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2026年2月，瑞薩電子宣布其已開發(fā)出能夠使汽車SoC（片上系統(tǒng)）即使在芯片組配置下也能實(shí)現(xiàn)高性能AI處理并符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)技術(shù)。這些技術(shù)是為R-Car X5H開發(fā)的，R-Car X5H是一款面向汽車多域ECU的SoC，目前該公司已開始交付樣品。瑞薩電子計(jì)劃于2027年下半年開始量產(chǎn)R-Car X5H，并將其定位為一款適用于軟件定義汽車（SDV）時代的汽車SoC。

新開發(fā)的技術(shù)不僅能夠通過芯片組實(shí)現(xiàn)同時運(yùn)行多個應(yīng)用程序的高性能和靈活的可擴(kuò)展性，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)未來汽車SoC所需的“提高電源效率和安全性的結(jié)合”。

其中一項(xiàng)創(chuàng)新之處在于其獨(dú)特的架構(gòu)，即使在芯片組配置下也能支持汽車安全標(biāo)準(zhǔn)“ASIL-D”。他們開發(fā)了一種方法，可以將唯一的“區(qū)域 ID”映射到標(biāo)準(zhǔn)芯片間通信標(biāo)準(zhǔn)“UCIe”的物理地址空間并進(jìn)行傳輸。這使得內(nèi)存管理單元 (MMU) 和實(shí)時內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)安全的訪問控制，即使在芯片組之間也能滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，他們還實(shí)現(xiàn)了 51.2 GB/s 的高速傳輸。

另一項(xiàng)技術(shù)則將強(qiáng)大的AI處理能力與汽車級品質(zhì)相結(jié)合。此前模塊化的時鐘脈沖發(fā)生器（CPG）已被拆分，微型CPG（mCPG）被放置在子模塊級別。這顯著降低了共享時鐘源的延遲。

然而，當(dāng)mCPG采用多層結(jié)構(gòu)時，測試時鐘的同步變得困難。因此，本研究將測試電路集成到分層CPG架構(gòu)中，并將用戶時鐘和測試時鐘合并為一條路徑。此外，上下兩層mCPG即使在測試模式下也使用同一時鐘源進(jìn)行同步，從而可以同時調(diào)整所有mCPG。

此外，他們還開發(fā)了采用90多個功率域的功率門控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了功率效率和安全性的雙重提升。具體而言，該技術(shù)能夠根據(jù)運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)從幾毫瓦到幾十瓦的精確功率控制。功率開關(guān)（PSW）分為“環(huán)形”和“行形”兩種類型。通電時，環(huán)形PSW抑制浪涌電流，行形PSW均衡域內(nèi)的阻抗。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這使得IR壓降降低了約13%。

該系統(tǒng)采用雙核鎖步 (DCLS) 配置，其中主控單元和檢測器分別由獨(dú)立的電源開關(guān)和控制器控制。即使一側(cè)發(fā)生故障，也能通過鎖步運(yùn)行檢測到異常。此外，對每個電源開關(guān) (PSW) 的門極信號進(jìn)行回溯監(jiān)測，可在發(fā)生異常時檢測到關(guān)斷信號。電壓監(jiān)測采用耐溫差的數(shù)字溫度監(jiān)測器，使抗老化性能提高了 1.4mV。

3nm TCAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高的內(nèi)存密度

2026年2月18日，瑞薩電子（以下簡稱瑞薩）宣布推出采用3nm FinFET工藝的可配置三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器（TCAM）技術(shù)。該技術(shù)有助于提高TCAM密度、降低功耗并增強(qiáng)功能安全性，也可應(yīng)用于汽車SoC（片上系統(tǒng)）。

TCAM 是一種專用于搜索的存儲器，例如，它可以在一個時鐘周期內(nèi)從存儲器中存儲的所有信息中查找與輸入值匹配的數(shù)據(jù)。RAM 通過指定地址輸出數(shù)據(jù)，而 CAM 則通過地址輸入數(shù)據(jù)并輸出數(shù)據(jù)。

