瑞薩半導(dǎo)體R-CarGen5驅(qū)動SDV技術(shù)創(chuàng)新的新引擎
為了縮短產(chǎn)品上市時間,瑞薩現(xiàn)在為R-CarX5H提供了RoX白盒軟件開發(fā)工具包.該平臺基于Linux,Android以及XEN虛擬化技術(shù)構(gòu)建,同時也支持其他合作伙伴提供的操作系統(tǒng)和解決方案,包括AUTOSAR,EBcorbosLinux,QNX,RedHat以及SafeRTOS等.開發(fā)人員可以直接使用該工具包開始相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)工作,這些系統(tǒng)可以用于實現(xiàn)高級駕駛輔助功能,L3/L4級別的自動駕駛功能,智能駕駛艙系統(tǒng)以及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng).集成在其中的AI與高級駕駛輔助軟件能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)感知與傳感器信息融合,而生成式AI技術(shù)及大型語言模型則能為下一代智能駕駛艙系統(tǒng)提供高效的人機(jī)交互功能.該工具包匯集了來自以及等領(lǐng)先供應(yīng)商的生產(chǎn)級應(yīng)用軟件組件,從而支持現(xiàn)代汽車電子設(shè)備晶振軟件架構(gòu)的端到端開發(fā),顯著縮短產(chǎn)品上市時間. "自從去年推出了我們最先進(jìn)的R-Car產(chǎn)品以來,我們一直致力于開發(fā)能夠立即投入市場使用的解決方案.今年早些時候,我們就已經(jīng)向客戶提供了相關(guān)芯片樣品."瑞薩高性能計算業(yè)務(wù)部的高級副總裁兼總經(jīng)理VivekBhan說道."通過與原始設(shè)備制造商,一級供應(yīng)商以及合作伙伴的緊密合作,我們正在迅速推出一套完整的開發(fā)系統(tǒng),這套系統(tǒng)將為下一代軟件定義汽車提供支持.這些智能計算平臺能夠帶來更智能,更安全,連接性更強(qiáng)的駕駛體驗,并且完全能夠滿足未來人工智能在交通領(lǐng)域的發(fā)展需求.""將瑞薩的R-CarX5系列產(chǎn)品整合到我們的高性能計算產(chǎn)品體系中,是我們在現(xiàn)有合作基礎(chǔ)上順理成章的下一步發(fā)展.在2026年CES展上,我們非常期待能夠展示這一基于瑞薩X5H系統(tǒng)級芯片打造的強(qiáng)大解決方案,證明其在多個車輛應(yīng)用領(lǐng)域中的融合能力——尤其是那些用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的視頻處理功能."博世跨領(lǐng)域計算解決方案部門的高級副總裁克里斯蒂安·科普說道."像瑞薩電子的R-CarX5H這樣的創(chuàng)新型片上系統(tǒng)技術(shù),為ZF的軟件定義汽車戰(zhàn)略奠定了基礎(chǔ),"ZF電子與高級駕駛輔助系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)人克里斯蒂安·布倫內(nèi)克博士說道."將瑞薩的R-CarX5H與我們的高級駕駛輔助系統(tǒng)軟件解決方案相結(jié)合,使我們能夠提供具備高計算能力和可擴(kuò)展性的全棧高級駕駛輔助系統(tǒng)功能.該聯(lián)合平臺結(jié)合了雷達(dá)定位技術(shù)和高清地圖數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)精確的感知和定位能力,進(jìn)而確保高級駕駛輔助系統(tǒng)的高效運行.在2026年CES展上,我們將展示這一聯(lián)合開發(fā)的先進(jìn)高級駕駛輔助系統(tǒng)解決方案."

