Autor: Peter Bechberger, Director de Marketing de Productos SoC, Renesas
Cómo la computación centralizada, los chiplets y las cadenas de herramientas abiertas permiten arquitecturas sostenibles para vehículos definidos por software
Los vehículos definidos por software (SDV) están transformando radicalmente el diseño, el desarrollo y la evolución de los sistemas electrónicos automotrices a lo largo de la vida útil del vehículo. Los sistemas avanzados de asistencia al conductor, la percepción y la toma de decisiones basadas en IA, las funciones cada vez más complejas del habitáculo y la expectativa de actualizaciones inalámbricas continuas impulsan los requisitos de procesamiento mucho más allá de lo que las arquitecturas tradicionales de ECU altamente distribuidas pueden soportar de manera eficiente. Al mismo tiempo, la industria de semiconductores está experimentando rendimientos decrecientes con el escalado clásico de nodos de proceso. Cada nuevo nodo ofrece menores mejoras en rendimiento y eficiencia, mientras que el costo, la complejidad del diseño y el esfuerzo de calificación aumentan significativamente. Para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de nivel 1, esto crea un desajuste estructural: la complejidad del software y las exigencias de rendimiento aumentan rápidamente, mientras que el enfoque tradicional de depender de SoC monolíticos cada vez más grandes en los nodos de proceso más recientes se está volviendo económica y técnicamente restrictivo. Como resultado, las arquitecturas de electrónica vehicular están cambiando hacia plataformas de computación centralizadas combinadas con modelos de desarrollo que priorizan el software. En este contexto, el R-Car Gen5 de Renesas sirve como plataforma de computación central para vehículos con software definido (SDV), que combina las ventajas de integración de un SoC monolítico con la escalabilidad basada en chiplets y un SDK y una cadena de herramientas abiertos para abordar los requisitos del sistema automotriz.
Figura 1. Crecimiento de la demanda de computación en vehículos y plataforma de computación escalable
Computación centralizada como columna vertebral arquitectónica de los vehículos autónomos
La computación centralizada es un factor clave para los vehículos autónomos, ya que permite consolidar múltiples dominios del vehículo en una base de hardware y software compartida. En lugar de mantener numerosas unidades de control electrónico (ECU) dedicadas con pilas de software aisladas, una plataforma de computación centralizada puede alojar las funciones de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), la cabina, la puerta de enlace y la carrocería en un solo sistema, siempre que se gestionen correctamente los requisitos de criticidad mixta. Esta consolidación reduce la complejidad del sistema, el esfuerzo de cableado y los costos de integración, al tiempo que permite una arquitectura de software más coherente en todo el vehículo.
Figura 2. Transición a arquitecturas E/E centralizadas
R-Car Gen5 está diseñado para funcionar como una plataforma central de computación. Combina procesadores de aplicaciones de alto rendimiento con núcleos orientados a la seguridad y al tiempo real, lo que permite que cargas de trabajo con requisitos de temporización, seguridad y disponibilidad muy diferentes coexistan en una única plataforma. El enfoque arquitectónico no se centra únicamente en el máximo rendimiento computacional, sino también en el comportamiento predecible, la disponibilidad a largo plazo y la capacidad de soportar la evolución del software durante muchos años. Para los vehículos de desarrollo de software (SDV), esto es fundamental: el software ya no es estático en el punto de venta, sino que continúa evolucionando a lo largo del ciclo de vida del vehículo.
Desde la perspectiva del sistema, la computación centralizada también permite a los fabricantes de equipos originales (OEM) definir una base común de hardware y software para múltiples líneas de vehículos. Esto reduce la fragmentación y permite reutilizar de forma más eficaz los componentes, herramientas y procesos de software. El resultado no solo es un menor coste de desarrollo, sino también una mayor calidad y una implementación más rápida de nuevas funciones.
Escalabilidad basada en chiplets bajo las restricciones de la industria automotriz
Si bien la computación centralizada simplifica la arquitectura, no elimina la necesidad de escalar el rendimiento. Las cargas de trabajo de ADAS e IA, en particular, siguen creciendo rápidamente, impulsadas por un mayor número de sensores, una mayor resolución, el auge de la IA integrada en el habitáculo y modelos más sofisticados. Sin embargo, escalar el rendimiento aumentando continuamente el tamaño y la complejidad de los SoC monolíticos presenta limitaciones prácticas. Las restricciones de tamaño de la retícula, la degradación del rendimiento en chips grandes y los desafíos de la densidad de potencia hacen que este enfoque sea cada vez menos atractivo, especialmente para aplicaciones automotrices con estrictos requisitos de fiabilidad y cualificación.
Las arquitecturas de chiplets ofrecen una alternativa
Al descomponer un sistema en múltiples chips de silicio dentro de un único paquete, el rendimiento se puede escalar de forma más flexible y rentable. Para el uso automotriz, la principal ventaja no es la máxima modularidad por sí misma, sino la capacidad de añadir capacidad de computación donde se necesite sin rediseñar todo el SoC. R-Car Gen5 adopta esta filosofía al combinar un potente SoC base con la opción de ampliar el rendimiento mediante chiplets adicionales, especialmente para la aceleración de IA.
