車用半導體的安全驗證方法

以試算表為基礎的傳統安全分析方法，無法有效擴展以處理現代 Soc 的複雜度。

長久以來，功能安全 (functional safety) 一直是植入式醫療裝置、星載 (space-borne) 系統與核電廠等諸多電子應用的必要需求。隨著先進駕駛輔助系統 (advanced driver assistance systems, ADAS) 日益普及，再加上自動駕駛汽車的出現，讓汽車晶片也被列入安全關鍵設計的行列中。從半導體設計公司、電子設計自動化 (electronic design automation, EDA) 工具供應商到汽車製造商，整個供應鏈都需要實現功能安全需求。

對於參與繁複半導體分析的功能安全工程師而言，其任務是要在數以千計的模式中識別可能會出現設計故障的模式，亦稱為故障模式 (failure modes, FMs)，以及找出可能導致該類故障的原因。針對複雜的設計，以手動方式確保達成高效能又高效率的功能安全分析極為費時；而使用試算表的傳統方法，在需要滿足相關標準的情況下也容易出錯，而且可能會徒勞無功。

汽車應用必須遵循兩大安全標準：IEC 61508 (適用於一般電子用品市場) 與 ISO 26262 (適用於安裝在道路交通工具的電氣和/或電子系統)。ISO 26262 提出的標準化系統生命週期需要實施諸多程序和方法，才能實現系統性安全功能目標。而該流程建議使用經認證的先進 EDA 技術，進行需求工程、架構建模、驗證及實作。

對於目標旨在通過 ISO 26262 認證的汽車系統單晶片 (SoC) 設計而言，經認證的功能安全評估人員在安全規劃階段就必須參與。功能安全評估人員會針對故障模式與影響分析 (Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis, FMEDA) 所採取的整體安全方法以及開發週期期間使用的工具提供指導。其中，對FMEDA先進分析工具的最低要求為：

• 採用經認證工具的安全方法，為 SoC 提供可擴展性
• 在整個晶片開發週期中，讓工程師可以針對常用資料庫同時執行任務，實現相似的安全目標
• 在整個設計流程中，能夠循序追蹤 FMEDA
• 從專案與需求管理工具匯入安全需求

這些流程在功能安全生命週期中的關鍵作用，在於定義安全分析目標，接著驗證系統架構。開發人員必須提供相關佐證，以確保該設計是根據汽車安全完整性等級目標 (Automotive Safety Integrity Level, ASIL) 執行安全相關功能。除此之外，安全分析必須調查系統性故障與隨機硬體故障的可能原因，以及這些故障對功能產生的影響。

驗證安全機制之所以至關重要，是因為該機制必須要偵測硬體生命週期期間發生的隨機故障，並確保在故障發生時可以達到安全狀態。此機制包括計算診斷覆蓋率 (diagnostic coverage, DC)。硬體架構兩大關鍵指標是 SPFM (單點故障指標，Single Point Fault Metric)和 LFM (潛在故障指標，Latent Fault Metric)。兩者分別由故障模式與影響分析 (Failure Mode and Effect Analysis, FMEA) 和設計FMEA (D-FMEA) 進行質化分析，以及由 FMEDA 所進行的量化分析來判定。

段，功能安全專家針對最終設計重複進行量化分析(簽核)，進而在基本面積與計算基本故障率方面達到更高精準度。根據最終設計等級來劃分設計，並定義故障模式。

總結而言，功能安全專家會執行三個階段分析，每個階段皆包含特定故障模式分析以及其與相關設計元件(故障根本原因)「關聯性」的分析。基本上，概率值的連接與計算過程會以佔用面積和技術類型為基礎，並基於各種啟發式(heuristics)方法進行推論，屬於傳統且十分繁複的手動工作。

EDA 工具針對映射 (mapping) 操作自動化的支援，對於減少手動工作以及避免忽略錯誤等層面發揮重要作用。而且，功能安全分析流程與晶片設計流程無縫接軌的相容性，對加速認證速度至關重要。最後，功能安全工程師還需要一個 FMEDA 持久性資料庫，以實現可追溯性分析、存取管理、稽核選項與版本控制。

新思科技 VC 功能安全管理器 (Synopsys VC Functional Safety Manager, FSM) 可實現功能安全 (functional safety, FuSa) 管理自動化，藉以取代與功能安全驗證流程不相容的試算表或內部 FMEDA分析解決方案等傳統手動方法。VC FSM 扮演 FMEDA 分析的控制艙 (cockpit)，推動整個半導體設計開發以實現功能安全，包括設計探索與分析、驗證和實作階段。

新思科技 VC FSM 在四大關鍵領域為功能安全專家與工程師提供協助：

• 榮獲總部設於美國的世界領先產品認證公司Exida的 TCL 1 認證，符合 ISO 26262-8 第 11 章的規範，遵循 ISO 26262 對驗證與實作工具的需求
• 根據 ISO 26262 要求，與主要需求系統相連，以匯入 FMEDA 需求標準
• 隨著 SoC 設計複雜度增加，具備高度擴展性，可以滿足現代汽車設計高度複雜度的需求
• 使用驗證與實作技術進行資訊交換，將 FuSa 生命週期完全自動化，如下圖 3 所示
• 與世界領先的測試、檢驗與認證公司 SGS-TÜV Saar合作的FMEDA 分析技術，是為能加速 ISO 26262 認證，並縮短上市時程而量身打造

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為了減少碳排放和降低風險，提升汽車電氣化程度以及發展自動駕駛，皆大幅提高汽車設計的複雜度。這促使 FuSa 驗證方法在整個開發流程 (包含設計驗證) 中，必需導入 FMEDA 自動化。傳統安全分析方法以試算表為基礎，無法有效擴展以處理現代 SoC 的複雜度及數以千計的故障模式。

於 FMEDA 分析與探索期間，使用新思科技 VC 功能安全管理器無縫接軌地推動設計開發，接著採用貫串整個功能安全週期的驗證與實作技術，有助於簡化實現 ISO 26262 認證資格的過程，同時也不至於大幅增加測試周轉時間。歡迎點閱技術白皮書獲得更多詳細資訊。