隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車電子電氣架構(gòu)正在從傳統(tǒng)的分布式向多域融合的集中式轉(zhuǎn)變。同時(shí)，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的大規(guī)模部署，正有力推動(dòng)著汽車行業(yè)向更高等級(jí)的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)。這些革新技術(shù)反過(guò)來(lái)又加速了汽車從以硬件為中心的模式，向軟件定義汽車(SDV)模式的轉(zhuǎn)變。而所有這些變革都在推動(dòng)著業(yè)內(nèi)對(duì)SoC需求的增加，以支持更高的計(jì)算需求。除了SoC之外，構(gòu)建一個(gè)可靠且開放的開發(fā)環(huán)境也是塑造未來(lái)汽車并助力其持續(xù)演進(jìn)的必要條件。

Roopesh Panthalath

Senior Staff Product Engineer

瑞薩通過(guò)第五代(Gen5)R-Car SoCs擴(kuò)充其可擴(kuò)展的SoC產(chǎn)品組合，為瑞薩的開放式SDV環(huán)境引入了采用尖端Chiplet(小芯片封裝)技術(shù)和工藝節(jié)點(diǎn)的全新解決方案。R-Car Gen5 SoC專為集中式計(jì)算和跨域架構(gòu)、軟件定義汽車以及高度自主駕駛而設(shè)計(jì)。這一廣泛可擴(kuò)展的產(chǎn)品組合能夠?yàn)槿腴T級(jí)大眾市場(chǎng)到高端市場(chǎng)的各級(jí)別車輛帶來(lái)解決方案。同時(shí)，SDV環(huán)境利用通用架構(gòu)實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備和跨代際軟件的復(fù)用與移植，為不斷演進(jìn)的汽車行業(yè)構(gòu)建了一個(gè)可持續(xù)且高效的開發(fā)路徑。R-Car Gen5 SoC的核心價(jià)值在于其高可擴(kuò)展性、高靈活性、高能效，以及對(duì)混合關(guān)鍵性能的支持。

面向集中式架構(gòu)的可擴(kuò)展高性能平臺(tái)

全新R-Car X5H作為業(yè)界首款3nm車規(guī)級(jí)跨域SoC，是一個(gè)開放、創(chuàng)新且專注于汽車領(lǐng)域的高性能計(jì)算平臺(tái)。其單片式設(shè)計(jì)所展現(xiàn)出的高性能，可通過(guò)采用創(chuàng)新的計(jì)算和互聯(lián)技術(shù)，借助AI與圖形Chiplet的擴(kuò)展進(jìn)一步提升。

R-Car X5H的關(guān)鍵特性包括：

- 32個(gè)Arm Cortex-A720AE內(nèi)核，帶來(lái)最高可達(dá)1000kDMIPS的性能，滿足高階計(jì)算應(yīng)用需求;

- 6個(gè)Arm Cortex-R52雙鎖步CPU內(nèi)核，用于實(shí)時(shí)處理，提供超過(guò)60K DMIPS的性能，并支持ASIL D標(biāo)準(zhǔn);

- AI處理能力高達(dá)400 TOPS1，采用優(yōu)化的NPU和DSP實(shí)現(xiàn)，效率更高;

- 圖形性能等效值高達(dá)4 TFLOPS2，并支持GPU上的硬件虛擬化;

- 支持多個(gè)4K媒體及多個(gè)百萬(wàn)像素?cái)z像頭和多顯示器，用于高端ADAS/IVI的視頻與視覺(jué)處理。

圖1：R-Car X5H SoC的功能

靈活的模塊化架構(gòu)滿足OEM處理需求

在集中式架構(gòu)中，域集成的程度各不相同。在入門級(jí)市場(chǎng)，我們看到ADAS、IVI和網(wǎng)關(guān)完全融合在單個(gè)SoC上，以降低成本;而在中高端產(chǎn)品中，結(jié)合某些特定域的組合更為常見。無(wú)論是完全融合還是針對(duì)特定域的計(jì)算，R-Car X5H都能滿足所有應(yīng)用的配置需求。使用標(biāo)準(zhǔn)的芯片間互聯(lián)接口，可根據(jù)應(yīng)用需求通過(guò)Chiplet擴(kuò)展來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)AI與圖形性能。Chiplet封裝方法能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)的高性能擴(kuò)展。使用R-Car X5H的融合應(yīng)用也得到了瑞薩RoX SDV平臺(tái)的支持，該平臺(tái)預(yù)集成ADAS、座艙和網(wǎng)關(guān)解決方案堆棧(包括商用和開源軟件)，隨時(shí)可供使用。

圖2：通過(guò)NPU和GPU Chiplet擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)靈活計(jì)算

在高端或豪華汽車領(lǐng)域，為滿足極高的計(jì)算需求，特別針對(duì)ADAS采用了多域?qū)Ｓ玫能囕d計(jì)算機(jī)架構(gòu)。利用芯片間互聯(lián)技術(shù)，R-Car X5H的核心AI功能可以在多裸片封裝中通過(guò)AI Chiplet進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)擴(kuò)展。結(jié)合瑞薩的AI Gigafactory概念來(lái)開發(fā)AI解決方案，包括AI工具鏈、網(wǎng)絡(luò)/模型支持和云原生支持等資源，客戶可以獲得一個(gè)滿足其所有自主駕駛需求的端到端平臺(tái)。

