ADAS und automatisiertes Fahren ASIL-D-konforme ECU-Zentraleinheiten schneller entwickeln

Redakteur: Michael Eckstein

60 TOPS für Deep Learning: Trotz hoher Rechenleistung soll die für den Einsatz in Fahrzeugen entwickelte Plattform „R-Car V3U“ wenig Strom verbrauchen. Renesas verspricht einen nahtlosen Migrationspfad zu automatisiertem Fahren der Stufe 3 auf nur einem Chip.

Firmen zum Thema

Evolution: Das System-on-Chip „R-Car V3U“ basiert auf der mittlerweile 4. Generation der R-Car-Architektur innerhalb der „Renesas autonomy"-Plattform.
Evolution: Das System-on-Chip „R-Car V3U“ basiert auf der mittlerweile 4. Generation der R-Car-Architektur innerhalb der „Renesas autonomy"-Plattform.
(Bild: Renesas Electronics)

Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und automatisiertes Fahren (AD) nach ASIL D erfordern zentrale Rechensysteme mit hoher Rechenleistung. Schließlich müssen die Daten vieler Sensoren ausgewertet und zuverlässig sichere Entscheidungen getroffen werden. Gleichzeitig dürfen die beteiligten Komponenten nur wenig Energie aufnehmen, um etwa die Batterie in elektrischen Fahrzeugen so wenig wie möglich zu belasten.

Speziell für diesen Anwendungsfall hat Renesas Electronics sein System-on-Chip (SoC) „R-Car V3U“ entwickelt. Laut Hersteller erreicht es eine Rechenleistung von 60 TOPS für Deep-Learning-Processing bei geringer Leistungsaufnahme und bis zu 96.000 DMIPS. Damit soll R-Car V3U die Anforderungen an Performance, Safety sowie Auf- und Abwärtsskalierbarkeit moderner ADAS- und AD-Architekturen erfüllen.

4. Generation der R-Car-Architektur

Nach Angaben des Herstellers ist es das erste SoC, das auf der neuen, mittlerweile vierten R-Car-Architekturgeneration innerhalb der offenen und flexiblen „Renesas autonomy“-Plattform für ADAS und AD basiert. Mit dem R-Car V3U soll die Plattform nun eine nochmals erweiterte Skalierbarkeit bieten; von NCAP-Einstiegsanwendungen bis hin zu aufwendigen, hochautomatisierten Fahrsystemen.

„Das R-Car V3U SoC nutzt Elemente, die auf Bausteinen der vorherigen Generation entwickelt wurden, wie den ADAS- und Level-2-Perception-Stack des R-Car V3M und R-Car V3H, kombiniert mit Bestandteilen der Renesas autonomy Plattform“, erklärt Naoki Yoshida, Vice President, Automotive Digital Products Marketing Division bei Renesas. Dies gewährleiste einen nahtlosen Migrationspfad zu automatisiertem Fahren der Stufe 3 auf einem einzigen Chip mit kurzer Entwicklungszeit und sicherem Serienstart.

R-Car V3U-SoC erfüllt die strengen ASIL-D-Anforderungen

Automatisierte Fahrsysteme erfordern funktionale Sicherheit bis zu ASIL D – dem höchsten und strengsten Automotive-Sicherheitsniveau, das gemäß der Norm ISO 26262 für Straßenfahrzeuge spezifiziert ist. Das R-Car V3U SoC integriert laut Renesas mehrere hochentwickelte Safety-Mechanismen, mit denen es zufällige Hardware-Fehler schnell erkennen und darauf reagieren kann.

Zudem soll es „ASIL-D-Metriken für den Großteil der SoC-Verarbeitungskette“ abdecken. Wenig überraschend verspricht Renesas noch, dass sich mit der Integration von R-Car V3U die Entwicklungskomplexität, die Markteinführungszeit und die Systemkosten reduzieren lassen.

