【導讀】汽車行業(yè)是半導體推動交通工具全面發(fā)展的典型例證，在新的商業(yè)模式、環(huán)境法規(guī)以及以軟件定義的自動車輛發(fā)展趨勢下，汽車半導體正在經(jīng)歷多重變革。對全自動和半自動系統(tǒng)的需求在很大程度上影響了系統(tǒng)級驗證和測試的方法及流程。為了充分測試整體狀態(tài)空間，原始設備制造商需要在產(chǎn)品生命周期的所有階段進行仿真虛擬化，其中側(cè)重對車輛、系統(tǒng)和周圍環(huán)境的虛擬形式進行測試。而這樣的虛擬形式通常被稱作“數(shù)字孿生”。
汽車行業(yè)是半導體推動交通工具全面發(fā)展的典型例證，在新的商業(yè)模式、環(huán)境法規(guī)以及以軟件定義的自動車輛發(fā)展趨勢下，汽車半導體正在經(jīng)歷多重變革。
對全自動和半自動系統(tǒng)的需求在很大程度上影響了系統(tǒng)級驗證和測試的方法及流程。為了充分測試整體狀態(tài)空間，原始設備制造商需要在產(chǎn)品生命周期的所有階段進行仿真虛擬化，其中側(cè)重對車輛、系統(tǒng)和周圍環(huán)境的虛擬形式進行測試。而這樣的虛擬形式通常被稱作“數(shù)字孿生”。
相關從業(yè)者和供應商對“數(shù)字孿生” 的真正定義不盡相同。作為數(shù)字孿生的踐行者和推動者，西門子認為一個產(chǎn)品只存在一個動態(tài)數(shù)字孿生，該數(shù)字孿生映射產(chǎn)品在全開發(fā)生命周期內(nèi)所涉及的眾多設計階段和物理行為。
數(shù)字孿生的特點包括：
●物理產(chǎn)品的高精度虛擬呈現(xiàn)
●仿真模型要在整個生命周期中運行，用以模擬、預測和優(yōu)化產(chǎn)品
●仿真模型要在開發(fā)生命周期中采用多種形式表現(xiàn)
●仿真模型要在產(chǎn)品生命周期中不斷發(fā)展，并加以管理
●要能實現(xiàn)生命周期閉環(huán)，以滿足物理世界和虛擬世界之間的雙向連接和反饋
圖 1 - 現(xiàn)代數(shù)字孿生運行的各個階段
半導體供應商的數(shù)字孿生
對于半導體行業(yè)來說，半導體公司因復雜性以及過高的失敗成本（如硅錯誤導致多次流片），一直以來都嘗試在虛擬環(huán)境中進行設計與驗證，目前行業(yè)的最佳實踐已經(jīng)基本實現(xiàn)了數(shù)字孿生核心原則的各個方面；但同時也向半導體公司提出挑戰(zhàn) —— 半導體行業(yè)的虛擬設計與驗證與真正的現(xiàn)代數(shù)字孿生其實存在根本性差距，這迫使半導體供應商需要重新評估自身的開發(fā)進程和行動。
數(shù)字孿生需要對系統(tǒng)進行虛擬建模，并將虛擬世界和物理世界相互連接。這種觀念的轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽w供應商帶來的影響包括：
1. 模型創(chuàng)建和交付
能否在虛擬環(huán)境中成功設計并驗證車輛，取決于現(xiàn)有設計模型的準確性。由于汽車制造商無法對復雜半導體功能進行精確建模，其對集成電路精確模型的需求就隨之增加，而這些模型的創(chuàng)建和交付正迅速成為半導體供應商的新服務內(nèi)容。
2. 更緊密的驗證技術(shù)耦合
公司在經(jīng)營中總是力求快速和準確，而這兩者又往往被視為對立關系。在如今的驗證技術(shù)支持下，原始設備制造商（OEM）和半導體供應商其實可以在各自的開發(fā)生命周期內(nèi)協(xié)同工作。
3. 自動化的現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)反饋
目前，在集成電路接口自動捕獲和反饋現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)并不常見。系統(tǒng)芯片的復雜性、可配置性以及向軟件定義平臺的遷移，使得測試所有應用的完整狀態(tài)空間極具挑戰(zhàn)性。因此，在現(xiàn)實世界中捕獲的數(shù)據(jù)非常有必要反饋到開發(fā)生命周期中。這一功能既適用于反應性場景，也適用于預測性場景。
圖 2 - 從物理世界到虛擬世界的反饋回路
4. 在數(shù)字主線中建立可追溯性
可追溯性是數(shù)字主線的核心要素，從根本上說，半導體供應商必須考慮兩種類型的可追溯性：包括跨生命周期活動和在每個生命周期階段生成數(shù)據(jù)的內(nèi)部可追溯性；以及供應商和集成商之間的外部可追溯性。
到目前為止，一些老牌汽車供應商已經(jīng)通過人工流程和/或自建基礎設施來管理可追溯性。另一方面，剛涉足汽車和安全關鍵流程的公司可能尚未被要求展示過往項目的可追溯性。事實上，西門子已與半導體供應商合作進行生命周期分析，從這些合作中已收集到的信息表明，現(xiàn)有流程其實正在產(chǎn)生大量開銷。目前的工藝流程尚未能同時達到內(nèi)部和外部可追溯性的要求。
圖 3 - 從需求階段到實施和驗證階段的可追溯性
傳統(tǒng)供應鏈模式正在被顛覆，影響著半導體供應商的芯片制造和交付，向現(xiàn)代數(shù)字孿生模式遷移將助應對未來挑戰(zhàn)。然而通往現(xiàn)代數(shù)字孿生的旅程并不可一蹴而就。企業(yè)可以通過少量的增量投資，與具有豐富經(jīng)驗和全面解決方案的合作伙伴合作，在以電子設備為中心的未來汽車道路上取得成功。
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