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Renesas: RA8P1-MCU-Gruppe

7300 CoreMarks und eine KI-Rechenleistung von 256 GOPS

2. Juli 2025, 8:59 Uhr | Iris Stroh

Renesas Electronics hat mit dem RA8P1 eine neue MCU-Gruppe auf den Markt gebracht, die speziell für Anwendungen in den Bereichen Künstliche Intelligenz (KI), Maschinelles Lernen (ML) sowie Echtzeit-Analytik optimiert wurde.

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Dass sich RA8P1-Gruppe von Renesas Electronics besonders gut für Edge- und Endpoint-AI eignet, liegt an der integrierten Ethos-U55 NPU. Sie entlastet die CPU bei rechenintensiven Operationen in Convolutional und Recurrent Neural Networks (CNNs und RNNs). Sie erreicht bis zu 256 MACs pro Taktzyklus, was bei 500 MHz einer Leistung von 256 GOPS entspricht. Die NPU unterstützt gängige Netzwerke wie DS-CNN, ResNet, Mobilenet, TinyYolo und weitere. Je nach verwendetem Netzwerk liefert die Ethos-U55 bis zu 35-mal mehr Inferenzdurchsatz pro Sekunde als der Cortex-M85-Prozessor alleine. Indem sie einen 1 GHz Arm Cortex-M85, einen 250 MHz Cortex-M33 sowie eine Arm EthosTM-U55 Neural Processing Unit (NPU) kombinieren, liefert diese Architektur laut Unternehmensangabe die bislang höchste CPU-Leistung von über 7300 CoreMarks und eine KI-Rechenleistung von 256 GOPS bei 500 MHz.

Fertigungstechnologie

Die RA8P1-MCUs werden im 22ULL-Prozess (22 nm ultra-low leakage) von TSMC gefertigt und bieten dadurch äußerst hohe Rechenleistung bei sehr geringer Leistungsaufnahme. Diese Technologie ermöglicht auch den Einsatz von integriertem MRAM (Magnetoresistivem RAM), der sich im Vergleich zum Flash-Speicher durch schnellere Schreibgeschwindigkeiten, höhere Schreibzyklenfestigkeit und längere Datenhaltbarkeit auszeichnet. Daryl Khoo, Vice President der Embedded Processing Marketing Division bei Renesas: »Die Nachfrage nach leistungsstarken AIoT-Edge-Anwendungen wächst äußerst rasant. Wir freuen uns sehr, die unserer Meinung nach besten MCUs für diesen Trend vorzustellen.«

KI-optimierte Peripherie

Renesas hat umfangreiche Peripherie, großzügigen Speicher und fortschrittliche Security-Funktionen integriert – speziell für Bild- und Sprach-KI sowie Echtzeit-Analytik. Für bildverarbeitende KI-Anwendungen stehen ein 16-Bit Kamera-Interface (CEU) für Sensoren bis 5 MP sowie ein MIPI CSI-2 Interface mit zwei Lanes à 720 Mbps zur Verfügung. Zusätzlich ermöglichen I2S- und PDM-Audiointerfaces den Anschluss von Mikrofonen für Sprach-KI-Anwendungen.

Der RA8P1 bietet sowohl internen als auch externen Speicher für eine effiziente, latenzarme Verarbeitung neuronaler Netzwerke. Der Mikrocontroller verfügt über 2 MB SRAM zur Zwischenspeicherung von Aktivierungen oder Grafik-Framebuffern. Zusätzlich stehen 1 MB integrierter MRAM für Anwendungscode sowie zur Speicherung von Modellgewichten oder Grafik zur Verfügung. Für größere Modelle sind Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen zu externem Speicher vorhanden. Für besonders anspruchsvolle KI-Anwendungen bietet Renesas auch SIP-Optionen (System-in-Package) mit 4 MB oder 8 MB externem Flash in einem Gehäuse an.

RUHMI-Framework

Parallel zur Einführung der RA8P1-MCUs hat Renesas das Framework RUHMI (Renesas Unified Heterogeneous Model Integration) vorgestellt. Hierbei handelt es sich um ein umfassendes Entwicklungsframework für MCUs und MPUs. RUHMI erlaubt die performante Ausführung aktueller neuronaler Netzwerkmodelle – unabhängig vom verwendeten KI-Framework. Es ermöglicht die Optimierung, Quantisierung, Kompilierung und Umwandlung von Modellen und generiert performanten Quellcode. RUHMI bietet native Unterstützung der gängigen KI-Frameworks für Machine Learning, wie TensorFlow Lite, PyTorch und ONNX. Zudem stellt es alle notwendigen Tools, APIs, Codegeneratoren und Laufzeitkomponenten bereit, um vortrainierte neuronale Netzwerke zu implementieren. Dazu gehören auch einsatzbereite Anwendungsbeispiele und speziell für den RA8P1 optimierte Modelle. RUHMI ist vollständig in die Renesas-eigene IDE e² studio integriert und ermöglicht so eine nahtlose KI-Entwicklung auf einer gemeinsamen Plattform für MCUs und MPUs.

