60 Jahre Automobil Industrie Renesas: Chips für alle Fälle

Autor / Redakteur: Jürgen Goroncy und Hartmut Hammer / Claus-Peter Köth

Jedes auf der Welt hergestellte Auto enthält im Durchschnitt zehn Mikrocontroller von Renesas. Diese zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Leistungsfähigkeit und ein Layout für das jeweilige Einsatzgebiet aus.Mit neuen technischen Ansätzen lässt sich zudem der Energieverbrauch reduzieren und so Kraftstoff sparen.

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Renesas ging hervor aus der Zusammenlegung der Elektronik-Bereiche von Mitsubishi und Hitachi. Heute enthält jedes weltweit hergestellte Auto im Durchschnitt zehn Mikrocontroller des Unternehmens.
Renesas ging hervor aus der Zusammenlegung der Elektronik-Bereiche von Mitsubishi und Hitachi. Heute enthält jedes weltweit hergestellte Auto im Durchschnitt zehn Mikrocontroller des Unternehmens.
(Bild: Renesas)

Renesas entstand im Jahr 2003 durch Zusammenlegung der Elektronik-Bereiche von Mitsubishi und Hitachi. 2010 wurde durch die Fusion mit NEC Electronics die heutige Renesas Electronics Corporation gegründet. Erste Meilensteine der drei ursprünglichen Unternehmen waren zum Beispiel die ersten 8-bit-CAN-ASSPs im Jahr 1997 sowie die ersten 32-bit-CAN-ASSPs für Cockpit, elektrisch unterstützte Lenkung und Motormanagement im Jahr 1999. Bereits unter dem Namen Renesas kam 2004 die erste SH4a-MCU für Infotainment- und Navigationsanwendungen auf den Markt, 2006 folgte die erste SH2A-MCU für den Antriebsstrang. 2007 erfolgte die erste Implementierung von MOST in einem Gateway Controller. 2012 schließlich fiel der Startschuss für die R-Car-Produktfamilie, und 2014 der für die weltweit ersten 40 Nanometer-Mikrocontroller mit Embedded Flash.

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Vielfältige Anwendungsprofile

Aktuell legt Renesas den Fokus auf Anwendungen für Karosserie, Fahrwerk und Motor, Informationssysteme, Multimedia sowie Assistenzsysteme und automatisiertes Fahren. Paradebeispiel für die vielfältigen Eigenschafts- und Anwendungsprofile der Renesas-Lösungen ist die R-Car-Produktfamilie. Die einzelnen SoCs (System on Chip) variieren in der Rechenleistung um den Faktor 8, bei der Speicherbandbreite um den Faktor 3 und bei der Bildverarbeitungsgeschwindigkeit um den Faktor 4. Sie unterstützen viele Anwendungen in den Bereichen Konnektivität, Multimedia und ADAS (Avance Driver Information & Assistance Systems). Innerhalb dieser Produktfamilie verfügen zum Beispiel die Bausteine R-Car H2 und R-Car V2H über eine besonders hohe Rechenleistung bei geringem Leistungsbedarf. Während der R-Car H2 gezielt für den Einsatz in Instrumentenclustern entwickelt wurde, eignet sich der im August 2014 präsentierte Baustein R-Car V2H besonders für bildgestützte ADAS-Anwendungen wie etwa eine automatisierte Einparkhilfe.

Nicht von der Stange

Mit dem R-Car-V2H-Chip und bis zu sechs Kameras lässt sich ein Fahrzeug aus der Vogelperspektive auf dem Display darstellen. Er kann aber auch für die Navigation, zur Verkehrszeichenerkennung, für den Spurhalteassistenten oder ähnliche Anwendungen eingesetzt werden, die eine hohe Bildverarbeitungs- und -darstellungsleistung benötigen. Um die erforderliche Rechenleistung zur Verfügung zu stellen, ist der R-Car V2H mit speziellen Hardwarebeschleunigern ausgestattet. Dazu sind die ICs mit zwei bis zu einem Gigahertz getakteten Cortex-A15-Prozessorsystemen ausgestattet – mit jeweils zwei Prozessorkernen, Vektor-Gleitkomma-Einheit und einer SIMD-Engine. Die Anbindung an externe Speicher stellen eine DDR3-, SRAM- und serielle NOR-Schnittstelle sicher.

Einzigartige Rechenleistung

Zusätzlich ist eine IMP-X4-Engine integriert, die die Filterung zur Kantendetektion und die Vorverarbeitung der Bilddaten übernimmt und so die Objekterkennung ermöglicht. Zudem sind noch ein Videosignalprozessor, eine zwei- und eine dreidimensionale GPU sowie zwei frei programmierbare Cores zur Korrektur von Bildverzerrungen integriert. Letztere sorgen für die Korrektur der Fischaugenperspektive und die Bilddarstellung bei einem Head-up-Display. Sechs Videoeingänge und zwei Videoausgänge, CAN, Ethernet AVB, eine serielle Schnittstelle, QSPI, sechs I2C-Schnittstellen, eine serielle Audioschnittstelle und ein SD-Host IF bieten vielfältige Anschlussmöglichkeiten.

Im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten ist die Rechenleistung nach Angaben von Renesas einzigartig. So kann der Chip gleichzeitig bis zu fünf komprimierte Video-Streams per Ethernet ohne CPU-Einsatz in weniger als zehn Millisekunden dekomprimieren, Bilddaten von sechs Kameras mit einem Dynamikbereich von zwölf Bit verarbeiten, die Filterung durchführen, das Bild zusammensetzen und über den Videoeingang wieder ausgeben.

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Auf Sparen programmiert

Da ein Premiumfahrzeug heute bis zu 100 Steuergeräte haben kann, ist die komplette Steuerelektronik für bis zu fünf Gramm CO2-Emissionen verantwortlich – wohlgemerkt, ohne dass der Energiebedarf der angesteuerten Verbraucher dabei berücksichtigt wird! Um den effizienten Umgang mit Energie zu fördern, hat Renesas seinen R-Car-V2H-Baustein in unterschiedliche Power-Domänen unterteilt, die per Software angesteuert und beispielsweise in einen Leerlauf-Modus geschaltet werden können. Darüber hinaus wird eine dynamische Frequenzskalierung unterstützt. So liegt die typische Leistungsaufnahme unter fünf Watt.

Techniken für geringere Stromaufnahme

Ergänzend hat Renesas mehrere Techniken entwickelt, mit denen die Stromaufnahme der Mikrocontroller reduziert wird. Eine davon ist zum Beispiel die 40-Nanometer-Embedded-Flash-Prozesstechnik. Renesas hat einen speziellen Transistor mit verändertem physikalischem Aufbau für 32-bit-Mikrocontroller entwickelt, der den Stromverbrauch um etwa die Hälfte senkt. Als weitere Maßnahme hat das Unternehmen die digitale Architektur seiner Mikrocontroller so modifiziert, dass sie selbst bei extremen Stromsparmodi noch auf externe Signale reagieren. Diese Sparpotenziale des R-Car V2H in Kombination mit den neuen Prozessortechniken sind für Renesas der effizienteste und risikoärmste Weg für weniger Stromverbrauch bei Steuergeräten.

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