Quattro tecnologie chiave annunciate all’ISSCC 2023 consentiranno prestazioni elevate, basso consumo energetico, avvio rapido e grande sicurezza.
Renesas Electronics ha annunciato di aver sviluppato quattro tecnologie per dispositivi system-on-chip (SoC) per gateway di comunicazione per impiego automotive. Questi SoC svolgeranno un ruolo cruciale nella definizione dell’architettura elettrica/elettronica (E/E) di prossima generazione nei sistemi automobilistici.
I SoC per i gateway automobilistici devono fornire sia prestazioni elevate per implementare nuove applicazioni come i servizi cloud, sia un basso consumo energetico quando non sono in uso. Devono inoltre fornire una risposta CAN rapida per supportare l’avvio istantaneo. Inoltre, questi dispositivi devono fornire una tecnologia di comunicazione ad alta efficienza energetica che consenta l’impiego come gateway utilizzando una tecnologia di sicurezza e potenza limitata per consentire comunicazioni sicure all’esterno del veicolo. Per soddisfare questi requisiti, Renesas ha sviluppato un’architettura che modifica dinamicamente i tempi di funzionamento del circuito per adattarsi alle condizioni del veicolo con prestazioni e consumo di energia ottimizzati; una tecnologia di avviamento rapido grazie alla partizione e all’alimentazione dei soli programmi essenziali; un acceleratore di rete che raggiunge un’efficienza energetica di 10 gigabit al secondo/watt (Gbps/W).
Queste tecnologie sono stata presentate da Renesas alla recente International Solid-State Circuits Conference 2023 (ISSCC 2023) che si è svolta dal 19 al 23 febbraio a San Francisco, in California.
Di seguito, i dettagli delle nuove tecnologie:
- Architettura che ottimizza le prestazioni di elaborazione e il consumo energetico in base alle condizioni del veicolo
I SoC per gateway di comunicazione devono fornire prestazioni di elaborazione superiori a 30.000 Dhrystone (milioni di istruzioni al secondo, DMIPS) durante il funzionamento, mantenendo al contempo il consumo energetico in standby a 2 mW o meno per salvaguardare la durata della batteria. In genere, i SoC ad alte prestazioni hanno anche un elevato consumo energetico in modalità standby, mentre i SoC con un basso consumo energetico in standby presentano problemi di prestazioni. Per ottenere il migliore compromesso, Renesas ha combinato in un singolo chip un sistema applicativo ad alte prestazioni e un sistema di controllo ottimizzato per un consumo energetico in standby particolarmente contenuto. La nuova architettura controlla gli alimentatori di questi due sottosistemi e modifica i tempi di funzionamento del circuito per ottenere un equilibrio ottimale tra prestazioni ed efficienza energetica.
- Tecnologia di avvio rapido con memoria flash esterna che raggiunge la stessa velocità elevata della memoria flash embedded
I SoC dei gateway di comunicazione che gestiscono l’elaborazione delle funzioni critiche relative al controllo del veicolo devono essere in grado di rispondere ai comandi CAN entro 50 millisecondi (msec.) dall’avvio. Tuttavia, se il SoC utilizza un processo che non supporta una memoria flash integrata, il programma di avvio deve essere crittografato e archiviato in una memoria flash esterna. Ciò significa che è necessario più tempo per caricare i dati del programma e decrittografarli. Per risolvere questo problema, Renesas ha sviluppato una tecnologia che suddivide il programma in sezioni e inizialmente carica e decodifica solo una parte essenziale per l’avvio, continuando a caricare il resto del programma in parallelo. Ciò consente una risposta rapida CAN (50 ms o meno), anche quando si utilizza una memoria flash esterna.
- Acceleratore di rete con elevata efficienza energetica di comunicazione, fino a 10 Gbps/W
Per consentire una corretta dissipazione del calore nelle unità di controllo elettroniche (ECU), i SoC del gateway di comunicazione devono mantenere il consumo energetico uguale o inferiore a 7 watt. Poiché le prestazioni di elaborazione di 30.000 DMIPS o superiori richiedono circa 6 watt di potenza, resta meno di un watt per l’elaborazione di rete. Ciò rappresenta una sfida in quanto la comunicazione totale di 10 Gbps con può essere raggiunte con l’efficienza di elaborazione della CPU che ammonta a circa Gbps/W. Per ovviare a questo problema, Renesas ha trasferito l’elaborazione dalla CPU a un acceleratore di rete personalizzato, ottenendo una maggiore efficienza, pari a circa 9,4 Gbps/W. Inoltre, Renesas ha aumentato l’efficienza a 11,5 Gbps/W cambiando il metodo di routing da un approccio TCAM convenzionale a una tabella hash in SRAM.
- Tecnologia di sicurezza per prevenire interferenze con le comunicazioni che richiedono un’elevata affidabilità
Un gateway di comunicazione SoC esegue numerose attività che richiedono un elevato livello di affidabilità e grandi quantità di dati da inviare ai servizi cloud ed utilizzare in altre applicazioni. Poiché il controllo del veicolo è essenziale per garantire la sicurezza, è importante proteggere e separare i dati mission-critical dagli altri. Tuttavia, nonostante le differenze nei tipi di dati, tutti i dati vengono trasmessi attraverso la stessa rete all’interno del veicolo, portando a incroci fisici e sollevando problemi di sicurezza. Per affrontare questa sfida, Renesas ha sviluppato una tecnologia di sicurezza che analizza i pacchetti in arrivo al SoC. Determina se contengono o meno dati essenziali e li assegna a diversi percorsi e funzioni di controllo all’interno dell’acceleratore di rete.
Queste quattro tecnologie sono state incorporate nel SoC del gateway di comunicazione per veicoli R-Car S4 di Renesas dando la possibilità agli sviluppatori di accelerare i progressi nelle architetture E/E, implementare una connessione sicura con i servizi cloud e garantire allo stesso tempo un controllo del veicolo sicuro e affidabile.
