Renesas bringt pinkompatible 64-Bit-MPUs für fortschrittliche HMI- und IoT-Anwendungen auf den Markt

Renesas Electronics hat die 64-Bit-Mikroprozessorserien RZ/G3L und RZ/G3SE vorgestellt, die heterogene Rechenkerne mit dedizierten Hardware-Architekturen für das Power-Gating integrieren. Die Bauelemente richten sich an industrielle Automatisierungssysteme, intelligente Einzelhandelsterminals, Mensch-Maschine-Schnittstellen im medizinischen Bereich, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und Edge-verbundene digitale Lieferketteninfrastrukturen.

Heterogene Verarbeitungsarchitektur und Speicherintegrität
Eingebettete Systeme benötigen zunehmend eine ausgewogene Kombination aus Anwendungsverarbeitung und deterministischer Echtzeitsteuerung. Die Mikroprozessoren RZ/G3L und RZ/G3SE verfügen über eine Multi-Core-Topologie mit bis zu vier 64-Bit-Arm-Cortex-A55-Kernen, die mit Taktfrequenzen von bis zu 1,2 GHz für anspruchsvolle Software-Stacks arbeiten. Ein integrierter Arm-Cortex-M33-Mikrocontrollerkern mit 200 MHz übernimmt Echtzeit-Ein-/Ausgabeoperationen und die Systemüberwachung.

Die Systemzuverlässigkeit in Betriebsumgebungen mit hoher elektromagnetischer Störbelastung wird durch Speicherschutzmechanismen gewährleistet. Die Prozessorarchitektur integriert Hardware zur Fehlerprüfung und -korrektur sowohl in internen Speicherstrukturen als auch in externen 16-Bit-DDR4- und LPDDR4-Speicherschnittstellen mit Datenraten von bis zu 2133 MT/s. Um anspruchsvollen Umgebungsbedingungen standzuhalten, ist das Silizium für Sperrschicht-Betriebstemperaturen von −40 bis 125 °C ausgelegt.

Energiemanagement und schnelle Aufwachbetriebszustände
Kontinuierlich betriebene IoT-Endgeräte sehen sich häufig strengen thermischen und energetischen Einschränkungen gegenüber. Die RZ/G-Siliziumarchitektur der dritten Generation integriert eine proprietäre Energieverwaltungseinheit, die die statische Leistungsaufnahme im Deep-Standby-Modus auf etwa 1 mW reduziert.

Dieser Energiesparzustand erhält die Inhalte des flüchtigen Arbeitsspeichers des Betriebssystems. Wenn externe Ereignisse einen Interrupt auslösen, nimmt der Prozessor die Ausführung des Linux-Kernels wieder auf, ohne einen vollständigen Kaltstart durchführen zu müssen. Dieses Betriebsverhalten unterstützt batteriegepufferte oder energiebegrenzte Knoten, die eine schnelle Netzwerkreaktion und eine kontinuierliche Bereitschaft für Telemetriedaten erfordern.

Grafikbeschleunigung und funktionale Skalierbarkeit
Um unterschiedliche Anforderungen an visuelle Darstellungen zu unterstützen und gleichzeitig Leiterplattenlayouts beizubehalten, sind RZ/G3L und RZ/G3SE pinkompatibel. Hardwareentwickler können ein einheitliches Leiterplattenlayout so auslegen, dass es sowohl schaltungslose Steuerungssysteme ohne Display als auch hochauflösende grafische Benutzeroberflächen unterstützt. Beide Prozessorvarianten sind entweder als 14 × 14 mm großes LFBGA-Gehäuse mit 400 Pins oder als 17 × 17 mm großes LFBGA-Gehäuse mit 368 Pins erhältlich.

Die Variante RZ/G3L verfügt über eine mit 600 MHz getaktete Arm-Mali-G31-Grafikprozessoreinheit sowie einen integrierten Hardwarebeschleuniger für die H.264-Videokodierung und -dekodierung. Diese Konfiguration verarbeitet Full-HD-Videostreams mit 1080p sowie 3D-Benutzeroberflächen für interaktive Geräte wie medizinische Diagnosedisplays und Point-of-Sale-Systeme im Einzelhandel.

Beim RZ/G3SE entfallen die 3D-Grafikhardware und der Videocodec. Stattdessen fungiert der Prozessor als optimierte Recheneinheit für industrielle Gateways ohne Display, intelligente Versorgungsmonitore und einfache Statusanzeigen, wie sie in Ladegeräten für Elektrofahrzeuge zu finden sind.




