LPDDR Flash: Ermöglicht elektrische und elektronische Architekturen (E/E) für Kraftfahrzeuge

Ingenieure arbeiten daran, die richtige Balance zwischen Domänen- und Zonenarchitekturen zu finden, um die zunehmende Komplexität moderner Fahrzeuge zu bewältigen und gleichzeitig Effizienz- und Leistungsziele zu erreichen. Da Prozessoren auf fortschrittliche Technologieknoten umsteigen, um die Echtzeitverarbeitung zu unterstützen, wird der Bedarf an einem leistungsstarken externen nichtflüchtigen Speicher (NVM) immer wichtiger.

Flash-Speicher mit einer Standard-SPI-Schnittstelle sind für diese Anwendung nicht schnell genug, was zur Erfindung des Low-Power Double Data Rate (LPDDR) Flash führte. LPDDR Flash kombiniert zum ersten Mal eine LPDDR-Schnittstelle mit einem NVM und bietet so eine Lösung, um die Leistungslücke zu schließen und Fahrzeugarchitekturen der nächsten Generation zu ermöglichen.

In diesem Artikel befassen wir uns mit den Speicheranforderungen in Elektro-/Elektronikarchitekturen (E/E) der nächsten Generation und sehen, wie ein branchenweit einzigartiger Ansatz für LPDDR-Flash eine Lösung bietet.

Unter E/E-Architektur versteht man das in moderne Fahrzeuge integrierte System aus Hardware, Software, Netzwerkkommunikation und Verkabelung. Dieses System steuert dann die verschiedenen Fahrzeugfunktionen, vom Infotainment bis zur Fahrzeugsteuerung. Im Allgemeinen entwickeln sich E/E-Architekturen von elektronischen Steuergeräten (ECU) für einen einzigen Zweck zu Domänen und Zonen, die viele Anwendungen in einer einzigen Funktion oder an einem einzigen Ort vereinen.

Wie unten in Abbildung 1 dargestellt, gruppieren Domänenarchitekturen Fahrzeugsysteme nach Funktion, z. B. Telematik, Infotainment, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und Fahrzeugbewegungssteuerung.

Es gibt auch hybride Domänen-/Zonenarchitekturen, bei denen der zentrale Fahrzeugcomputer Domänen für Infotainment, ADAS und Fahrzeugsteuerung mit einigen Aspekten einer Zonenarchitektur kombiniert.

Beachten Sie, dass nicht nur der Rechenbedarf von der Domänen- zur Zonenarchitektur wächst, sondern auch die Skalierbarkeit und die Nutzung gepoolter Rechenressourcen. Abbildung 2 bietet eine detailliertere Ansicht der zonalen Architektur.

Beachten Sie, dass intelligente Sensoren/Aktoren von einem Zonen-ECU verbunden und verwaltet werden. Das gesamte System basiert auf einer Kombination aus einem zentralen Controller und mehreren Zonencontrollern.

Dieser Übergang zur zonalen Architektur erfolgt aus vier Hauptgründen:

Dennoch müssen einige Gedächtnisherausforderungen angegangen werden, um diesen Wandel zu einer effizienten, zuverlässigen und wirtschaftlichen Realität werden zu lassen.

Die Implementierung einer fortschrittlichen Domänen- und Zonenarchitektur bringt mehrere komplexe Herausforderungen mit sich, angefangen bei der Aufgabe, viele verschiedene Funktionen in einem einzigen Echtzeitprozessor zu kombinieren und zu integrieren. Die meisten sicherheitskritischen Funktionen laufen in einer Echtzeitumgebung ab und müssen äußerst zuverlässig und in der Lage sein, innerhalb einer endlichen Zeit Entscheidungen zu treffen.

