Architektura RISC-V w motoryzacji

Nowa rodzina AURIX obejmie szeroki zakres zastosowań motoryzacyjnych – od mikrokontrolerów klasy podstawowej po mikrokontrolery o wysokiej wydajności, wykraczające swoimi możliwościami poza dostępne obecnie na rynku rozwiązania. Podczas Embedded World 2025 Infineon zaprezentował wirtualny prototyp, który powstał przy współpracy kluczowych partnerów ekosystemu. Jest to zestaw startowy dla partnerów Infineon, którzy chcą rozpocząć tworzenie oprogramowania przed udostepnieniem krzemu.

- Infineon dąży do tego, aby RISC-V stał się otwartym standardem dla branży motoryzacyjnej - powiedział Peter Schiefer, prezes działu motoryzacyjnego Infineon. - W erze pojazdów definiowanych programowo, wydajność w czasie rzeczywistym, zabezpieczone obliczenia, a także elastyczność, skalowalność i uniwersalność oprogramowania stają się jeszcze ważniejsze niż dzisiaj. Mikrokontrolery oparte na RISC-V pomagają sprostać tym złożonym wymaganiom, jednocześnie redukując złożoność pojazdu i czas wprowadzania na rynek.

Infineon jest światowym liderem rynku mikrokontrolerów samochodowych, z udziałem rynkowym wynoszącym 28,5 procent (źródło: TechInsights: Automotive Semiconductor Vendor Market Shares. 2001 through 2023). Celem upowszechnienia technologii RISC-V, Infineon, Bosch, Nordic Semiconductor, NXP i Qualcomm utworzyły spółkę Quintauris, której misją jest przyspieszenie standaryzacji na rynku motoryzacyjnym. Umożliwi to społeczności zajmującej się narzędziami programistycznymi wsparcia, pozwalającego na wdrożenie wielkoskalowych rozwiązań. Infineon jest pierwszym dostawcą półprzewodników, który ogłosił wprowadzenie na rynek rodziny mikrokontrolerów RISC-V przeznaczonych do zastosowań motoryzacyjnych. Jako światowy lider w produkcji mikrokontrolerów samochodowych, Infineon dostrzega ogromny potencjał przyszłych innowacji w zakresie mikrokontrolerów i inwestuje w platformę opartą na architekturze RISC-V jako kluczowy element strategii. Niemiecka firma uważa, że RISC-V to oszczędny i efektywny kosztowo punkt wyjścia do tworzenia wydajnych, niezawodnych i skalowalnych produktów przyszłości, które będą odpowiadać na nowe wyzwania i zastosowania w motoryzacji w ciągu najbliższych 5–10 lat.

Aby ułatwić wdrożenie przyszłej rodziny produktów, Infineon ściśle współpracuje z partnerami dostarczającymi oprogramowanie i narzędzia w celu stworzenia kompleksowego ekosystemu. Zaprezentowany na Embedded World 2025 wirtualny prototyp zestawu startowego opiera się na zestawie narzędzi strategicznego partnera Infineon, Synopsys. Pomoże to w rozwoju ekosystemu i przyspieszy jego rozwój, ponieważ pozwoli partnerom firmy Infineon rozpocząć opracowywanie oprogramowania i narzędzi dla architektury RISC-V firmy Infineon już teraz, zanim krzemowa struktura mikrokontrolera stanie się dostępna.

Kilku partnerów, takich jak IAR, Elektrobit, Green Hills, HighTec, Lauterbach, PLS, Synopsys i Tasking, zaczęło już korzystać z zestawu narzędzi do tworzenia oprogramowania i zaprezentowało swoje pierwsze rozwiązania na Embedded World 2025. W 2025 roku dołączą do nich kolejni partnerzy. Na podstawie ich rozwiązań wirtualny prototyp przekształci się w pełnoprawnego cyfrowego bliźniaka przyszłej rodziny mikrokontrolerów Infineon, umożliwiając klientom skrócenie czasu wprowadzania produktu na rynek.

RISC-V w motoryzacji

Jednym z megatrendów w branży motoryzacyjnej jest tworzenie pojazdów określanych jako Software Defined Vehicle (SDV), w których główne innowacje i nowe funkcje pojazdu opierają się na mocy oprogramowania, działającego na ograniczonej liczbie coraz bardziej wydajnych komputerów samochodowych. SDV to ważny krok naprzód, ale czy oznacza on koniec rozwoju mikrokontrolerów w motoryzacji? Infineon, który od ponad 20 lat projektuje mikrokontrolery samochodowe, pisze na swoich stronach, że kolejna fala innowacji zostanie osiągnięta dzięki postępowi w zakresie niezawodności, przystępności cenowej, bezpieczeństwa, zabezpieczeń czy sztucznej inteligencji. Zdaniem firmy, RISC-V ISA to kluczowa technologia, która pomoże stawić czoła tym wyzwaniom i umożliwi stworzenie przyszłych generacji mikrokontrolerów samochodowych, które będą obsługiwać szereg innowacyjnych funkcji, od elektryfikacji po zwiększone możliwości jazdy autonomicznej.