Security-Funktionen

Die RA8P1-MCUs zeichnen sich darüber hinaus durch modernste Security-Funktionen für sicherheitskritische Anwendungen aus. Die neue Renesas Security IP (RSIP-E50D) umfasst eine Vielzahl kryptografischer Beschleuniger, darunter CHACHA20, Ed25519, NIST-ECC-Kurven mit bis zu 521 Bit, erweiterte RSA mit bis zu 4K, SHA2 und SHA3. In Kombination mit Arm TrustZone steht damit eine umfassende, vollständig integrierte Funktionalität auf dem Niveau einer Secure-MCU bereit. Darüber hinaus verfügen die neuen MCUs über eine robuste Root-of-Trust für Hardware und Secure Boot mit einem First Stage Bootloader (FSBL) in unveränderbarem Speicher. Über XSPI-Schnittstellen mit Decryption-on-the-Fly (DOTF) lassen sich verschlüsselte Code-Images sicher im externen Flash ablegen und während der Übertragung zur Ausführung in Echtzeit entschlüsseln.

Sofort einsatzbereit

Renesas bietet eine Vielzahl von Tools und Lösungen für die RA8P1-MCUs. Hierzu zählen das Flexible Software Package (FSP), Evaluierungskits sowie umfassende Entwicklungstools. Unterstützt werden unter anderem FreeRTOS, Azure RTOS und Zephyr. Zahlreiche Software-Beispiele und Applikationshinweise von Renesas stehen zur Verfügung, um eine schnellere Markteinführung zu ermöglichen. Darüber hinaus gibt es vielfältige Partnerlösungen, die die Entwicklung mit den RA8P1-MCUs unterstützen, wie z. B. ein Fahrerüberwachungssystem von Nota.AI und eine Lösung zur Verkehrs- und Fußgängerdetektion von Irida Labs.

Hauptmerkmale der RA8P1-MCUs:

Prozessoren: 1 GHz Arm Cortex-M85, 500 MHz Ethos-U55, 250 MHz Arm Cortex-M33 (optional)
Speicher: 1 MB / 512 KB integrierter MRAM, 4 MB / 8 MB externer Flash-Speicher (SIP-Optionen), 2 MB SRAM mit vollständigem ECC-Schutz, 32 KB I/D-Cache pro Core
Grafik-Peripherie: Grafik-LCD-Controller mit Unterstützung für Auflösungen bis WXGA (1280 × 800), parallele RGB- und MIPI-DSI-Display-Schnittstellen, leistungsstarke 2D-Zeichnungseinheit, parallele 16-Bit-CEU- und MIPI-CSI-2-Kamera-Schnittstellen, 32 Bit externe Speicherschnittstelle (SDRAM und CSC)
Weitere Peripherie: Gigabit Ethernet mit TSN-Switch, XSPI (Octal SPI) mit XIP und DOTF, SPI, I2C/I3C, SDHI, USB-FS/HS, CAN-FD, PDM- und SSI-Audio-Interfaces, 16-Bit-ADC mit Sample-and-Hold, DAC, Komparatoren, Temperatursensor, Timer
Security: Fortschrittliche RSIP-E50D-Krypto-Engine, TrustZone, unveränderbarer Speicher, Secure Boot, Manipulationsschutz, Schutz vor DPA/SPA-Angriffen, Secure Debug, sichere Werksprogrammierung, Device-Lifecycle-Management
Gehäusevarianten: 224-BGA, 289-BGA

Winning Combinations

Renesas hat die neuen RA8P1-MCUs mit zahlreichen kompatiblen Komponenten aus dem eigenen Portfolio kombiniert und stellt damit eine breite Auswahl an Winning Combinations bereit. Hierzu zählen beispielsweise eine KI-fähige Videokonferenzkamera, ein KI-Zeichenroboterarm sowie eine KI-gestützte Überwachungskamera. Diese Lösungen basieren auf technisch validierten Systemarchitekturen, die aus aufeinander abgestimmten Komponenten bestehen und nahtlos zusammenarbeiten. Sie ermöglichen optimierte, risikoarme Designs mit deutlich verkürzter Entwicklungszeit.

Verfügbarkeit

Die RA8P1-MCUs sind ab sofort verfügbar. Renesas stellt zudem ein RA8P1 Evaluation Kit bereit.