在汽車應(yīng)用中，TCAM 用于通信控制，以確定將從傳感器獲取的信息發(fā)送到哪個處理器。瑞薩電子目前為 7nm 及以下工藝提供 TCAM 的知識產(chǎn)權(quán) (IP)。

隨著5G的普及以及云計(jì)算和邊緣計(jì)算的擴(kuò)展，流量迅速增長，TCAM現(xiàn)在需要大規(guī)模且多樣化的配置，例如246位×4096條目。然而，依賴硬宏的傳統(tǒng)大容量TCAM面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如，由于存儲體和中繼器的增加，外圍電路面積增大，導(dǎo)致時序收斂困難。此外，搜索過程中的功耗也會增加。而且，汽車應(yīng)用還需要更高的功能安全性。

瑞薩電子新開發(fā)的TCAM硬宏是一個細(xì)粒度的內(nèi)存編譯器，支持8到64位的搜索鍵寬度和32到128的條目深度。通過將此硬宏與基于工具的自動軟宏生成技術(shù)相結(jié)合，可以構(gòu)建一個可配置的結(jié)構(gòu)，以單個宏的形式覆蓋廣泛的應(yīng)用，甚至可以支持246位×4096條目的大型結(jié)構(gòu)。這使得在單個芯片內(nèi)靈活、高密度地實(shí)現(xiàn)各種TCAM結(jié)構(gòu)成為可能。據(jù)瑞薩電子稱，該內(nèi)存密度為5.27 Mbits/mm2 ， “處于業(yè)界最高水平”。

該硬宏配備了完整的失配檢測電路，并執(zhí)行兩級流水線搜索。第二級根據(jù)第一級的搜索結(jié)果控制是否繼續(xù)或停止搜索，從而降低功耗。根據(jù)瑞薩電子的演示，在 64 位到 256 位 x 512 個條目的配置中，能耗降低了以下數(shù)值。

• 宏列（位寬）方向的流水線搜索（鍵值除以 64 位以上）：最高可減少 71.1% 的開銷

• 宏行（輸入深度）方向的流水線搜索（無鍵拆分/64 位或更少）：最多可減少 65.3% 的搜索量

在 256 位 x 512 項(xiàng)的配置下，搜索能耗僅為 0.167 fJ/位，表明其功耗極低。此外，時序負(fù)載也得到了分散，從而實(shí)現(xiàn)了更快的時鐘頻率，最終達(dá)到了 1.7GHz 的搜索速度。因此，TCAM 的整體性能指標(biāo) FOM（品質(zhì)因數(shù)，密度 x 速度/能耗）達(dá)到了 53.8，瑞薩電子表示，這“與之前的研究相比，性能最佳”。

汽車應(yīng)用的功能安全性也得到了增強(qiáng)。在TCAM中，地址相同的位單元在物理上是相鄰的，因此如果發(fā)生軟錯誤和雙位錯誤，則無法使用傳統(tǒng)的錯誤檢測/糾正方法SECDED（一種糾正一位錯誤并檢測兩位錯誤的ECC方法）來糾正錯誤。

相比之下，該技術(shù)將由用戶數(shù)據(jù)和 ECC 奇偶校驗(yàn)組成的數(shù)據(jù)總線分為奇數(shù)總線和偶數(shù)總線，以確保存儲單元之間的物理距離，從而將雙比特錯誤減少到相當(dāng)于單比特錯誤，并使其可糾正。

此外，通過將ECC奇偶校驗(yàn)信息存儲在專用SRAM中，并采用獨(dú)立于TCAM的地址解碼器，可以提高對寫入TCAM時選擇錯誤地址情況的檢測能力。這些改進(jìn)顯著提升了汽車應(yīng)用所需的功能安全覆蓋范圍。

這項(xiàng)技術(shù)不僅適用于汽車應(yīng)用，也適用于傳感器和處理器之間高速數(shù)據(jù)交換的工業(yè)和消費(fèi)電子設(shè)備。瑞薩電子將繼續(xù)開發(fā)此類存儲器架構(gòu)技術(shù)。

（來源：編譯自eetjp）

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