在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下,汽車行業(yè)正經(jīng)歷著一場深刻的變革,軟件定義汽車(SDV)的崛起成為了這一變革的核心驅(qū)動力.從傳統(tǒng)的以機(jī)械和硬件為主導(dǎo)的汽車制造模式,逐漸向軟件定義汽車的模式轉(zhuǎn)變,這一過程不僅是技術(shù)的革新,更是整個汽車產(chǎn)業(yè)價值鏈的重塑.過去,汽車的功能主要由硬件決定,電子控制單元(ECU)分散在車輛各處,每個ECU負(fù)責(zé)特定的功能,如發(fā)動機(jī)控制,剎車系統(tǒng),娛樂系統(tǒng)等.這種分布式的架構(gòu)雖然在一定時期內(nèi)滿足了汽車的基本需求,但隨著消費者對汽車智能化,網(wǎng)聯(lián)化,個性化的需求不斷增長,其局限性也日益凸顯.例如,傳統(tǒng)架構(gòu)下的汽車軟件更新困難,往往需要到專業(yè)的維修站點,通過復(fù)雜的流程才能完成,而且不同ECU之間的通信和協(xié)同效率較低,難以實現(xiàn)更高級的功能集成.

如今,電動化,自動駕駛,高階安全系統(tǒng)以及廣泛的移動設(shè)備應(yīng)用晶振網(wǎng)絡(luò)等全新電氣/電子(E/E)架構(gòu)創(chuàng)新,正改寫著汽車行業(yè)的舊有規(guī)則.軟件定義汽車的理念應(yīng)運而生,它強(qiáng)調(diào)軟件在汽車功能實現(xiàn)中的核心地位,通過軟件的更新和升級,能夠為汽車賦予新的功能和體驗,就如同智能手機(jī)通過軟件更新不斷拓展功能一樣.在SDV模式下,汽車的電子電氣架構(gòu)逐漸向集中式控制架構(gòu)轉(zhuǎn)變,高度集成的區(qū)域ECU集群逐步取代分散的傳感器,執(zhí)行器和處理器網(wǎng)絡(luò),成為支撐多個車載功能域的核心.這些功能域涵蓋了高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS),它能通過各種傳感器和算法,實現(xiàn)自動緊急制動,自適應(yīng)巡航等功能,提升駕駛的安全性和便利性,車載信息娛樂系統(tǒng),為乘客提供更加豐富多樣的娛樂體驗,如高清大屏顯示,智能語音交互,在線音樂視頻播放等,還有實現(xiàn)不同總線互連之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)關(guān)應(yīng)用,確保各個功能域之間的數(shù)據(jù)順暢流通.

這一轉(zhuǎn)變對汽車的計算能力提出了前所未有的要求.隨著ADAS功能的不斷升級,從最初的簡單預(yù)警到如今的高度自動駕駛,汽車需要實時處理大量來自攝像頭,雷達(dá),激光雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù),對周圍環(huán)境進(jìn)行精確感知和分析,這就需要強(qiáng)大的計算能力來支撐復(fù)雜的算法運行.車載信息娛樂系統(tǒng)也在向著更加智能化,沉浸式的方向發(fā)展,高清視頻播放,3D導(dǎo)航,甚至車內(nèi)游戲等功能,都對圖形處理能力和計算速度有著極高的需求.集中式控制架構(gòu)下各個功能域之間的協(xié)同工作,也依賴于高效的計算機(jī)應(yīng)用晶振平臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互和處理.構(gòu)建一個可靠且開放的開發(fā)環(huán)境同樣至關(guān)重要.汽車制造商和開發(fā)者需要一個能夠支持快速迭代,靈活開發(fā)的平臺,以便能夠及時響應(yīng)市場需求,不斷推出新的功能和應(yīng)用.這不僅涉及到軟件開發(fā)工具和技術(shù),還包括硬件平臺的開放性和可擴(kuò)展性,以及軟件與硬件之間的協(xié)同優(yōu)化.在這樣的背景下,瑞薩R-CarGen5平臺應(yīng)運而生,它承載著推動SDV技術(shù)發(fā)展的使命,為汽車行業(yè)的變革注入了強(qiáng)大的動力.

