Cuatro tecnologías clave anunciadas en ISSCC 2023 permitirán alto rendimiento, bajo consumo, rápida puesta en marcha y seguridad.
Renesas Electronics Corporation, uno de los principales proveedores de soluciones avanzadas de semiconductores, ha anunciado que ha desarrollado cuatro tecnologías de dispositivos de sistema en chip (SoC) para pasarelas de comunicación en vehículos. Se espera que estos SoC desempeñen un papel crucial en la definición de la arquitectura eléctrica/electrónica (E/E) de próxima generación en los sistemas de automoción.
Los SoC para pasarelas de automoción deben ofrecer tanto un alto rendimiento para implantar nuevas aplicaciones, como servicios en la nube, como un bajo consumo de energía cuando no estén en uso. También tienen que ofrecer una rápida respuesta CAN para soportar un arranque instantáneo. Además, estos SoC tienen que proporcionar una tecnología de comunicación de bajo consumo que permita funciones de red como pasarela utilizando energía limitada y tecnología de seguridad para permitir una comunicación segura fuera del vehículo. Para cumplir estos requisitos, Renesas ha desarrollado una arquitectura que cambia dinámicamente la temporización de funcionamiento del circuito para adaptarse a las condiciones del vehículo con un rendimiento y un consumo de energía optimizados, una tecnología de arranque rápido mediante la partición y alimentación sólo de los programas esenciales, un acelerador de red que alcanza una eficiencia energética de 10 gigabits por segundo/vatio (Gbps/W), y una tecnología de seguridad que evita las interferencias en la comunicación reconociendo y protegiendo la comunicación vital dentro del vehículo relacionada con el control del mismo.
Renesas anunció estos logros en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido 2023 (ISSCC 2023), del 19 al 23 de febrero en San Francisco, California.
Los detalles de las nuevas tecnologías incluyen:
1. Arquitectura que optimiza el rendimiento de procesamiento y el consumo energético en función de las condiciones del vehículo
Los SoC de pasarela de comunicaciones deben ofrecer un rendimiento de procesamiento superior a 30.000 millones de instrucciones por segundo (DMIPS) cuando están en funcionamiento y, al mismo tiempo, mantener el consumo de energía en modo de espera en 2 mW o menos para conservar la duración de la batería. Normalmente, los SoC de alto rendimiento también tienen un alto consumo de energía en modo de espera, mientras que los SoC de bajo consumo con un pequeño consumo de energía en espera tienen problemas de rendimiento. Para resolver este problema, Renesas ha combinado en un solo chip un sistema de aplicación de alto rendimiento y un sistema de control optimizado para un consumo ultrabajo en modo de espera. La nueva arquitectura controla las fuentes de alimentación de estos dos subsistemas y modifica los tiempos de funcionamiento de los circuitos para lograr un equilibrio óptimo entre rendimiento y eficiencia energética. El resultado es un mayor rendimiento durante el funcionamiento y un menor consumo en modo de espera.
2. Tecnología de arranque rápido con memoria flash externa que alcanza la misma velocidad que la memoria flash integrada
Dado que los SoC de pasarela de comunicaciones gestionan el procesamiento de funciones críticas relacionadas con el control del vehículo, deben ser capaces de responder a CAN en menos de 50 milisegundos (mseg.) desde el arranque. Sin embargo, si el SoC utiliza un proceso que no admite memoria flash integrada, el programa de arranque debe cifrarse y almacenarse en una memoria flash externa. Esto significa que se tarda un tiempo adicional en cargar los datos del programa y descifrarlos. Para resolver este problema, Renesas ha desarrollado una tecnología que divide el programa en secciones y carga y descifra inicialmente sólo una parte esencial para el arranque, mientras continúa cargando el resto del programa en paralelo. Esto permite una respuesta rápida al CAN (50 ms o menos), incluso cuando se utiliza una memoria flash externa.
3. Acelerador de red altamente eficiente con una eficacia de comunicación de 10 Gbps/W
Para permitir la refrigeración por aire y la disipación del calor de las unidades de control electrónico (ECU), los SoC de pasarela de comunicaciones deben mantener el consumo de energía en 7 vatios o menos. Dado que un rendimiento de procesamiento informático de 30.000 DMIPS o superior requiere aproximadamente 6 vatios de potencia, sólo puede utilizarse alrededor de 1 vatio para el procesamiento de red. Esto supone un reto, ya que la comunicación total de 10 Gbps debe lograrse utilizando 1 vatio de potencia, con una eficiencia de procesamiento de sólo unos 3 Gbps/W cuando la procesa la CPU. Para solucionar este problema, Renesas descargó el procesamiento de la CPU a un acelerador de red personalizado, consiguiendo una mayor eficiencia de 9,4 Gbps/W. Además, Renesas aumentó la eficiencia a 11,5 Gbps/W cambiando el método de enrutamiento de una TCAM convencional a una tabla hash en SRAM.
4. Tecnología de seguridad para evitar interferencias en las comunicaciones que requieren alta fiabilidad
Un SoC de pasarela de comunicaciones realiza un conjunto mixto de tareas, como el procesamiento de datos relacionados con el control del vehículo, que requiere un alto nivel de fiabilidad, y grandes cantidades de comunicación de datos aleatorios con servicios en la nube y otros. Dado que el control del vehículo es esencial para garantizar la seguridad, es importante proteger y separar los datos de misión crítica. Sin embargo, a pesar de las diferencias en los tipos de datos, todos ellos se transmiten a través de la misma red en el vehículo, lo que provoca intersecciones físicas y plantea problemas de seguridad. Para hacer frente a este reto, Renesas ha desarrollado una tecnología de seguridad que analiza los paquetes que llegan al SoC. Determina si contienen o no datos esenciales y los asigna a distintas vías y funciones de control dentro del acelerador de red. De este modo se evitan interferencias con los datos que requieren alta fiabilidad y se protege la comunicación de datos en el vehículo frente a diversas amenazas a la seguridad.
Estas cuatro tecnologías se han incorporado al SoC de pasarela de comunicaciones para vehículos R-Car S4 de Renesas. Con el último R-Car S4, los desarrolladores pueden acelerar los avances en arquitecturas E/E, implementar una conexión segura con servicios en la nube y garantizar un control seguro y fiable del vehículo al mismo tiempo.
(Renesas Electronics Corporation)