Este enfoque permite a los fabricantes de equipos originales (OEM) y a los proveedores de nivel 1 implementar una plataforma de hardware común en diferentes clases y niveles de equipamiento de vehículos, a la vez que diferencian el rendimiento mediante extensiones opcionales. Los vehículos de gama básica pueden utilizar la configuración base, mientras que las variantes de gama alta o las actualizaciones posteriores del ciclo de vida pueden integrar recursos de computación adicionales. Es importante destacar que esta escalabilidad está diseñada para respetar las restricciones del sector automotriz, como la seguridad funcional, la fiabilidad a largo plazo y el comportamiento predecible. En lugar de acoplar estrechamente todos los chips mediante memoria compartida, la arquitectura prioriza la comunicación controlada y límites claros para la contención de fallos.
Figura 3. Plataforma SoC escalable con extensiones de computación mediante chiplets
Manteniendo un modelo de software unificado
La modularidad del hardware solo genera valor si no fragmenta el entorno de software. Para los SDV, la reutilización y la portabilidad del software son esenciales, ya que el esfuerzo de validación y certificación aumenta rápidamente con la complejidad del sistema. Por lo tanto, un requisito fundamental es que la escalabilidad del hardware —ya sea mediante núcleos o chiplets adicionales— no obligue a realizar cambios fundamentales en la arquitectura del software.
R-Car Gen5 y sus extensiones de chiplets están diseñados para presentar un sistema lógico unificado al software. Las interfaces estandarizadas, la virtualización y las capas de abstracción garantizan que se acceda a los aceleradores de forma consistente, independientemente de si están integrados en el SoC base o se proporcionan mediante un chiplet. Desde la perspectiva del sistema operativo y las aplicaciones, los recursos de computación adicionales aparecen como parte del mismo sistema, en lugar de como dispositivos de casos especiales.
Este modelo de software unificado reduce el esfuerzo de integración y limita la necesidad de ramas de software específicas para cada variante. También simplifica el mantenimiento a largo plazo, ya que las actualizaciones de software y las nuevas funcionalidades se pueden desarrollar y validar con una abstracción de plataforma consistente, incluso a medida que evoluciona el hardware subyacente.
SDK y conjunto de herramientas abiertos como palanca para acelerar el lanzamiento al mercado
A medida que aumenta el contenido del software, la eficiencia del desarrollo se convierte en un factor decisivo para la competitividad. La capacidad del hardware por sí sola es insuficiente si la puesta en marcha de las plataformas y la integración del software lleva demasiado tiempo. Renesas aborda este problema mediante un SDK y un conjunto de herramientas abiertos, conocidos como la plataforma R-Car Open Access (RoX), con el SDK Whitebox como configuración base.
El énfasis está en proporcionar un entorno de desarrollo coherente y orientado a la producción, en lugar de una colección de herramientas inconexas. Linux y Android constituyen la base del software de alto nivel, complementado con soporte para virtualización y opciones para sistemas operativos en tiempo real cuando sea necesario. Se utilizan API estándar e interfaces abiertas para minimizar la dependencia de un proveedor específico y facilitar la portabilidad entre proyectos y generaciones de hardware.
Un aspecto particularmente importante es la capacidad de iniciar el desarrollo de software con antelación. Las plataformas virtuales y los entornos de desarrollo basados en la nube permiten a los equipos comenzar los flujos de trabajo de integración, pruebas y CI/CD antes de que el hardware final esté disponible. Este enfoque de desarrollo anticipado reduce el riesgo de integración tardía y acorta los plazos generales de desarrollo, una ventaja cada vez más importante a medida que se multiplican los programas de vehículos y se amplía el alcance del software.
Figura 4. Plataforma RoX Open SDV
Implicaciones a nivel de sistema para fabricantes de equipos originales (OEM) y proveedores de nivel 1
La combinación de computación centralizada, escalabilidad basada en chiplets y una cadena de herramientas abierta tiene importantes implicaciones a nivel de sistema. Los OEM obtienen la capacidad de definir plataformas de computación y software estables que abarcan múltiples generaciones de vehículos, preservando las inversiones en software y reduciendo los cambios arquitectónicos. Los proveedores de nivel 1 se benefician de objetivos de integración más claros y un entorno de desarrollo compartido que reduce la duplicación de esfuerzos y acelera la colaboración.
Desde la perspectiva del ciclo de vida, este enfoque permite una escalabilidad incremental del rendimiento y el crecimiento de funcionalidades sin cambios disruptivos en el hardware al final del programa. También se alinea bien con el despliegue de funcionalidades mediante actualizaciones inalámbricas (OTA), donde se puede introducir nueva funcionalidad años después del inicio de la producción en serie (SOP), siempre que exista suficiente capacidad de computación o rutas de actualización modulares.
Conclusión
La transición a los vehículos definidos por software pone de manifiesto las limitaciones de los enfoques tradicionales de la computación automotriz. Las plataformas de computación centralizadas se están volviendo esenciales, pero deben ser escalables, compatibles con software y adecuadas para ciclos de vida prolongados en la industria automotriz. R-Car Gen5 combina una arquitectura de computación centralizada con escalabilidad basada en chiplets y un SDK y conjunto de herramientas abiertos para satisfacer estos requisitos a nivel de sistema.
En lugar de depender de SoC monolíticos cada vez más grandes, el enfoque se centra en la modularidad, la reutilización y la eficiencia del desarrollo bajo las limitaciones reales de la industria automotriz. Para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de nivel 1, la computación escalable y las plataformas de software unificadas ya no son optimizaciones opcionales, sino elementos fundamentales para arquitecturas SDV competitivas.