R-CarGen5平臺:核心技術(shù)與特性

(一)高性能計算能力

R-CarX5H采用了先進(jìn)的3nm制程工藝,這在汽車芯片領(lǐng)域是一項重大突破.臺積電專為車載場景定制的N3A制程,不僅滿足AECQ-100Grade1的車規(guī)可靠性標(biāo)準(zhǔn),更在性能和功耗上實現(xiàn)了雙重飛躍.與上一代5nm產(chǎn)品相比,X5H的算力提升顯著,其搭載的32個ArmCortex-A720AECPU內(nèi)核協(xié)同工作,能夠提供超過1000KDMIPS的CPU算力,如此強(qiáng)大的計算性能,意味著芯片能夠同時處理數(shù)千個實時任務(wù),為高階自動駕駛和復(fù)雜座艙系統(tǒng)提供了堅實的算力基礎(chǔ).例如,在面對自動駕駛場景中大量的傳感器數(shù)據(jù)處理,以及座艙系統(tǒng)中復(fù)雜的圖形渲染和多任務(wù)處理時,R-CarX5H能夠輕松應(yīng)對,確保系統(tǒng)的流暢運行和快速響應(yīng).除了強(qiáng)大的CPU算力,R-CarX5H在AI和圖形處理能力上同樣出色.它內(nèi)置優(yōu)化的NPU和DSP架構(gòu),原生AI算力達(dá)到400TOPS,能夠高效處理激光雷達(dá),攝像頭等多傳感器的數(shù)據(jù),實現(xiàn)精準(zhǔn)的環(huán)境感知和路徑規(guī)劃.其圖形性能等效值高達(dá)4TFLOPS,并支持GPU上的硬件虛擬化,這使得它能夠同時驅(qū)動多個4K顯示屏,無論是AR導(dǎo)航中對復(fù)雜地圖和場景的實時渲染,還是3D車載娛樂中的沉浸式體驗,亦或是多屏聯(lián)動時的流暢交互,R-CarX5H都能做到游刃有余,為用戶帶來極致的視覺享受.

(二)靈活的模塊化架構(gòu)

R-CarX5H引入了先進(jìn)的Chiplet技術(shù),為汽車芯片的性能擴(kuò)展和定制化提供了全新的思路.通過標(biāo)準(zhǔn)的UCle(通用小芯片互聯(lián)通道)芯片間互聯(lián)接口及API,X5H能夠?qū)崿F(xiàn)與其他組件的無縫集成,促進(jìn)多芯片系統(tǒng)中的互操作性.這一特性使得開發(fā)者可以根據(jù)不同的市場需求和應(yīng)用場景,靈活地擴(kuò)展AI與圖形性能.在高端或豪華汽車領(lǐng)域,對計算能力的要求極高,特別是在ADAS方面.利用芯片間互聯(lián)技術(shù),R-CarX5H的核心AI功能可以在多裸片封裝中通過AIChiplet進(jìn)行擴(kuò)展,從而實現(xiàn)異構(gòu)擴(kuò)展.通過這種方式,AI處理性能可提升3-4倍,輕松突破1000TOPS,以應(yīng)對未來更加復(fù)雜的自動駕駛場景,如城市復(fù)雜路況下的自動駕駛,多車協(xié)同自動駕駛等.而在圖形處理方面,結(jié)合第三方GPU小芯片集成,圖形處理性能可提升三倍,進(jìn)一步滿足多顯示屏和AAA游戲等更多車載娛樂體驗,為用戶打造更加豐富和沉浸式的座艙娛樂環(huán)境.在集中式架構(gòu)中,不同的市場和應(yīng)用對域集成的程度要求各不相同.在入門級市場,為了降低成本,ADAS,IVI和網(wǎng)關(guān)需要完全融合在單個SoC上,而在中高端產(chǎn)品中,結(jié)合某些特定域的組合更為常見.R-CarX5H憑借其靈活的模塊化架構(gòu),能夠滿足所有這些應(yīng)用的配置需求,無論是完全融合還是針對特定域的計算,都能應(yīng)對自如,為汽車制造商提供了極大的靈活性和可擴(kuò)展性.

