El nuevo SEMPER X1 de Infineon aborda los desafíos de latencia de los vehículos eléctricos y los vehículos inteligentes

Infineon Technologies presentó la semana pasada la primera memoria flash LPDDR de la industria automotriz para respaldar el desarrollo de nuevos sistemas E/E (eléctricos y electrónicos) para vehículos semiautónomos. La solución Infineon SEMPER X1 LPDDR Flash proporciona una ejecución de código segura, confiable y en tiempo real, que es esencial para el control de dominios y zonas automotrices.

Según Infineon, el dispositivo permite transacciones de lectura aleatoria 20 veces más rápidas para aplicaciones en tiempo real y funciona ocho veces mejor que la memoria Flash NOR convencional. Caracterizar este tipo de mejora del rendimiento como notable no es exagerado.

La memoria flash NOR típica a menudo se denomina almacenamiento no volátil, lo que significa que los dispositivos de almacenamiento con ese tipo de memoria flash retienen los datos sin usar una batería u otro suministro de voltaje. Esta capacidad ha hecho posible que los automóviles dependientes del software ofrezcan características de vanguardia con mayor seguridad y flexibilidad arquitectónica.

Los autos de próxima generación son computadoras sobre ruedas

Como he observado en columnas anteriores, los automóviles modernos se han convertido en computadoras sobre ruedas en los últimos 20 años. Los automóviles de próxima generación dependen de computadoras multinúcleo de última generación creadas utilizando técnicas de fabricación modernas.

Dado que se necesitan inteligencia y conectividad en tiempo real para satisfacer la necesidad de seguridad y confiabilidad en escenarios de conducción autónoma, las memorias no volátiles integradas de mayor densidad ya no son una alternativa financieramente viable. Sin embargo, estas sofisticadas computadoras automotrices en tiempo real requieren un rendimiento más extraordinario que el que ofrecen las soluciones de memoria actuales.

Infineon creó SEMPER X1 con una interfaz LPDDR4 probada que funciona a 3,2 GB/segundo y una arquitectura multibanco para abordar las necesidades de densidad y rendimiento del controlador de zona y dominio.

Funciones tradicionales críticas para la seguridad en un automóvil de próxima generación (Fuente: Infineon Technologies)

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La propuesta de valor resultante es bastante convincente. Infineon combina la memoria flash con una interfaz LPDDR (Low Power Double Date Rate) para permitir un rendimiento y una escalabilidad más espectaculares que la memoria flash xSPI NOR para satisfacer los nuevos requisitos de los diseños de zonas automotrices. La elección de Infineon de utilizar esta interfaz es inteligente, dado que la interfaz ha estado en el mercado durante años y tiene una reputación de implementación de bajo riesgo.

Desde el punto de vista de los vehículos, la transición a arquitecturas de vehículos definidas por software ha provocado un desafío de memoria para los diseños de automóviles de próxima generación. La memoria Flash xSPI NOR tradicional es inadecuada por varias razones, siendo el costo la principal. SEMPER XI aprovecha el método de interfaz LPDDR de la industria DRAM para abordar los nuevos requisitos informáticos en la industria del automóvil.

Preguntas clave del sector automovilístico: rendimiento creciente, demandas de densidad

Los automóviles semiautónomos de próxima generación requieren cada vez más memoria flash y un rendimiento más rápido. Los automóviles llevan algún tiempo avanzando hacia diseños zonales con procesamiento en tiempo real sin concesiones. Estas demandas de mayor rendimiento simplemente no pueden satisfacerse con lo que ofrece hoy en día el almacenamiento flash NOR ordinario.

El creciente número de controladores de dominio y zona que aparecen en los vehículos semiautónomos de próxima generación deben procesar enormes volúmenes de datos en tiempo real y al mismo tiempo consolidar numerosas operaciones críticas para la seguridad.

Estos controladores de zona tienen intensas necesidades informáticas en tiempo real. Si bien estos controladores envían información a la ECU (Unidad de control electrónico) principal, estos controladores zonales también deben gestionar la dirección, el motor y otras funciones críticas de seguridad.

Los controladores de zona automotrices se presionan constantemente para que proporcionen mayores niveles de rendimiento para cumplir con estos requisitos de procesamiento en tiempo real. Un controlador con memoria integrada a bordo simplemente no puede manejar este elevado nivel de procesamiento complejo.

Se necesita un acceso más rápido al flash externo

Los requisitos de procesamiento de los diseños de automóviles de próxima generación han inducido a un alejamiento de los procesadores en tiempo real con pocos núcleos de CPU y flash integrado. En términos generales, se puede afirmar razonablemente que la evolución de la tecnología de semiconductores ha provocado un desajuste entre la CPU y la memoria.