Deep-Learning-Funktionen und geringe Leistungsaufnahme

Dafür sollen unter anderem hochflexible AI-Machine-Learning- und „Deep Neural Network“-(DNN-)Funktionen sorgen, die in dem Chip integriert sind. DNN werden seit langem erfolgreich für die Bildanalyse eingesetzt und kommen zunehmend im Automobilbereich für Anwendungen wie die Fahrbahnerkennung oder Objektklassifizierung zum Einsatz. Seine flexible Architektur ist nach Angaben von Renesas in der Lage, alle hochmodernen neuronalen Netze für die Hinderniserkennung und Klassifizierungsaufgaben im Fahrzeug zu verarbeiten. Trotzdem soll das SoC so wenig Strom verbrauchen, dass sich damit luftgekühlte Processing-Einheiten realisieren lassen.

Darüber hinaus verfüge R-Car V3U über eine breite Palette an programmierbaren Engines, darunter zwei Digitale Signalprozessoren (DSP) für die Radarverarbeitung, eine Multi-Threading-Computer-Vision-Engine für traditionelle Computer-Vision-Algorithmen, Bildsignalverarbeitung zur Verbesserung der Bildqualität und zusätzliche Hardware-Beschleuniger für wichtige Algorithmen wie Dense Optical Flow, Stereo-Disparität und Objektklassifikation.

Bewährte ARM-Kerne im Lockstep-Modus

Die acht für Applikationen vorgesehenen ARM-Cortex-A76-Kerne lassen sich im Lockstep-Modus betreiben. Zwei weitere Cortex-R52-Lockstep-Kerne übernehmen Autosar-konforme Steuerfunktionen. Autosar (AUTomotive Open System ARchitecture) ist offene und standardisierte Softwarearchitektur für elektronische Steuergeräte (ECUs). Eine nicht weiter spezifizierte CNN-IP sorgt für die Berechnung von Neuronalen Netzen. Dafür stellt sie wie erwähnt 60 TOPS bereit.

Mehrere PCIe-Interfaces im R-Car-V3U-SoC ermöglichen den Anschluss von Erweiterungen und somit auch das Skalieren der System-Performance. Die Kommunikation mit anderen Systemen im Fahrzeug übernehmen Schnittstellen wie AVB, CAN und FlexRay.

Hochentwickelte Embedded-Software-Plattform für automatisiertes Fahren

Eine leistungsfähige Hardware ist aber nur eine Seite der Medaille: Mindestens ebenso wichtig ist die Software-Unterstützung. Damit „Entwickler die Vorteile der integrierten Hardware der R-Car-Plattform sowie der geringen Leistungsaufnahme und der deterministischen Echtzeit-Software ausschöpfen können“, stellt Renesas eine nach eigenen Worten offene und integrierte Entwicklungsumgebung bereit. Sie soll Unternehmen „eine schnelle Markteinführung von Computer-Vision- und Deep-Learning-basierten Lösungen ermöglichen“.

Darin integriert sind demnach leicht bedienbare Debugging- und Tuning-Tools für die heterogene Multi-Core-Hardwarearchitektur und für „eine effiziente Software-Entwicklung“. Für einen schnellen Einstieg in den Entwicklungsprozess „auf allen Ebenen“ stellt Renesas ein umfassendes Set an Beispielanwendungen und Online-Schulungsressourcen bereit. Qualifizierte Compiler und Code-Generatoren für die Einhaltung von Cyber-Security- und funktionalen Sicherheitsanforderungen sollen zudem das Entwickeln sicherer Software gewährleisten.

Speziell für den Aufbau von ADAS- und AD-ECUs auf Basis des R-Car V3U bietet Renesas den Mikrocontroller RH850, integrierte Power-Management-ICs und Power-Transistoren an. Laut Hersteller sind Muster des R-Car-V3U-SoCs ab sofort verfügbar. Die Massenproduktion ist für das zweite Quartal 2023 geplant.

(ID:47077879)