(三)前沿技術(shù)實現(xiàn)極佳能效

將多個域的功能集成到單個模塊中,熱管理和電源管理是必須要面對的挑戰(zhàn).R-CarX5H采用的3nm制程技術(shù),在提升性能的同時,顯著提高了能效.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-CarX5H能夠以同類最佳的能效(TOPS/W)支持高性能計算,例如在進(jìn)行360°感知的AI處理時,既能保證強(qiáng)大的計算能力,又能實現(xiàn)更低的整體功耗.這種高能效特性帶來了多方面的優(yōu)勢.它消除了對額外冷卻解決方案的需求,減少了硬件成本和車輛的復(fù)雜性,降低了能耗損耗,對于新能源汽車而言,間接提升了續(xù)航里程,這對于提升用戶體驗和推動新能源汽車的發(fā)展具有重要意義.R-CarX5H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,頻率控制器晶振遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用場景.在泊車時,車輛可以進(jìn)入低功耗模式,減少能源消耗,同時保持必要的傳感器和控制系統(tǒng)的運行,確保泊車過程的安全和順暢,在遠(yuǎn)程監(jiān)控時,低功耗模式能夠保證車輛在長時間待機(jī)狀態(tài)下,依然能夠及時響應(yīng)遠(yuǎn)程指令,實現(xiàn)對車輛狀態(tài)的實時監(jiān)控和管理.

(四)多域集成的安全隔離功能

在軟件定義汽車的架構(gòu)中,安全至關(guān)重要,尤其是在將混合關(guān)鍵性應(yīng)用集成到單個SoC上時,嚴(yán)格的功能安全要求和域隔離技術(shù)是防止級聯(lián)故障的關(guān)鍵.目前市場上大多數(shù)解決方案通過軟件(如Hypervisor,帶有安全操作系統(tǒng)的安全島等)來實現(xiàn)隔離,但相較于分布式架構(gòu)中固有的硬件級隔離方案,這些基于軟件的方法在穩(wěn)健性方面存在不足.R-CarGen5SoC采用了瑞薩獨特且經(jīng)行業(yè)驗證的硬件"免干擾(FFI)"解決方案,能夠在單個芯片上為混合關(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QoS等功能,在外設(shè)級,內(nèi)存級和帶寬等多個層級實現(xiàn)隔離.通過硬件層面的"免干擾(FFI)"技術(shù),R-CarX5H把智駕,座艙,網(wǎng)關(guān)等功能都整合到一個芯片上,每個功能域都有獨立的CPU核心,內(nèi)存和接口,就像在芯片里建了多個"獨立房間".即使座艙系統(tǒng)出現(xiàn)小故障,也不會影響智駕系統(tǒng)的安全運行,確保了車輛在各種情況下的安全性和可靠性.結(jié)合服務(wù)質(zhì)量(QoS)管理功能,R-CarX5H能實時給不同任務(wù)分配優(yōu)先級,在緊急情況下,智駕系統(tǒng)能夠獲得最多的計算資源,保障車輛的安全行駛.例如,當(dāng)車輛檢測到前方突發(fā)危險需要緊急制動時,智駕系統(tǒng)能夠迅速獲得足夠的計算資源,及時做出決策并執(zhí)行制動操作,避免事故的發(fā)生.

RoXSDV平臺:強(qiáng)大助力

在瑞薩推動SDV技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中,R-CarOpenAccess(RoX)SDV平臺扮演著不可或缺的關(guān)鍵角色,它就像是一把萬能鑰匙,為汽車開發(fā)者們打開了通往軟件定義汽車新時代的大門.

(一)集成化的開發(fā)環(huán)境

RoXSDV平臺將車輛開發(fā)人員所需的所有關(guān)鍵要素,包括硬件,操作系統(tǒng)(OS),軟件和工具,進(jìn)行了深度整合.從硬件層面來看,它不僅適配瑞薩R-Car產(chǎn)品家族片上系統(tǒng)(SoC)和微控制器(MCU),還能與各類先進(jìn)的傳感器,執(zhí)行器等硬件設(shè)備協(xié)同工作,為汽車系統(tǒng)的搭建提供了堅實的物理基礎(chǔ).例如,在構(gòu)建ADAS系統(tǒng)時,RoX平臺能夠與高精度晶振的攝像頭傳感器,毫米波雷達(dá)等硬件無縫連接,確保傳感器數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確,快速地傳輸?shù)絉-CarGen5SoC中進(jìn)行處理.

