【導讀】汽車行業是半導體推動交通工具全面發展的典型例證，在新的商業模式、環境法規以及以軟件定義的自動車輛發展趨勢下，汽車半導體正在經歷多重變革。對全自動和半自動系統的需求在很大程度上影響了系統級驗證和測試的方法及流程。為了充分測試整體狀態空間，原始設備制造商需要在產品生命周期的所有階段進行仿真虛擬化，其中側重對車輛、系統和周圍環境的虛擬形式進行測試。而這樣的虛擬形式通常被稱作“數字孿生”。
汽車行業是半導體推動交通工具全面發展的典型例證，在新的商業模式、環境法規以及以軟件定義的自動車輛發展趨勢下，汽車半導體正在經歷多重變革。
對全自動和半自動系統的需求在很大程度上影響了系統級驗證和測試的方法及流程。為了充分測試整體狀態空間，原始設備制造商需要在產品生命周期的所有階段進行仿真虛擬化，其中側重對車輛、系統和周圍環境的虛擬形式進行測試。而這樣的虛擬形式通常被稱作“數字孿生”。
相關從業者和供應商對“數字孿生” 的真正定義不盡相同。作為數字孿生的踐行者和推動者，西門子認為一個產品只存在一個動態數字孿生，該數字孿生映射產品在全開發生命周期內所涉及的眾多設計階段和物理行為。
數字孿生的特點包括：
●物理產品的高精度虛擬呈現
●仿真模型要在整個生命周期中運行，用以模擬、預測和優化產品
●仿真模型要在開發生命周期中采用多種形式表現
●仿真模型要在產品生命周期中不斷發展，并加以管理
●要能實現生命周期閉環，以滿足物理世界和虛擬世界之間的雙向連接和反饋
圖 1 - 現代數字孿生運行的各個階段
半導體供應商的數字孿生
對于半導體行業來說，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境中進行設計與驗證，目前行業的最佳實踐已經基本實現了數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 —— 半導體行業的虛擬設計與驗證與真正的現代數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進程和行動。
數字孿生需要對系統進行虛擬建模，并將虛擬世界和物理世界相互連接。這種觀念的轉變為半導體供應商帶來的影響包括：
1. 模型創建和交付
能否在虛擬環境中成功設計并驗證車輛，取決于現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，而這些模型的創建和交付正迅速成為半導體供應商的新服務內容。
2. 更緊密的驗證技術耦合
公司在經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生命周期內協同工作。
3. 自動化的現實世界數據反饋
目前，在集成電路接口自動捕獲和反饋現實世界的數據并不常見。系統芯片的復雜性、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空間極具挑戰性。因此，在現實世界中捕獲的數據非常有必要反饋到開發生命周期中。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. 在數字主線中建立可追溯性
可追溯性是數字主線的核心要素，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據的內部可追溯性；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，現有流程其實正在產生大量開銷。目前的工藝流程尚未能同時達到內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，向現代數字孿生模式遷移將助應對未來挑戰。然而通往現代數字孿生的旅程并不可一蹴而就。企業可以通過少量的增量投資，與具有豐富經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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