Hochgeschwindigkeitserweiterung und industrielle Vernetzung
Für industrielle IoT-Hardware im Feldeinsatz sind deterministische Kommunikationskanäle und Optionen für modulare Erweiterungsbusse erforderlich. Die Prozessoren integrieren einen einspurigen PCI-Express-Gen-2-Controller, der eine direkte Anbindung von 5G-Mobilfunkmodems, Wi-Fi-6-Transceivern oder spezialisierten Chips zur Beschleunigung von Machine-Learning-Anwendungen auf Leiterplattenebene ermöglicht.

Die Netzwerkkommunikation erfolgt über zwei Gigabit-Ethernet-Controller mit Unterstützung für Time-Sensitive-Networking-Protokolle. Time-Sensitive Networking gewährleistet begrenzte Latenzzeiten und eine deterministische Paketübertragung über industrielle Ethernet-Backbones hinweg.

Zu den Hardware-Sicherheitsfunktionen gehören Renesas Secure IP, kryptografische Beschleunigung für AES- und RSA-Standards, Arm-TrustZone-Partitionierung, Secure-Boot-Verifizierung und Schaltkreise zur physischen Manipulationserkennung.

Ökosystemunterstützung und langfristige Softwarepflege
Die Softwareentwicklung wird durch vorintegrierte grafische Benutzeroberflächen, Betriebssysteme und zertifizierte System-on-Modules unterstützt. Zu den kompatiblen Grafik-Frameworks gehören LVGL, Embedded Wizard, Slint, Candera, Spyrosoft und die Tools der Qt Group. Optionen für Echtzeitsteuerung und eingebettete Betriebssysteme umfassen Zephyr RTOS sowie produktive Linux-Implementierungen.

Anforderungen an die Softwarepflege werden durch das Renesas Verified Linux Package adressiert, das an die Civil Infrastructure Platform angelehnt ist. Diese Konformität gewährleistet eine langfristige Pflege des Linux-Kernels, Sicherheitsupdates und Softwarestabilität über industrielle Einsatzzyklen von mehreren Jahrzehnten hinweg.

Hari Pendurty, Vice President der EP Edge AI and Application Processors Business Division bei Renesas, erklärte, dass die Balance zwischen Rechenleistung, Energieverbrauch und Konnektivität den Einsatz einer gemeinsamen Hardwareplattform über verschiedene Funktionsebenen hinweg erfordert.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten sind.

Die RZ/G3L- und RZ/G3SE-Prozessoren treten in das Segment der eingebetteten 64-Bit-MPUs ein, das vor allem anhand der AM62x-Familie von Texas Instruments und der i.MX-93-Prozessorfamilie von NXP Semiconductors bewertet wird.

Texas Instruments bietet den Prozessor AM625 an, der bis zu vier Arm-Cortex-A55-Kerne mit Taktraten von bis zu 1,4 GHz, einen Arm-Cortex-M4F-Koprozessor und eine Imagination-AXE-1-16M-3D-GPU integriert. Der AM625 bietet wie der RZ/G3L eine einspurige PCIe-Gen-2-Schnittstelle und zwei TSN-fähige Gigabit-Ethernet-Schnittstellen. Seine typische Leistungsaufnahme im Standby-Betrieb liegt in anhaltenden Energiesparzuständen mit Speichererhaltung jedoch bei etwa 5 bis 10 mW und damit über dem von der Renesas-Architektur angestrebten Wert von 1 mW.

NXP Semiconductors adressiert stromsparende Edge-Gateways mit der Prozessorfamilie i.MX 93, die auf zwei Cortex-A55-Kernen mit bis zu 1,7 GHz sowie einer integrierten Arm-Ethos-U65-MicroNPU basiert. Der i.MX 93 legt den Schwerpunkt auf die Beschleunigung neuronaler Netzwerke direkt auf dem Gerät und weniger auf fortschrittliche Benutzeroberflächen. Dafür kommt eine 2D-PXP-Engine anstelle eines vollständigen 3D-Grafikbeschleunigers wie der Mali-G31 im RZ/G3L zum Einsatz. Darüber hinaus verfügt der i.MX 93 über keine nativen PCI-Express-Lanes, wodurch modulare Erweiterungen auf USB- oder SDIO-Busse beschränkt sind.

Mit Quad-Core-Cortex-A55-Verarbeitung, optionaler 3D-GPU, nativem PCIe Gen 2, zwei TSN-fähigen Ethernet-Schnittstellen und einer Deep-Standby-Stufe unter 1 mW auf einer gemeinsamen Grundfläche positioniert die Renesas-Plattform sich zwischen dedizierten Display-Controllern und stromsparenden Kommunikations-Gateways ohne Display.

Bearbeitet von Natania Lyngdoh, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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