Mikrokontrolery samochodowe uległy dużym zmianom w ciągu ostatnich 20 lat. W latach 2000–2010 najważniejszym czynnikiem było zwiększenie wydajności. Motoryzacja przeszła z 8 do 16, a następnie do 32 bitów. Zaczęto także opracowywać pierwsze komponenty wielordzeniowe, w których kluczem do wydajności były zdolność do pracy w czasie rzeczywistym i niskie opóźnienia przerwań. Wydajność zawsze ma znaczenie, ale w latach 2010. zaczęto również zwracać uwagę na bezpieczeństwo (czego wyrazem było wprowadzenie normy ISO26262) oraz zabezpieczenia, dodając nowe instrukcje i sprzętowe moduły bezpieczeństwa (Hardware Security Modules, HSM). Od 2020 roku oprogramowanie i sztuczna inteligencja stały się nowymi zagadnieniami, którym dodano funkcje wirtualizacji i akceleracji.

Kolejna fala innowacji w dziedzinie mikrokontrolerów przyniesie dalszy przełom dzięki przejściu na algorytmy sztucznej inteligencji, większemu skupieniu na kosztach i umożliwieniu produkcji tańszych samochodów oraz przyspieszeniu rozwoju, dzięki czemu cykl projektowania pojazdu ma skrócić się z obecnych 5-7 lat do zaledwie 2 lat. Wydajność nadal ma duże znaczenie, ponieważ coraz więcej zadań jest uruchamianych jednocześnie, na jednym kontrolerze samochodowym. Możliwości działania w czasie rzeczywistym, determinizm i niskie opóźnienia, niezawodność i dostępność są kluczowymi zagadnieniami dla przyszłości systemów ładowania pojazdów elektrycznych wysokiego napięcia i sterowania silnikami. Kolejnymi wyzwaniami są możliwości wykrywania i usuwania usterek oraz bezpieczeństwo w świecie kryptografii postkwantowej. Wreszcie, istotne jest też skupienie się na elastyczności wykorzystania i skalowalności, tak aby mieć pewność, że inwestycja oprogramowanie będzie skalowalna w przypadku różnych architektur pojazdów.

Tradycyjnie mikrokontroler ma dwa zadania: zarządzanie systemem (w tym zarządzanie resetowaniem i obsługą trybu zasilania) oraz sterowanie w czasie rzeczywistym (w tym obsługę przerwań o niskim opóźnieniu i układanie sekwencji zadań). Jednak obecnie kontroler musi wykonać również nowe zadania. Wbudowane akceleratory zapewniają możliwości niezbędne do zapewnienia bezpieczeństwa i obsługi zadań pochodzących konkretnych aplikacji, np. radarów. Poszczególne bloki zajmują się wysokowydajnym przetwarzaniem danych i złożonymi zadaniami oraz zarządzaniem pamięcią. Dodatkowo, wzrost obciążeń związanych ze sztuczną inteligencją wymaga również odpowiednio większej wydajności.

Dlaczego RISC-V?

Szeroki zakres funkcji oznacza, że ​​nowoczesny mikrokontroler samochodowy wymaga wielu różnych rdzeni przetwarzających, o różnych możliwościach. Zamiast implementować rdzenie przy użyciu różnych architektur, RISC-V może być postrzegany jako oszczędny, skalowalny i ekonomiczny sposób realizacji zróżnicowanych wymagań obliczeniowych, stawianych przyszłym mikrokontrolerom.

• Ogromną zaletą RISC-V jest to, że można implementować wszystkie rdzenie, korzystając z tej samej architektury. Jest to cenna zaleta dla klientów, którzy mogą wykorzystywać to samo środowisko programistyczne i te same zestawy narzędzi do tworzenia swoich projektów.
• W zastosowaniach motoryzacyjnych wymagana jest niezawodność, czyli możliwość utrzymania dostępności systemu w przypadku awarii jego poszczególnych elementów. ISA RISC-V zapewnia dobrą podstawę umożliwiającą łagodną degradację, resetowanie uszkodzonych części systemu i zachowanie jego funkcjonalności.
• Wspomniany wcześniej zakres możliwości i wydajności sprawia, że ​​ kluczowym wyzwaniem jest skalowalność. Architektura RISC-V rozwiązuje ten problem poprzez zastosowanie rozszerzeń. Na tej samej bazie ISA można dodawać funkcje związane z bezpieczeństwem, przetwarzaniem w czasie rzeczywistym, przetwarzaniem danych i uczeniem maszynowym, tak aby spełnić wszystkie zróżnicowane wymagania dotyczące przetwarzania.
• Otwarty i inkluzywny charakter RISC-V ISA sprzyja dzieleniu się wiedzą w obrębie ekosystemu, co prowadzi do tworzenia społeczności i napędza innowacyjność.

Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 11 września 2025. Zapisz się tutaj!