在軟件方面,RoX平臺提供了豐富多樣的選擇.它包含了免版稅的操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)管理程序軟件,如AndroidAutomotiveOS,其以開放性和豐富的應(yīng)用生態(tài)著稱,能夠為車載信息娛樂系統(tǒng)帶來豐富的功能和便捷的用戶體驗,FreeRTOS則以其輕量級,實時性強(qiáng)的特點,適用于對實時性要求較高的任務(wù),如車輛的動力系統(tǒng)控制等,Linux憑借其開源,穩(wěn)定的優(yōu)勢,在汽車的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用和部分智能座艙系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,Xen和ZephyrRTOS也各自憑借獨特的優(yōu)勢,滿足不同場景下的開發(fā)需求.這些操作系統(tǒng)就像是不同類型的建筑材料,開發(fā)者可以根據(jù)項目的具體需求進(jìn)行靈活選擇和組合.

除了操作系統(tǒng),RoX平臺還集成了大量的中間件和工具.例如,針對AI應(yīng)用開發(fā),平臺提供了AI工作臺(AIWorkbench),這是一個功能強(qiáng)大的工具,它允許開發(fā)人員利用虛擬開發(fā)平臺或瑞薩開發(fā)板,在云端完成模型的驗證,優(yōu)化以及AI應(yīng)用程序的測試工作.借助AIWorkbench,開發(fā)人員可以輕松地調(diào)用廣泛的AI模型庫,運用自動化流程以及特定的混合編譯器工具鏈(HyCo),在R-Car異構(gòu)計算平臺上實現(xiàn)跨代SoC的快速AI模型部署.以自動駕駛場景中的目標(biāo)識別模型開發(fā)為例,開發(fā)人員可以在AIWorkbench中快速導(dǎo)入現(xiàn)有的目標(biāo)識別模型,利用平臺提供的工具對模型進(jìn)行優(yōu)化,使其能夠更好地適應(yīng)R-CarGen5SoC的硬件特性,從而提高識別的準(zhǔn)確性和速度.

(二)靈活的版本選擇

RoXSDV平臺充分考慮到不同客戶的需求和使用場景,提供了兩個極具特色的版本,分別是"RoXWhitebox"和"RoXLicensed"."RoXWhitebox"就像是一個開放的寶藏箱,它為開發(fā)者提供了高度的開放性和自主性.作為一款開放,易于訪問的軟件包,它包含了豐富的免版稅軟件資源,除了前面提到的多種操作系統(tǒng)外,還配備了為特定領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計的參考應(yīng)用程序.這些參考應(yīng)用程序就像是一個個精心搭建的樣板房,開發(fā)者可以從中獲取靈感,快速了解不同領(lǐng)域應(yīng)用的開發(fā)思路和實現(xiàn)方式.例如,在開發(fā)車載信息娛樂系統(tǒng)時,開發(fā)者可以參考"RoXWhitebox"中的相關(guān)參考應(yīng)用程序,學(xué)習(xí)如何實現(xiàn)多媒體播放,導(dǎo)航功能集成等,然后根據(jù)自己的創(chuàng)意和需求進(jìn)行個性化的定制和擴(kuò)展.這種開放性使得開發(fā)者能夠充分發(fā)揮自己的技術(shù)優(yōu)勢,自由地進(jìn)行創(chuàng)新和探索,非常適合那些具有較強(qiáng)技術(shù)實力和創(chuàng)新需求的開發(fā)者和企業(yè)."RoXLicensed"則基于業(yè)界認(rèn)可的商業(yè)軟件解決方案,如QNX,RedHat車載操作系統(tǒng)等,以及符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的軟件和SAFERTOS®.這些商業(yè)軟件經(jīng)過了市場的嚴(yán)格檢驗,具有高度的穩(wěn)定性,可靠性和安全性,非常適合對軟件質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高的汽車應(yīng)用場景.同時,"RoXLicensed"還包含了STRADVISION,CanderaCGIStudio等公司用于高級駕駛輔助系統(tǒng)和車載信息娛樂系統(tǒng)(IVI)等場景的多個預(yù)驗證軟件棧.這些預(yù)驗證軟件棧已經(jīng)過了嚴(yán)格的測試和驗證,能夠直接在瑞薩的R-CarSoC和MCU上穩(wěn)定運行,大大減少了開發(fā)過程中的風(fēng)險和不確定性.汽車制造商在開發(fā)高端車型時,為了確保車輛的安全性和穩(wěn)定性,可能會更傾向于選擇"RoXLicensed"版本,利用其中成熟的商業(yè)軟件和預(yù)驗證軟件棧,快速構(gòu)建出高質(zhì)量的汽車電子系統(tǒng).

