后的修復(fù)。

由于車規(guī)測試的復(fù)雜性，標(biāo)準(zhǔn)中特加入快速測試相關(guān)模式，具體方法如下：

1.信道旁路模式

信道設(shè)計(jì)上加入一個(gè)旁路模式，即復(fù)用信道。這個(gè)模式使差分輸入端口可以被復(fù)用為測試通道輸入端口，測試激勵(lì)通過測試通道輸入端口，進(jìn)入片內(nèi)進(jìn)行測試；同時(shí)，差分輸出端口可以被復(fù)用為測試通道輸出端口，片內(nèi)響應(yīng)通過測試通道輸出端口，輸出片外觀測。高速差分端口的復(fù)用為測試通道端口，可以加快測試速度。旁路模式規(guī)定，差分信道輸入可以直接被導(dǎo)入片內(nèi)，輸入信道被旁路；差分信道輸出可以直接來自片內(nèi)，輸出信道被旁路。

2.信道的Loopback測試

內(nèi)loopback模式中，輸出側(cè)輸出預(yù)置測試圖形，通過內(nèi)部選擇環(huán)回到輸入側(cè)，輸入測采樣數(shù)據(jù)和預(yù)置測試圖形進(jìn)行對(duì)比，判斷內(nèi)部信道通路是否正常。

外loopback模式中，輸出側(cè)輸出預(yù)置測試圖形，必須通過輸出端口輸出到片外，并且通過輸入側(cè)的選擇器環(huán)回到輸入側(cè)，輸入測采樣數(shù)據(jù)和預(yù)置測試圖形進(jìn)行對(duì)比，判斷內(nèi)部信道通路是否正常。

Loopback測試能夠滿足，封裝之前信道通路的自檢自測，可提前發(fā)現(xiàn)故障，加快測試速度。

ACC_RV同期通過開放原子基金會(huì)“元遨”開源智能出行項(xiàng)目發(fā)布。