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マイコンの仮想化が可能に。次世代 28nm プロセス車載制御マイコンに 仮想化支援機能を搭載、600MHz 動作を実証【ルネサス エレクトロニクス】
2019年2月19日
マイコンの仮想化が可能に。次世代 28nm プロセス車載制御マイコンに
仮想化支援機能を搭載、600MHz 動作を実証
～自己故障診断機能を強化し、ギガビットイーサネットを搭載したテストチップを開発～
ルネサス エレクトロニクス株式会社（代表取締役社長兼 CEO:呉 文精、以下ルネサス）は、こ のたび、フラッシュメモリ混載 28nm 低電力プロセス採用の次世代車載制御マイコンに向けた技術 として、600MHz で動作する CPU を 4 コアと 16MB の大容量フラッシュメモリを搭載したテストチ ップを開発し、動作を確認しました。本テストチップには、（1）マイコンの仮想化を実現するため の仮想化支援機構を実装しました。この技術は、１つのマイコンで複数のソフトウェアを相互干渉 なく動作させることができる上、自動車向け機能安全規格 ISO26262 において最も高い機能安全レ ベルとなる ASIL D の要求を満たすことが可能です。また、（2）ASIL D の実現に必要となるマイ コンの自己故障診断を行う BIST(Built-in Self-Test)機能を強化し、スタンバイ状態からの復帰期間に 実行できる SR-BIST（Standby-Resume BIST）を開発、搭載しました。さらに、（3）増加するセンサ 情報を高速で通信するため、ギガビットのイーサネットインタフェースを搭載するなどネットワー ク機能の強化も図りました。
ルネサスは今回の成果を、2019 年 2 月 17 日から 21 日まで米国サンフランシスコで開催される 「国際固体素子回路会議 ISSCC 2019（International Solid-State Circuits Conference 2019）」にて、現 地時間の 2 月 18 日に発表します。
近年、車載分野では、電気/電子（E/E）アーキテクチャの変化に伴い複数 ECU の統合が求められ ています。そのため、1 つのマイコンにより多くの機能を搭載できるよう、高性能化や低消費電力 化および大容量フラッシュメモリの搭載が必要となります。加えて、車載マイコンならではのニー ズとして、異なる安全レベルを持つソフトウェアが相互に干渉しないように独立性を保つことと、 車両制御としてのリアルタイム性を確保することの両立が課題となります。ルネサスは、こうした 次世代のニーズに応えるため、車載制御マイコンの仮想化支援機能をはじめとする新技術を開発し ました。
ルネサスが開発し、テストチップに搭載した新技術は以下の通りです。
（1）ハードウェアによる仮想化支援機構を開発
一般的に、仮想化するためのソフトウェア（ハイパーバイザ）を搭載すると、ハードウェアを仮想的に
エミュレートするために処理時間が増加します。このハイパーバイザによる CPU の状態 の切り替え
（コンテキストスイッチ）や割り込み配信の処理時間は、リアルタイム性が必要な車載制御用マイコンでは
課題となります。ルネサスは今回、仮想化時のオーバーヘッドを大幅に低減（注1）し応答性能を高めることが
可能なハードウェアによる仮想化支援機構を開発しました。 これにより、異なる機能安全レベルの
ソフトウェアを独立して複数搭載することが可能になり、 仮想化とリアルタイム性を両立する ASIL D に
対応可能なマイコンを実現しました。
（2）スタンバイ－レジューム自己故障診断（BIST）機能を開発
ASIL D を満たす機能安全を実現するには、BIST(Built-in Self-Test)機能などによって動作中のマイコンに
対する自己故障診断が必要になります。CPU の処理期間に影響を与えないようスタン バイ状態から
復帰（レジューム）する期間に故障診断を実行する方法が考えられますが、電流変 動に制限があり、
故障診断動作によるレジュームする期間の電流変動率増大が懸念されます。ル ネサスは今回、電流変動率を
抑制した SR-BIST（Standby-Resume BIST）を開発しました。SR-BIST は、チップがスタンバイから
復帰するたび、CPU 動作前に実行されます。その際、迅速に動作を 開始するため、
オンチップオシレータからのクロックを故障診断用に使用します。このクロック 周波数をN/M分周器で
緩やかに増加させることでSR-BIST実行時の電流変動率を低減し（注2）、 ASIL D を満たす機能安全性を
実現しました。
（3）SGMII 規格に準拠する 5V 対応ギガビットイーサネットインタフェースを開発
次世代の自動運転車やコネクティッドカーでは多数のセンサやカメラが使用され、増大する情報量に対応した
高速な通信インタフェースとしてイーサネットが必須です。一方、サージ電圧に対 する信頼性を
確保するため、車載用マイコンのインタフェース回路では 5V トランジスタが引き 続き使用されています。
今回、電気的ノイズ耐性に優れた SGMII（Serial Gigabit Media Independent Interface）規格に対応した
1Gbps の高速ギガビットイーサネットを、5V トランジスタを使って開 発しました。
5V トランジスタ使用による信号帯域の悪化に対しては、送信/受信にそれぞれ専用 回路を追加することで
SGMII 規格に準拠する信号品質を実現しました（注 3）。
ルネサスは本テストチップで実証した技術をベースに、今後も積極的に 28nm フラッシュメモリ 内蔵マイコンを展開してまいります。 これにより、次世代エコカーおよび自動運転の普及と安心・ 安全な車社会の実現に貢献します。
（注1）実行中のVM(Virtual Machine)に対する割り込みはハイパーバイザを経由することなく直接実行されます。
実行中でないVMに対する割り込みで低優先の割り込みは、そのVMが実行中になるまで保留されます。
これらにより割り込みオーバーヘッドをゼロにし、従来比100%削減しました。
（注 2）テストチップの実験結果から、電流変動率は SR-BIST の適用により従来比 1/6 に低減しました。
（注 3）受信回路の入力インピーダンス低減と送信回路の出力減衰補償により、シミュレーション波形では
送信波形の立上り/立下り時間を 50%改善、受信波形の振幅を 22%改善しました。また、実験の結果、
送信波形は SGMII 規格を満たすことを確認しました。
＊本リリース中の製品名やサービス名は全てそれぞれの所有者に属する商標または登録商標です。
＜この発表に関する報道関係からの問い合わせ先＞
ルネサス エレクトロニクス株式会社
コーポレートコミュニケーション部
電 話 03-6773-3001（広報直通）
E-mail pr@renesas.com
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