Bauelemente Multi-Domain-SoC in 3-nm-Prozesstechnologie für ADAS-, IVI- und Gateway-Applikationen

Renesas Electronics hat auf der electronica 2024 den R-Car X5H SoC vorgestellt. Der erste Baustein der neuen R-Car X5-Serie basiert auf der 3-Nanometer-Prozesstechnologie und integriert mehrerer Automotive-Applikationen, wie ADAS, In-Vehicle Infotainment und Gateway-Anwendungen auf einem Chip.

Der neue R-Car X5H wurde für die wachsende Komplexität in der Entwicklung von Software-Defined-Vehicles entwickelt. Diese geht einher mit der Optimierung von Rechenleistung, Leistungsaufnahme, Kosten sowie Hardware- und Software-Integration – bei gleichzeitiger Gewährleistung der Fahrzeugsicherheit. Durch die enge Verknüpfung von Anwendungsverarbeitung, Echtzeitverarbeitung, GPU- und KI-Rechenleistung, großen Displays und Sensoranbindung auf einem einzelnen Chip sollen der neue Baustein und die zukünftige, dazugehörige Produktfamilie Anwendungen für automatisiertes Fahren, IVI und Gateway erheblich vorantreiben.

Die neue Produktfamilie erreicht eine KI-Beschleunigung von bis zu 400 TOPS sowie eine GPU-Leistung von bis zu 4 TFLOPS. Sie umfasst insgesamt 32 Arm Cortex-A720AE-CPU-Kerne für die Anwendungsverarbeitung. Diese liefern eine Leistung von über 1.000.000 DMIPS. Sechs Arm Cortex-R52 Dual-Lockstep-CPU-Kerne erzielen eine Leistung von über 60.000 DMIPS und unterstützen ASIL-D-Funktionen ohne externe MCUs. Die neue SoC-Serie wird in einem Prozessknoten von TSMC gefertigt. Sie erreicht eine erstklassige CPU-Leistung und senkt die Leistungsaufnahme um 30 bis 35 Prozent im Vergleich zu Bausteinen, die für einen 5-nm-Prozessknoten entwickelt wurden. Das sorgt für weniger Gesamtsystemkosten, weil keine zusätzlichen Kühllösungen erforderlich sind.

Höhere Rechenleistung durch Chiplet-Erweiterungen

Renesas bietet die Möglichkeit, die Rechenleistung durch Chiplet-Erweiterungen zu steigern. Durch die Kombination einer 400-TOPS-On-Chip-NPU mit einer externen NPU über eine Chiplet-Erweiterung lässt sich die KI-Verarbeitungsleistung beispielsweise um das Drei- bis Vierfache erhöhen. Der R-Car X5H nutzt die standardmäßige Die-to-Die-Verbindung Universal Chiplet Interconnect Express (UCle) und APIs für eine nahtlose Chiplet-Integration. Das sorgt für ein bessere Interoperabilität mit anderen Komponenten in einem Multi-Die-System, selbst wenn keine Chips des japanischen Halbleiterherstellers sind. Durch diesen Designansatz lassen sich verschiedene Funktionen kombinieren und Systeme individuell gestalten, einschließlich der Option für zukünftige Upgrades in verschiedenen Fahrzeugplattformen.

Sicherheitsfunktionen Hardware-basiert isolieren

Während auf dem Weg zum elektrischen, automatisierten, vernetzten und Software-definierten Fahrzeug (Software-defined Vehicle, SDV) immer mehr Leistung und Funktionen notwendig werden, bleibt die funktionale Sicherheit oberste Priorität. Im Gegensatz zu anderen SoCs, die auf Software-basierte Isolierung setzen, bietet das R-Car X5H SoC auch Hardware-basierte Freedom-from-Interference-Technologie (FFI). Diese Hardware-Implementierung trennt sicherheitskritische Funktionen, wie Brake-by-Wire, von unkritischen Funktionen. Als sicherheitskritisch eingestufte Funktionen lassen sich eigenen redundanten Domänen zuweisen, die jeweils über einen eigenen unabhängigen CPU-Kern, Speicher und eigene Schnittstellen verfügen. Das vermeidet potenziell schwerwiegende Fahrzeugstörungen im Falle eines Hardware- oder Software-Fehlers in einer anderen Domäne. Der R-Car X5H verfügt außerdem über ein QoS-Management, das die Prioritäten der Rechenlast bestimmt und die notwendigen Verarbeitungsressourcen in Echtzeit zuweist.

Skalierbarkeit

Das SoC unterstützt diverse Prozessor-Anforderungen – von zonalen Steuergeräten bis hin zu zentralen High-End-Rechnern, die in Einstiegsmodellen bis hin zu Premiumfahrzeugen zum Einsatz kommen können. Die neue, einheitliche Hardware-Architektur auf Basis von Arm-CPU-Kernen sorgt dafür, dass sich mit R-Car Gen 5 dieselbe Software und dieselben Tools aus der Palette der Renesas 64-Bit-SoCs und den zukünftigen Automotive-Produkten im 32-Bit-MCU-Bereich wiederverwenden lassen. Als Teil der R-Car-Familie ergänzt das Unternehmen sein Portfolio für Fahrzeugsteuerungen um eine neue R-Car-MCU-Serie, die ebenfalls von Arm unterstützt wird. Renesas plant die Einführung dieser neuen 32-Bit-MCU-Serie mit verbesserter Sicherheit für Karosserie- und Fahrwerksanwendungen im ersten Quartal 2025.

Plattform R-Car Open Access für SDV-Entwicklung

Der neue Baustein und alle zukünftigen Produktfamilienmitglieder sind darauf ausgelegt, die Entwicklung des Software-definierten Fahrzeugs zu beschleunigen. Dazu werden Hardware und Software auf einer umfassenden Entwicklungsplattform integriert. Die neu eingeführte SDV-Plattform R-Car Open Access (RoX) stellt Hardware, Betriebssysteme, Software und Tools bereit, die für eine zügige Fahrzeugentwicklung mit funktional sicheren und kontinuierlichen Software-Updates benötigen. Mit RoX lassen sich diverse, skalierbare Rechenlösungen virtuell entwickeln. Das umfasst ADAS-, IVI-, Gateway- und domänenübergreifende Integrationssysteme sowie Body-Control-, Domänen- und Zonensteuerungssysteme.

Produktionsstart

Muster des R-Car X5H werden im ersten Halbjahr 2025 an ausgewählte Kunden ausgeliefert. Der Halbleiterhersteller will im zweiten Halbjahr 2027 mit der Serienproduktion starten.  (se)

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