El sector de la automoción está experimentando una importante transformación, impulsada por innovaciones revolucionarias como los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), la conducción autónoma, los coches eléctricos y los vehículos conectados. Estas innovaciones de vanguardia requieren arquitecturas de sistema en chip (SoC) de última generación que puedan ofrecer un alto rendimiento, seguridad, bajo consumo, seguridad y conectividad sin precedentes para dar soporte a estas nuevas tecnologías.
A medida que los fabricantes de automóviles se apresuran a crear la próxima generación de vehículos de pasajeros, las arquitecturas SoC de automoción han surgido como un componente crítico en el proceso de diseño. Estos SoC se encargan de controlar todos los aspectos de un vehículo, incluidos la gestión del motor, ADAS, entretenimiento y sistemas de navegación.
En esta serie de artículos, profundizaremos en las cinco características críticas de las arquitecturas SoC de automoción que son esenciales para desarrollar la próxima generación de vehículos de pasajeros. Se trata de la informática en tiempo real y de alto rendimiento, la seguridad, el bajo consumo, la protección y la conectividad.
En primer lugar, la informática en tiempo real y de alto rendimiento es crucial en las arquitecturas SoC de automoción. En un sistema en tiempo real, los procesadores integrados deben responder dentro de un plazo para garantizar el funcionamiento seguro y determinista de las aplicaciones en las que el tiempo es un factor crítico. Esto es muy importante para tareas críticas para la seguridad, como la activación del airbag y los sistemas antibloqueo de frenos, en las que cualquier retraso en la respuesta puede provocar un accidente potencial. Además, a medida que los coches se vuelven más sofisticados y autónomos, requieren procesadores y capacidades gráficas aún más potentes para realizar tareas de cálculo intensivo como el procesamiento de vídeo, la detección de radares y el aprendizaje automático. Por lo tanto, los SoC de automoción tienen que proporcionar no sólo previsibilidad de temporización, sino también computación de alto rendimiento.
La seguridad también es una prioridad máxima en la industria del automóvil porque afecta directamente a la vida y el bienestar de conductores, pasajeros y otros usuarios de la carretera. Las unidades de procesamiento de vehículos deben cumplir normas de seguridad, como la ISO 26262, que incluye el análisis de peligros, la evaluación de riesgos y la validación de la seguridad. Incluso en condiciones ambientales difíciles, las arquitecturas de los vehículos deben comportarse correctamente para garantizar que los pasajeros y conductores estén protegidos de cualquier daño. Por este motivo, las unidades de control electrónico están equipadas con mecanismos de seguridad avanzados, como tolerancia a fallos basada en hardware, códigos de corrección de errores y circuitos redundantes, para garantizar un funcionamiento seguro y fiable del sistema.
En tercer lugar, el bajo consumo de energía es esencial en las modernas arquitecturas de SoC de automoción. Los SoC de automoción de gama alta se han desarrollado en 7nm, y algunas empresas ya están preparando sus diseños de nodos avanzados de próxima generación en 5nm. Las empresas de fundición afirman que los 5nm permiten al menos un 20% más de velocidad o un 40% menos de consumo, lo que los hace ideales para los nuevos procesadores integrados. Sin embargo, los SoC siguen siendo el componente eléctrico más potente que controla todos los aspectos de un vehículo. Las arquitecturas para automóviles deben proporcionar capacidades informáticas de alto rendimiento con un consumo de energía mínimo. Esto es fundamental para prolongar la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos e híbridos, maximizar su autonomía y reducir la necesidad de recargarlas con frecuencia. Para lograr un bajo consumo, los diseñadores de SoC pueden utilizar técnicas como el escalado dinámico de voltaje y frecuencia (DVFS), el power gating y el clock gating. Sin embargo, estas técnicas deben optimizarse cuidadosamente en función de los requisitos de rendimiento para garantizar la capacidad de respuesta y la fiabilidad del sistema.
La seguridad es otro aspecto crucial de las arquitecturas de SoC de automoción. Los vehículos, cada vez más conectados y automatizados, son más vulnerables a ciberataques que pueden provocar el robo de datos, fallos en el sistema e incluso daños físicos a conductores y pasajeros. La seguridad debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar SoC para vehículos. Deben implementarse funciones como el arranque seguro, las actualizaciones seguras de firmware, el cifrado de hardware y la autenticación. También hay que tener en cuenta normas de certificación de seguridad como la ISO/SAE 21434 para garantizar que los sistemas de automoción se desarrollan y prueban para cumplir requisitos de seguridad sólidos.
