隨著汽車行業的快速發展，汽車電子電氣架構正在從傳統的分布式向多域融合的集中式轉變。同時，高級駕駛輔助系統(ADAS)的大規模部署，正有力推動著汽車行業向更高等級的自動駕駛邁進。這些革新技術反過來又加速了汽車從以硬件為中心的模式，向軟件定義汽車(SDV)模式的轉變。而所有這些變革都在推動著業內對SoC需求的增加，以支持更高的計算需求。除了SoC之外，構建一個可靠且開放的開發環境也是塑造未來汽車并助力其持續演進的必要條件。

Roopesh Panthalath

Senior Staff Product Engineer

瑞薩通過第五代(Gen5)R-Car SoCs擴充其可擴展的SoC產品組合，為瑞薩的開放式SDV環境引入了采用尖端Chiplet(小芯片封裝)技術和工藝節點的全新解決方案。R-Car Gen5 SoC專為集中式計算和跨域架構、軟件定義汽車以及高度自主駕駛而設計。這一廣泛可擴展的產品組合能夠為入門級大眾市場到高端市場的各級別車輛帶來解決方案。同時，SDV環境利用通用架構實現跨設備和跨代際軟件的復用與移植，為不斷演進的汽車行業構建了一個可持續且高效的開發路徑。R-Car Gen5 SoC的核心價值在于其高可擴展性、高靈活性、高能效，以及對混合關鍵性能的支持。

面向集中式架構的可擴展高性能平臺

全新R-Car X5H作為業界首款3nm車規級跨域SoC，是一個開放、創新且專注于汽車領域的高性能計算平臺。其單片式設計所展現出的高性能，可通過采用創新的計算和互聯技術，借助AI與圖形Chiplet的擴展進一步提升。

R-Car X5H的關鍵特性包括：

- 32個Arm Cortex-A720AE內核，帶來最高可達1000kDMIPS的性能，滿足高階計算應用需求;

- 6個Arm Cortex-R52雙鎖步CPU內核，用于實時處理，提供超過60K DMIPS的性能，并支持ASIL D標準;

- AI處理能力高達400 TOPS1，采用優化的NPU和DSP實現，效率更高;

- 圖形性能等效值高達4 TFLOPS2，并支持GPU上的硬件虛擬化;

- 支持多個4K媒體及多個百萬像素攝像頭和多顯示器，用于高端ADAS/IVI的視頻與視覺處理。

圖1：R-Car X5H SoC的功能

靈活的模塊化架構滿足OEM處理需求

在集中式架構中，域集成的程度各不相同。在入門級市場，我們看到ADAS、IVI和網關完全融合在單個SoC上，以降低成本;而在中高端產品中，結合某些特定域的組合更為常見。無論是完全融合還是針對特定域的計算，R-Car X5H都能滿足所有應用的配置需求。使用標準的芯片間互聯接口，可根據應用需求通過Chiplet擴展來進一步增強AI與圖形性能。Chiplet封裝方法能夠實現異構的高性能擴展。使用R-Car X5H的融合應用也得到了瑞薩RoX SDV平臺的支持，該平臺預集成ADAS、座艙和網關解決方案堆棧(包括商用和開源軟件)，隨時可供使用。

圖2：通過NPU和GPU Chiplet擴展實現靈活計算

在高端或豪華汽車領域，為滿足極高的計算需求，特別針對ADAS采用了多域專用的車載計算機架構。利用芯片間互聯技術，R-Car X5H的核心AI功能可以在多裸片封裝中通過AI Chiplet進行擴展，從而實現異構擴展。結合瑞薩的AI Gigafactory概念來開發AI解決方案，包括AI工具鏈、網絡/模型支持和云原生支持等資源，客戶可以獲得一個滿足其所有自主駕駛需求的端到端平臺。

圖3：R-Car X5H的不同計算配置

R-Car X5H采用全新的UCIe接口標準確保芯片間互聯的規范化和統一，有助于在多裸片系統中實現互操作性，并可根據OEM的需求靈活地進行組合搭配，提升了集成定制加速器的能力。通過Chiplet的方法可實現開放式架構，同時以更低的成本獲得更高的性能擴展。更值得一提的是，所有這些擴展均符合車輛功能安全與網絡安全要求。

前沿技術實現極佳能效

將多個域的功能集成到單個模塊中所面臨的一個挑戰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。選擇這一技術節點，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)支持高性能計算(例如360°感知的AI處理)，并實現更低的整體功耗。R-Car X5H還集成了系統控制處理器(SCP)，支持不同的低功耗模式，適用于泊車、遠程監控等應用。

用于多域集成的安全隔離

功能安全(FuSa)對于多域SDV架構至關重要。在將混合關鍵性應用集成到單個SoC上時，功能安全要求嚴格的域隔離或免干擾(FFI)技術以防止級聯故障。目前市場上大多數解決方案都通過軟件(如Hypervisor、帶有安全操作系統的安全島等)來實現這一點。然而，相較于分布式架構中固有的硬件級隔離方案，這些基于軟件的方法在穩健性方面仍有不足。基于硬件的FFI解決方案更能為單個芯片上的多域集成提供嚴格的隔離。瑞薩長期致力于打造符合安全標準的設備，并將安全和保障融入企業基因。與市場上其它解決方案相比，R-Car Gen5 SoC采用瑞薩獨特且經行業驗證的硬件FFI解決方案，能夠在單個芯片上為混合關鍵性多域集成達到最佳的隔離效果。該解決方案利用域ID、內存保護和高級QoS等功能，在外設級、內存級和帶寬等多個層級實現隔離。

瑞薩開放式接入(RoX)開發平臺

R-Car X5H以及未來所有R-Car Gen5 SoC都旨在促進和加速SDV的研發。R-Car Gen5由R-Car開放式接入(RoX)SDV平臺提供支持。RoX平臺集成了車輛工程師面向下一代汽車開發所需的所有關鍵硬件、軟件(操作系統、中間件和應用)及工具，并可獲得安全、持續的軟件更新。RoX為OEM和一級供應商帶來了更高的靈活性，使他們能夠使用虛擬平臺或在硬件上為ADAS、IVI、網關和融合系統開發、實施各種可擴展的計算解決方案，并可借助集成的云支持進行無縫部署。

圖5：RoX開發平臺

瑞薩正在借助R-Car Gen5 SoC產品家族重塑客戶體驗并引領SDV架構的未來發展。從芯片的原生高性能，到通過Chiplet技術實現的卓越可擴展性，再到在Arm上統一MCU和SoC架構，瑞薩帶來的可擴展性在市場上無出其右。R-Car Gen5 SoC涵蓋所有應用，包括但不限于ADAS、IVI、網關和控制，并支持跨域中央/區域架構，充分滿足了客戶平臺需求的廣度和深度。憑借創新的3nm車規級制程技術、Chiplet架構和硬件級FFI解決方案，R-Car Gen5 SoC站在了技術前沿，能夠構建具有極佳能效且高性價比的解決方案，加速產品上市。功能安全作為所有創新的強大后盾，深植于瑞薩汽車產品的DNA中。

1：Sparse TOPS

2：Equivalent TFLOPS based on data from Manhattan 3.1 benchmarking

稀疏TOPS

基于Manhattan 3.1基準測試數據的等效TFLOPS