In den nächsten zehn Jahren, in denen immer mehr Autos auf Elektrizität umsteigen, mehr Anschlüsse haben und automatisierter werden als je zuvor, werden sich auch die Architekturen der Automobilelektronik grundlegend ändern. Da immer mehr Daten von Sensoren generiert, in die Cloud exportiert und von verschiedenen Diensten empfangen werden, benötigen Autos neue Rechenleistung. Angesichts all dieser Umstände stellte NXP auf der CES 2020 seinen neuesten S32G-Netzwerkprozessor vor.
S32G ist das neueste Mitglied der S32-Familie von NXP, die im Jahr 2017 erstellt wurde. Wie alle Prozessoren dieser Familie basiert es auf ARM Cortex-Prozessorkernen. Drei Paare von Cortex-M7-Kernen mit geringem Stromverbrauch und vier Hochleistungs-Cortex-M-53-Kerne führen grundlegende Verarbeitungsaufgaben aus. Die Kerne werden auch durch spezielle Netzwerkbeschleuniger, digitale Signalverarbeitung und Verschlüsselungskerne ergänzt.
Netzwerkbeschleuniger unterstützen sowohl herkömmliche Netzwerkprotokolle für die Automobilindustrie (wie CAN, LIN und Flexray) als auch Gigabit-Ethernet. Bei automatisierten Fahrzeugen, die bis zu 4 GB Rohdaten pro Stunde produzieren, ist die Datenübertragung im Auto sehr wichtig. Beschleuniger bewältigen den größten Teil dieser Arbeitsbelastung und lassen ARM-Kerne für andere Aufgaben frei.
Eine der Aufgaben, die S32G lösen kann, ist die Datenvorverarbeitung. Die meisten von einem autonomen Auto erzeugten Daten werden nur in Echtzeit zur Steuerung verwendet, und diese Daten müssen nicht in die Cloud übertragen oder mit anderen Autos geteilt werden. Es gibt jedoch auch Nadeln im Heuhaufen dieser Daten, die für eine breite Palette von Diensten nützlich sein können, z. B. für die Übertragung von Schlaglochstandortinformationen oder Wetterdaten.
„Ich habe nicht nur über das Übertragen und Verschieben von Rohdaten zu Informationen gesprochen, sondern auch über das Reduzieren des Volumens dieser Daten, wodurch Verkehr in 4G- und 5G-Netzwerken gespart wird, was wirklich wichtig ist.“, Sagte Brian Carlson, Leiter des Produktlinienmanagements der Netzwerkabteilung Prozessoren für Autos im NXP. „Das Maß an funktionaler Sicherheit nimmt zu, wenn wir das Maß an Autonomie mithilfe des ASIL-D-Standards erhöhen. Normalerweise arbeitet das Gateway nach dem ASIL-B-Standard, aber wir sehen ein erhöhtes Interesse an der Verwendung von ASIL-D. Wenn Sie fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme verwenden, benötigen Sie auf jeden Fall den ASIL-D-Standard, der für solche Anwendungen hervorragend geeignet ist. “
„Tatsächlich haben wir diesen Prozessor nicht für diesen Zweck entwickelt, er wurde als eine Art Netzwerkgerät entwickelt, hat sich jedoch in diesem Bereich als nützlich erwiesen. Ich habe auf dem Gebiet der digitalen Signalprozessoren gearbeitet, die eigentlich mit Sprache und Telekommunikation arbeiten sollten, aber ich sehe mir die Entwicklung dieser Prozessoren an, jetzt sind sie überall. “
Obwohl der S32G zur Steuerung des Datendurchsatzes in elektronischen Fahrzeugarchitekturen der nächsten Generation (wie der Smart Vehicle Architecture (SVA) von Aptiv, der digitalen Automobilplattform von GM oder der neuen elektronischen Fahrzeugplattform von Ford) konzipiert wurde, kann er auch eine Vielzahl anderer Aufgaben ausführen. . Traditionelle elektronische Architekturen haben sich seit den 1970er Jahren schrittweise weiterentwickelt.
Jedes Mal, wenn eine neue Funktion entwickelt wird, z. B. die adaptive Geschwindigkeitsregelung, die Unterstützung beim Einhalten der Fahrspur oder die Überwachung von toten Winkeln, verwendet jeder Zulieferer seinen eigenen Computer. Dies hat zu Hochleistungsfahrzeugen mit 100 oder mehr separaten Computern und 2 oder mehr Meilen Kupferkabel geführt.
Moderne Plattformen kombinieren diese Computer, was zu etwa 10-15 Geräten (oder sogar weniger) führt. Diese größeren und leistungsstärkeren Computer verwenden erheblich leistungsstärkere Prozessoren, um die gleiche Datenmenge zu verarbeiten, die zuvor auf Dutzende von Chips verteilt war.
Plattformen wie SVA bauen auf diesem Konzept auf, und das S32G eignet sich möglicherweise hervorragend für solche Anwendungsfälle. Dank des Vorhandenseins mehrerer Kerne kann ein Arbeitskräfteangebot bereitgestellt werden, mit dem Fehler erkannt werden können. Die E / A-Funktionen und Netzwerkmerkmale des neuen Chips sind ideal für den Empfang von Daten von Kameras, Radaren, Ultraschallsensoren und Lidars. ARM-Kerne können diese Daten verarbeiten und kombinieren, um dem Fahrer zu helfen.
Die Netzwerkbeschleunigung ist einer der Schlüsselaspekte des S32G. Ohne sie würde die Verarbeitung von Gigabit-Verbindungen etwa 90% der Rechenleistung der ARM-Kerne in Anspruch nehmen. Wenn der Beschleuniger eingeschaltet ist, sinkt die Last auf 0,2%, und die Prozessorkerne bleiben für andere Aufgaben frei.
Es ist unwahrscheinlich, dass der S32G eine solche Leistung aufweist, die es ihm ermöglicht, direkt mit solchen Chips wie dem kürzlich angekündigten Nvidia Orin zu konkurrieren, aber möglicherweise kann er in teilweise oder vollständig autonomen Fahrsystemen (L2 und L3) eine Alternative zu Xavier oder MobileQ EyeQ5 werden. Es kann auch Elektromotoren und Batteriemanagementsysteme steuern.
Drei Cortex-M7-Paare arbeiten im Zweikanalmodus. Jeder Kern in einem Paar führt den gleichen Code aus und bietet die Möglichkeit, Arbeitsanomalien innerhalb dieses Paares zu erkennen, während jedes Paar unterschiedliche Aufgaben ausführen kann. Vier Cortex-A53-Kerne können optional im Zweikanalmodus betrieben werden, wobei jedes Paar gleichzeitig Aufgaben an zwei Kernen ausführt. Die Verwendung dieses Modus hängt von der Art der Verwendung des S32G ab. Wenn eine solche Redundanz nicht erforderlich ist, können die vier A53 unabhängig voneinander betrieben werden.
Insgesamt verfügt der S32G über 20 CAN-Schnittstellen, 4 Gigabit-Ethernet-Schnittstellen und 2 PCI-Express-Schnittstellen der dritten Generation, die Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungsfällen bieten. NXP bietet aufgrund seiner breiten Palette an Anwendungen und Konfigurationen keine spezifischen maximalen Beschäftigungsmöglichkeiten wie einige Mitbewerber. Es verbraucht jedoch weniger als die Hälfte der Leistung früherer NXP-Chip-Lösungen, die Automobilingenieure zweifellos zu schätzen wissen.
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