圖3：R-Car X5H的不同計(jì)算配置

R-Car X5H采用全新的UCIe接口標(biāo)準(zhǔn)確保芯片間互聯(lián)的規(guī)范化和統(tǒng)一，有助于在多裸片系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)互操作性，并可根據(jù)OEM的需求靈活地進(jìn)行組合搭配，提升了集成定制加速器的能力。通過(guò)Chiplet的方法可實(shí)現(xiàn)開放式架構(gòu)，同時(shí)以更低的成本獲得更高的性能擴(kuò)展。更值得一提的是，所有這些擴(kuò)展均符合車輛功能安全與網(wǎng)絡(luò)安全要求。

前沿技術(shù)實(shí)現(xiàn)極佳能效

將多個(gè)域的功能集成到單個(gè)模塊中所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是熱管理或電源管理。R-Car X5H采用最新的高能效3nm制程技術(shù)。選擇這一技術(shù)節(jié)點(diǎn)，主要是為了提高性能和能效。與5nm的前一代制程相比，新制程的特定工作負(fù)載性能提升了30%-35%。這使得R-Car X5H能夠以同類最佳的能效(TOPS/W)支持高性能計(jì)算(例如360°感知的AI處理)，并實(shí)現(xiàn)更低的整體功耗。R-Car X5H還集成了系統(tǒng)控制處理器(SCP)，支持不同的低功耗模式，適用于泊車、遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用。

用于多域集成的安全隔離

功能安全(FuSa)對(duì)于多域SDV架構(gòu)至關(guān)重要。在將混合關(guān)鍵性應(yīng)用集成到單個(gè)SoC上時(shí)，功能安全要求嚴(yán)格的域隔離或免干擾(FFI)技術(shù)以防止級(jí)聯(lián)故障。目前市場(chǎng)上大多數(shù)解決方案都通過(guò)軟件(如Hypervisor、帶有安全操作系統(tǒng)的安全島等)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。然而，相較于分布式架構(gòu)中固有的硬件級(jí)隔離方案，這些基于軟件的方法在穩(wěn)健性方面仍有不足。基于硬件的FFI解決方案更能為單個(gè)芯片上的多域集成提供嚴(yán)格的隔離。瑞薩長(zhǎng)期致力于打造符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，并將安全和保障融入企業(yè)基因。與市場(chǎng)上其它解決方案相比，R-Car Gen5 SoC采用瑞薩獨(dú)特且經(jīng)行業(yè)驗(yàn)證的硬件FFI解決方案，能夠在單個(gè)芯片上為混合關(guān)鍵性多域集成達(dá)到最佳的隔離效果。該解決方案利用域ID、內(nèi)存保護(hù)和高級(jí)QoS等功能，在外設(shè)級(jí)、內(nèi)存級(jí)和帶寬等多個(gè)層級(jí)實(shí)現(xiàn)隔離。

瑞薩開放式接入(RoX)開發(fā)平臺(tái)

R-Car X5H以及未來(lái)所有R-Car Gen5 SoC都旨在促進(jìn)和加速SDV的研發(fā)。R-Car Gen5由R-Car開放式接入(RoX)SDV平臺(tái)提供支持。RoX平臺(tái)集成了車輛工程師面向下一代汽車開發(fā)所需的所有關(guān)鍵硬件、軟件(操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用)及工具，并可獲得安全、持續(xù)的軟件更新。RoX為OEM和一級(jí)供應(yīng)商帶來(lái)了更高的靈活性，使他們能夠使用虛擬平臺(tái)或在硬件上為ADAS、IVI、網(wǎng)關(guān)和融合系統(tǒng)開發(fā)、實(shí)施各種可擴(kuò)展的計(jì)算解決方案，并可借助集成的云支持進(jìn)行無(wú)縫部署。

圖5：RoX開發(fā)平臺(tái)

瑞薩正在借助R-Car Gen5 SoC產(chǎn)品家族重塑客戶體驗(yàn)并引領(lǐng)SDV架構(gòu)的未來(lái)發(fā)展。從芯片的原生高性能，到通過(guò)Chiplet技術(shù)實(shí)現(xiàn)的卓越可擴(kuò)展性，再到在Arm上統(tǒng)一MCU和SoC架構(gòu)，瑞薩帶來(lái)的可擴(kuò)展性在市場(chǎng)上無(wú)出其右。R-Car Gen5 SoC涵蓋所有應(yīng)用，包括但不限于ADAS、IVI、網(wǎng)關(guān)和控制，并支持跨域中央/區(qū)域架構(gòu)，充分滿足了客戶平臺(tái)需求的廣度和深度。憑借創(chuàng)新的3nm車規(guī)級(jí)制程技術(shù)、Chiplet架構(gòu)和硬件級(jí)FFI解決方案，R-Car Gen5 SoC站在了技術(shù)前沿，能夠構(gòu)建具有極佳能效且高性價(jià)比的解決方案，加速產(chǎn)品上市。功能安全作為所有創(chuàng)新的強(qiáng)大后盾，深植于瑞薩汽車產(chǎn)品的DNA中。

1：Sparse TOPS

2：Equivalent TFLOPS based on data from Manhattan 3.1 benchmarking

稀疏TOPS

基于Manhattan 3.1基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)的等效TFLOPS