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モデルベース開発向けに車載半導体の動作検証時間を約10分の1に短縮できるシミュレーション技術を開発

2021年9月21日

東芝デバイス&ストレージ株式会社

当社は、モデルベース開発(Model Based Development: MBD)向けに車載半導体の動作検証時間を当社従来技術に比べて約10分の1注1に短縮できるシミュレーション技術を開発しました。今回開発したシミュレーション技術により、当社半導体を用いた機器の動作を迅速に評価可能となり、車載機器の開発および設計時間の短縮に貢献します。

近年、電動自動車や安全運転支援システムの普及などを背景に、車載機器の高度化や複雑化が進んでおり、それに伴い、車載機器の開発コストや開発時間も増大しています。モデルベース開発は、ソフトウェアを用いて仮想環境上で現実と同様のモデルを作成し、そのモデルに対してシミュレーションを行う開発手法です。ハードウェアを試作する前から、開発と検証を同時進行できるため、効率的な開発に貢献する手法として自動車業界を中心に導入が進んでいます。

モデルベース開発では、機能をブロックに分け、そのブロックを繋いでいくことで全体の機能や性能を検証しますが、車載機器で重要視される熱やEMI注2ノイズなどの指標を検証するためには、各ブロックにおける半導体の動作も考慮した高精度なモデルが必要です。一方、実際の機器の動作を詳細に再現するほど、計算時間も増大してしまうという問題がありました。具体的には、電動パワーステアリングなどの車載機器は、シャフトやギアなどメカ機構とMOSFET注3などの半導体を使用した電気回路で構成されていますが、当社従来技術では、ミリ秒単位で動作するメカ機構とマイクロ秒単位で動作する半導体を同じ時間間隔でシミュレーションしていたため、メカ機構において無駄な計算が発生していました。また当社従来技術における半導体のモデルでは、特定の指標を検証する場合でも100種類以上のパラメーターを使って計算するSPICEモデル注4を使用していたため、計算が複雑になり、時間がかかっていました。

今回当社が開発したシミュレーション技術は、「Accu-ROM™ 」と呼ばれる技術が特長です。本技術では、メカ機構のみの動作を検証した後にメカ機構のモデルを簡素化し、その後半導体の動作を計算することで、動作速度の差から発生していたメカ機構における無駄な計算を大幅に削減しています。また、半導体の計算では、予め検証範囲を熱やEMIノイズなど検証する頻度が多い指標に限定したVHDL-AMSモデル注5をSPICEモデルから自動で生成し、シミュレーションに組み込むことで、SPICEモデルによる計算よりも時間を短縮しました。これらの特長を備えた「Accu-ROM™ 」技術により、当社従来技術では32時間51分かかっていた車載半導体の熱やEMIノイズのシミュレーションを3時間27分で完了させることに成功しました。注1

当社は今後、本技術を用いて、低ノイズで放熱性の高い車載半導体の開発を促進するとともに、当社製品の車載機器への搭載を容易にする開発環境を提供していきます。また、本技術を産業機器や家電など車載機器向け以外の用途にも展開します。

なお、本技術の詳細は、「東芝レビューVol.76 No.5(2021年9月)」で紹介されています。
「東芝レビューVol.76 No.5(2021年9月)」

注1 車載電動パワーステアリングシステムの三相インバーター回路における、6秒間かけ右折した場合のシミュレーション時間を比較。
注2 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor):金属酸化膜半導体電界効果トランジスター
注3 EMI:Electro Magnetic Interferenceの略。外部に電磁波や電場、磁場を発し、別の電子機器の動作に影響を与えること。
<2021年9月24日修正:注3の内容に誤りがあり、修正しました。>
注4 SPICEモデル:Simulation Program with Integrated Circuit Emphasisモデルの略。電子回路シミュレーターSPICE上で、電子部品や回路を表現するためのモデル言語のこと。MOSFETやダイオードなどの半導体素子の動作は、多数の半導体パラメーターによって記述されている。

注5 VHDL-AMSモデル:Very-High Speed IC Hardware Description Language-Analog and Mixed Signalモデルの略。電気や熱、メカニカルな動作などアナログ的な挙動と、マイコンなどデジタル的な挙動の双方を表すことができるモデル言語のこと。

今回開発した技術によるシミュレーション事例

今回開発した技術によるシミュレーション事例

<2021年9月24日追記:特集記事のリンクを追加しました。>
●特集記事「MBD(Model Based Development)向け車載用パワー半導体の高速・高精度な熱・ノイズシミュレーション技術

*Accu-ROM™ は、東芝デバイス&ストレージ株式会社の商標です。
*その他の社名・商品名・サービス名などは、それぞれ各社が商標として使用している場合があります。

 

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