Dada la presión de costos en los mercados de automóviles inteligentes y vehículos eléctricos, agregar flash integrado no es económicamente viable utilizando los nodos de proceso de semiconductores avanzados empleados por esas soluciones de procesador.

La realidad es que se necesitan procesadores multinúcleo rápidos y en tiempo real, que funcionen desde una memoria flash externa, para cumplir con los requisitos de los diseños automotrices de próxima generación.

Las tecnologías flash integradas calificadas para automóviles tienen dificultades con el alto costo (grandes áreas de matriz) y la falta de escalabilidad en los nodos de fabricación avanzados. Además, la industria requiere memoria flash adicional para adaptarse al tamaño y la complejidad del código en expansión.

xSPI no es escalable y se queda sin gasolina

Todos estos factores parecen haber influido en el papel de Infineon en el desarrollo de la memoria Flash LPDDR.

El vicepresidente de marketing y aplicaciones de Infineon, Sandeep Krishnegowda, ha dejado claro que la empresa utilizó comentarios de OEM de alto perfil para ayudar a definir la categoría de memoria LPDDR como la solución adecuada para abordar la creciente necesidad de capacidad informática en tiempo real para la ejecución de código mediante procesadores multinúcleo. . Este enfoque tiene sentido ya que el acceso aleatorio rápido es el núcleo del flash LPDDR.

Sin duda, este método acelera las tasas de ejecución. Según Infineon, en comparación con un chip flash Octal (x8) xSPI NOR típico, el uso de flash LPDDR proporciona un sorprendente aumento de 20 veces en el rendimiento. Por el contrario, esta mejora del rendimiento es necesaria para pasar de los cálculos en tiempo real dentro de la CPU a los de la memoria externa.

Con su interfaz LPDDR, el flash SEMPER X1 puede ofrecer velocidades de rendimiento de hasta 3,2 GB/segundo. Su diseño de múltiples bancos permite cambios de firmware inalámbricos sin tiempo de inactividad, lo cual es fundamental en escenarios de conducción autónoma. El dispositivo también incluye corrección de errores mejorada y otras medidas de seguridad, y cumple con la norma ISO 26262 ASIL-B.

Otros factores entran en juego al impulsar la sustitución de xSPI por flash LPDDR.

En primer lugar, xSPI, como interfaz heredada, no sólo es demasiado lenta sino que no escala adecuadamente desde el punto de vista de las necesidades futuras. Este factor crítico también está impulsando la demanda de flash LPDDR. Además, los dispositivos xSPI disponibles actualmente en el mercado utilizan un enfoque de semiconductor complementario de óxido metálico (LVCMOS) de bajo voltaje que no puede escalar más allá de 200 MHz, lo que genera la necesidad de una solución con mayor ancho de banda.

Dado ese contexto, los dispositivos flash Octal xSPI convencionales no son adecuados para la ejecución de código porque no pueden acomodar los procesadores multinúcleo gigahercios actuales.

Pensamientos finales

SEMPER X1 de Infineon es un paso esencial en esa dirección, ya que facilita un control del motor más complejo y la toma de decisiones en tiempo real reforzada por una arquitectura de memoria que puede crecer independientemente de la CPU.

Será fascinante observar esta nueva categoría de memoria no volátil a medida que crece el ecosistema. Mi reciente podcast con Krishnagowda proporciona una visión intrigante de lo que él cree que son las implicaciones disruptivas de este nuevo anuncio.

Infineon ha sido un poco cauteloso con respecto a las categorías de mercado más allá del espacio automotriz al que podría resultar atractiva la memoria flash LPDDR.

Linus Wong, director de gestión de productos de Infineon para SEMPER X1, reconoce que las aplicaciones médicas, de seguridad y de almacenamiento pueden generar un gran interés en esta nueva capacidad de almacenamiento. “Cuando miramos estos mercados secundarios, todo se reduce a la propuesta de valor mejorada para [usage models] que pueden aprovechar las mejoras de latencia medidas en miles de segundos”, dijo.

Finalmente, no es insignificante que Infineon haya asumido un papel de liderazgo en la industria al lanzar esta nueva solución de memoria. La seriedad de la compañía, su larga reputación de excelencia en el diseño y su historial de ejecución sólida, que es crucial con los autos de próxima generación con alto ASP, son vientos de cola que respaldan favorablemente la aceptación en el mercado de la memoria flash LPDDR.

Según Infineon, SEMPER X1 se encuentra actualmente en fase de muestreo y su lanzamiento comercial está previsto para 2024.