Diese kombinierten Anforderungen stellen eine potenzielle Hürde dar, nämlich bei der Frage, wie die Verarbeitungsanforderungen mit vorhandenen SoC-/Speicherlösungen erfüllt werden können. Darüber hinaus führt die zunehmende Systemkomplexität zu einer größeren Codegröße, was mehr eingebetteten Flash (eFlash, nicht zu verwechseln mit externem Flash) und eingebetteten SRAM (eSRAM) erfordert.

eFlash wird in diesen Situationen traditionell zur Codeausführung eingesetzt, und die meisten aktuellen Echtzeitprozessoren verfügen über einen eingebetteten nichtflüchtigen Speicher (eNVM).

An fortgeschrittenen Prozessknoten kann jedoch ein für die Automobilindustrie qualifiziertes eNVM aufgrund der Chip-Fläche und der Skalierbarkeit kostspielig sein. In Kombination mit den zuvor identifizierten Herausforderungen muss NVM für Domänen- und Zonencontroller Folgendes bieten:

Da die Standard-xSPI-NOR-Leistung typischerweise auf 200 MHz DDR (400 MB/s) begrenzt ist, ist eine neue Kategorie von NVM erforderlich, um die Anforderungen von Echtzeitprozessoren in diesen Anwendungen zu erfüllen.

Die LPDDR-Schnittstelle ist ein etablierter und bewährter Standard für DRAM. Die Signalisierung und das Protokoll bieten mehrere Vorteile, wie zum Beispiel:

Diese Vorteile sind erforderlich, um eine Schnittstelle für ein leistungsstarkes externes NVM zu sein. Abbildung 3 unten vergleicht die SoC-/Speicherarchitektur für die Codeausführung von eFlash mit externem LPDDR-Flash.

Figur 3.Speicherentwicklung in eingebetteten Systemen.

Infineons neuer SEMPER X1 LPDDR Flash (Abbildung 4) kombiniert eine leistungsstarke LPDDR-Schnittstelle mit einem NOR-Flash-Speicherarray mit geringer Latenz, um die von Echtzeitanwendungen geforderte Leistung zu liefern.

Figur 4.Infineon SEMPER X1 NOR Flash

Es beginnt mit der Überbrückung der Leistungslücke, die derzeit die Verwendung von traditionellem NOR-Flash in fortschrittlichen E/E-Architekturen behindert, indem die Schnittstelle und Signalisierung von LPDDR4 übernommen wird. Der LPDDR-Flash ermöglicht die Codeausführung in Echtzeit mit 8-mal höherer Bandbreite und 20-mal schnellerer Zufallsleseleistung im Vergleich zum derzeit schnellsten xSPI-NOR-Flash, was den SEMPER X1 zu einer guten Wahl für Ingenieure macht, die Domänen- und Zonencontroller entwerfen.

Der SEMPER X1 LPPDR Flash ist außerdem für die Codeausführung optimiert und bietet eine 100-mal schnellere Trainingszeit im Vergleich zu einem typischen LPDDR4-DRAM. In Kombination mit einer Bandbreite von 3,2 GB/s ermöglicht dies, dass Systeme sofort online gehen können, eine notwendige Funktion für viele Automobilanwendungen. Dank seiner Multibank-Architektur und der fünfmal schnelleren Direktzugriffszeit eignet er sich für Multi-Core-Echtzeitprozessoren, die mehr als eine Funktion ausführen.

Das Gerät verfügt außerdem über eine Multibank-Speicherarchitektur für Over-the-Air-Updates (OTA) ohne Ausfallzeiten. Updates können auf inaktive Banken heruntergeladen werden, während das System gleichzeitig Code von aktiven Banken ausführt. Updates ohne Ausfallzeiten verbessern das Kundenerlebnis, indem sie Servicebesuche überflüssig machen, und erhöhen die Sicherheit, indem sie sicherstellen, dass dringende Updates schnell bereitgestellt werden.

Der Infineon SEMPER

Der Übergang zu einer fortschrittlichen E/E-Architektur bringt viele Herausforderungen mit sich, aber der Speicher muss nicht unbedingt eine davon sein. Der SEMPER X1 LPDDR Flash von Infineon ist eine Branchenneuheit und soll Ingenieuren die Möglichkeit geben, Autos der Zukunft zu entwerfen.

Alle verwendeten Bilder mit freundlicher Genehmigung von Infineon

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