(三)云原生開發(fā)與虛擬開發(fā)支持

RoXSDV平臺緊跟時代技術(shù)潮流,引入了云原生開發(fā)環(huán)境和虛擬開發(fā)平臺,這一創(chuàng)新舉措極大地改變了傳統(tǒng)的汽車開發(fā)模式.在云原生開發(fā)方面,RoX平臺與AmazonWebServices(AWS)云計算服務(wù)緊密集成,作為AIWorkbench開發(fā)環(huán)境的一部分,開發(fā)者可以借助AWS云環(huán)境中的瑞薩R-CarSDK(軟件開發(fā)套件),更高效地進(jìn)行創(chuàng)新和設(shè)計優(yōu)化.在云端,開發(fā)者可以輕松地獲取到海量的計算資源和存儲資源,無需擔(dān)心本地硬件資源的限制.同時,云環(huán)境的彈性和可擴(kuò)展性,使得開發(fā)者可以根據(jù)項目的進(jìn)展情況,靈活地調(diào)整資源配置,大大降低了開發(fā)成本.例如,在進(jìn)行大規(guī)模的AI模型訓(xùn)練時,開發(fā)者可以在AWS云平臺上快速申請到大量的計算節(jié)點,加速模型的訓(xùn)練過程,而在項目完成后,又可以及時釋放這些資源,避免資源浪費.虛擬開發(fā)平臺的引入則進(jìn)一步提升了開發(fā)效率和質(zhì)量.通過虛擬開發(fā)平臺,開發(fā)者即使在實際硬件尚未到手的情況下,也能夠立即使用高度集成的工具鏈開始構(gòu)建軟件.平臺提供的瑞薩有源晶振快速仿真器(RFS)以及ASTCVLABVDM和Synopsys虛擬開發(fā)套件(VDK)等合作伙伴解決方案,覆蓋了廣泛的仿真速度和特性.在虛擬開發(fā)環(huán)境中,開發(fā)者可以對軟件進(jìn)行全面的設(shè)計,仿真調(diào)試和驗證工作,提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題.例如,在開發(fā)一款新的自動駕駛算法時,開發(fā)者可以在虛擬開發(fā)平臺中模擬各種復(fù)雜的路況和場景,對算法進(jìn)行反復(fù)測試和優(yōu)化,確保算法在實際運行中的可靠性和穩(wěn)定性.當(dāng)軟件在虛擬環(huán)境中經(jīng)過充分驗證后,再部署到實際的SoC和MCU上,這樣可以大大減少硬件調(diào)試的時間和成本,提高整個開發(fā)項目的成功率.RoXSDV平臺憑借其集成化的開發(fā)環(huán)境,靈活的版本選擇以及對云原生開發(fā)和虛擬開發(fā)的有力支持,為汽車開發(fā)者提供了全方位,一站式的開發(fā)解決方案,極大地加速了基于R-CarGen5平臺的SDV技術(shù)研發(fā)進(jìn)程,推動著軟件定義汽車時代的快速到來.
瑞薩半導(dǎo)體R-CarGen5驅(qū)動SDV技術(shù)創(chuàng)新的新引擎

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