Schneller als NOR Für E/E-Architekturen in Autos: Erster LPDDR4-Flash-Speicher

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3,2 GByte/s Durchsatz, Multibank-Zugriff, Ein- oder Zweikanalbetrieb: Für Semper X1 hat Infineon das Schnittstellenprotokoll des bewährten LPDRR4-DRAM mit Flash-Speicher kombiniert. Der Hersteller verspricht eine deutlich bessere Performance und Skalierbarkeit gegenüber bisherigen xSPI-NOR-Flash-Bausteinen – und die Eignung für moderne Automotive-Zonenarchitekturen.

Elektronisch/Elektrische Architekturen in modernen Fahrzeugen sind zunehmend in Zonen (Domänen) aufgeteilt. Die Steuerung dieser Domänen übernehmen Zonencontroller. Diese leiten nicht nur beispielsweise von Sensoren generierte Daten zur zentralen Verarbeitungseinheit (ECU) weiter, sondern übernehmen auch Echtzeitberechnungen für sicherheitsrelevante Funktionen wie Bremsen, Lenkung und das Steuern des Antriebsstrangs.

Diese erhöhte Komplexität, intelligente Vernetzung und immer höhere Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit führen dazu, dass zukünftige Fahrzeuge verstärkt auf moderne Multicore-Prozessoren in den Zonen angewiesen sind. Damit diese möglichst energieeffizient arbeiten, werden sie für eine Fertigung mithilfe moderner Fertigungsprozesse mit immer kleineren Technologieknoten hin entwickelt. Diese sind jedoch für das direkte Integrieren von ausreichend nichtflüchtigem (Flash-)Speicher ungeeignet beziehungsweise zu teuer.

Multibank-Architektur für gute Skalierbarkeit und Echtzeit

Daher müssen Systementwickler zum Beispiel externen NOR-Speicher für die Codespeicherung einsetzen. Das Problem: Die komplexen Echtzeitprozessoren für die Automobilindustrie erfordern eine bessere Performance, als die derzeit auf dem Markt erhältlichen Speicher bieten können. Daher hat Infineon den Semper X1 mit einer LPDDR4-Schnittstelle entwickelt, die mit 3,2 GByte/s und einer Multibank-Architektur arbeitet.

Diese hat gegenüber dem gewöhnlich genutzten SPI-Interface den Vorteil, das unterschiedliche Prozessorkerne eines Multi-Core-Controllers gleichzeitig auf verschiedene Bänke des Speichers zugreifen können. Dadurch steigt die Verarbeitungsgeschwindigkeit insgesamt. Gegenüber einem per xSPI (Octal) angebundenen NOR-Flash soll das LPDDR-Flash eine rund 20-mal höhere Performance bei zufälligen Lesevorgängen für Echtzeitanwendungen erreichen, verspricht der Hersteller. Dank der Multi-Bank-Architektur soll Semper X1 auch Over-the-Air-Firmware-Updates ohne Ausfallzeiten durchführen können. Das Produkt ist laut Infineon ISO26262 ASIL-B-konform und bietet eine erweiterte Fehlerkorrektur sowie weitere Sicherheitsfunktionen.

Ein- oder Zweikanalbetrieb möglich

Aktuelle Standard-Octal-SPI-Bausteine verwenden LVCMOS-Ein- und Ausgänge (low voltage complementary metal oxide semiconductor) und takten mit maximal 200 MHz. Die Bandbreite ist somit beschränkt, lässt sich nicht durch eine höhere Taktfrequenz erweitern. Ein Umstieg auf DRAM, HyperDRAM (HPM) oder GDDR DRAM sei aus Sicht Infineons nicht sinnvoll, weshalb man sich für die LPDDR4-Schnittstelle entschieden habe.

Diese ermöglicht einen ein- oder zweikanaligen Betrieb – und öffnet damit einen Pfad für eine gute Skalierbarkeit. Mit dem LPDDR4-Protokoll lassen sich Befehle und Adressen zudem von den Daten trennen. Dies ermöglicht effizientes Pipelining, was die nötigen Zyklen reduziert und einen schnellen Zugriff auf die Daten ermöglicht.

Laut Infineon ist Semper X1 ab sofort als Muster erhältlich, die kommerzielle Verfügbarkeit ist für 2024 geplant. Weitere Informationen sind erhältlich unter www.infineon.com/semper-x1-lpddr-flash.

Hintergrund

Der Speicher basiert auf der Technologie des 2019 von Infineon gekauften Chipherstellers Cypress Semiconductor. Den ersten Semper-Speicher brachte Cypress Semconductor 2018 als erstes ISO26262-konformes und partitionierbares NOR-Flash auf den Markt. Dann folgte die Übernahme von Cypress durch Infineon. Semper Secure war dann 2020 das erste Produkt, in dem Cypress-Speicher-Knowhow und Infineon-Security-Technik (Hardware-basierten Vertrauensanker, „root-of-trust“) in einem NOR-Baustein verschmolzen. Die Secure-Variante teilt die grundlegende Speicherarchitektur der NOR-Flash-Chips und erweitert die integrierten Schutzfunktionen, die den Speicherinhalt vor nicht autorisierten Zugriffen schützen, um weitere Mechanismen für funktionale Sicherheit. (me)

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