Software-definierte Fahrzeuge (SDVs) stehen im Mittelpunkt der digitalen Revolution in der Automobilindustrie. Stellen Sie sich SDVs als Smartphones auf R?dern vor. Und im Zentrum des Geschehens - aber nicht so sichtbar - stehen Mikrocontrollereinheiten (MCUs), die "digitalen Gehirne" der heutigen Autos. Diese winzigen, aber leistungsstarken Chips, die von der Gr??e eines Fingernagels bis zu einem Reiskorn reichen, steuern alles, von wichtigen Systemen wie den Bremsen bis hin zur Umgebungsbeleuchtung.
Deshalb haben wir uns an Wael Fakhreldin, ºÚÁÏÍø911s Director of Automotive Processing, gewandt, um mehr ¨¹ber die Trends zu erfahren, die die n?chste Generation von Fahrzeugarchitekturen pr?gen, ¨¹ber die sich ver?ndernden Anforderungen an MCUs und dar¨¹ber, wie ºÚÁÏÍø911 gemeinsam mit seinen Kunden aus der Automobilbranche neue Wege beschreitet, um die Grenzen des Machbaren zu erweitern.
Lassen Sie uns mit dem gro?en Ganzen beginnen - was sind die gr??ten Herausforderungen, die Sie in der Automobilindustrie sehen und die den Bedarf an einer neuen Architektur vorantreiben?
Die Verbraucher w¨¹nschen sich, dass ihr Erlebnis im Fahrzeug so nahtlos ist wie die Nutzung des Smartphones in ihrer Hand, und die Automobilhersteller sind bestrebt, das Fahren so sicher wie m?glich zu machen. Aber was bedeutet das? In herk?mmlichen Fahrzeugarchitekturen w¨¹rde jede neue Funktion eine eigene Hardware erfordern, was f¨¹r die OEMs erhebliche Komplexit?t und Kosten f¨¹r die Integration mehrerer verschiedener Steuerger?te bedeutet. Das Streben nach intelligenteren und besser vernetzten Fahrzeugen erfordert eine neue Architektur, die den Fahrern den sofortigen Zugriff auf neue Funktionen erm?glicht, ohne dass kostspielige Hardware-Upgrades erforderlich sind.
Dieser Druck hat die Entwicklung von SDVs vorangetrieben, die schnell neue Funktionen bereitstellen k?nnen, um mit den Erwartungen der Verbraucher und der Marktnachfrage nach neuen Funktionen Schritt zu halten, ohne dass physische Updates erforderlich sind. Dieser Ansatz st¨¹tzt sich auf vielseitige, skalierbare Hochleistungs-Rechenplattformen, die nahtlose Over-the-Air-Updates erm?glichen. Sie sind der Schl¨¹ssel zur ?berwindung dieser Herausforderungen.
Was sind Ihrer Meinung nach die vielversprechendsten Fahrzeugarchitekturen, und wie werden sie sich in den n?chsten Jahren entwickeln?
Die SDV-Zonenarchitektur setzt neue Ma?st?be f¨¹r Effizienz und Leistung, und das in mehrfacher Hinsicht. Zum Beispiel ist es: 1) Konsolidierung von Steuerungs- und Verarbeitungsfunktionen auf der Grundlage ihrer physischen Position im Fahrzeug und nicht ihrer Funktion und 2) erhebliche Reduzierung der Komplexit?t der Verkabelung und des Gesamtgewichts des Fahrzeugkabelbaums. In den letzten Jahren haben dom?nen¨¹bergreifende zonale Architekturen an Zugkraft gewonnen, da sie gut mit dem physischen Layout moderner Fahrzeuge ¨¹bereinstimmen. Jedes zonale Steuerger?t verwaltet verschiedene Fahrzeugfunktionen - von der Karosserie und dem Komfort bis hin zur Fahrgestellsteuerung oder zu Gateways - und die verschiedenen zonalen Steuerger?te sind ¨¹ber ein schnelles Ethernet mit bis zu 10 Gbps verbunden, das als Backbone des Fahrzeugs fungiert.
Es wird erwartet, dass die zentrale Rechenarchitektur nicht vor 2030 auf breiter Basis eingef¨¹hrt wird, aber die Einf¨¹hrung ist bereits im Gange. Bei diesem Ansatz wird ein hochleistungsf?higer Rechencluster eingef¨¹hrt, der fast alle Fahrzeugfunktionen orchestriert und Daten von verschiedenen Sensoren und Komponenten ¨¹ber Aggregatoren an eine zentrale Verarbeitungseinheit weiterleitet. Halbleiterinnovationen wie Automotive Chiplets werden f¨¹r die Weiterentwicklung dieser Architekturen von entscheidender Bedeutung sein, da sie die erforderlichen Hochleistungsf?higkeiten bieten, um die von den Verbrauchern erwarteten On-Demand-Software-Updates zu unterst¨¹tzen.
Es wird viel ¨¹ber die Aktualisierung von SDV-Architekturen gesprochen, um die Effizienz zu steigern. Welche Anforderungen stellen zonale Architekturen an Mikrocontroller-Einheiten (MCUs) in Bezug auf die Rechenleistung?
SDVs sind nur so intelligent wie die Architektur, die hinter ihnen steht. Einfach ausgedr¨¹ckt, k?nnen sie ihr volles Potenzial ohne zonale Steuerger?te nicht erreichen. Diese Steuerger?te konsolidieren die Fahrzeugfunktionen nach physischen Clustern und nicht nach Merkmalen. Dieser Wandel r¨¹ckt MCUs ins Rampenlicht und verschiebt die Grenzen dessen, was MCUs leisten m¨¹ssen - schnellere Verarbeitung, mehr Ger?te anschlie?en und neue Funktionen wie KI am Fahrzeugrand unterst¨¹tzen.
- Mehr Rechenleistung: MCUs werden dazu gedr?ngt, weit mehr Echtzeitberechnungen durchzuf¨¹hren. Die Chiphersteller suchen nach Arrays mit verschiedenen Logikkernen, die mit h?heren Betriebsfrequenzen arbeiten. Sie gehen zu fortschrittlicheren Knoten ¨¹ber und bringen Virtualisierungskonzepte f¨¹r verschiedene digitale Kerne ein, die es MCUs erm?glichen, mehrere Aufgaben flexibel und effizient zu verwalten.
- ?berlastung der Eing?nge/Ausg?nge: Moderne Fahrzeuge verf¨¹gen ¨¹ber mehr als 90 intelligente Sensoren, 800 Sensoren und Lasten, so dass zonale MCUs ¨¹ber ein dichteres digitales und analoges E/A-Angebot verf¨¹gen m¨¹ssen, um diese Menge an Daten verarbeiten zu k?nnen.
- Speicher, der mithalten kann: Der eingebettete nichtfl¨¹chtige Speicher (eNVM) muss sowohl gr??er als auch schneller werden. Gr??er bis zu 32 MB und mehr, und schneller, um die schnell schaltenden digitalen Kerne zu unterst¨¹tzen, ohne Latenzzeiten hinzuzuf¨¹gen oder Engp?sse zu riskieren.
- Schnellere Kommunikation: Das Datenvolumen in Fahrzeugen steigt weiter an, und die MCUs m¨¹ssen diese Daten schnell ¨¹bertragen. Technologien wie Hochgeschwindigkeits-Ethernet und Serializer-Deserializer (SerDes)-Schnittstellen werden zum Standard, um eine zuverl?ssige Kommunikation zwischen Zonen und zwischen Zonen und komplexen Fahrzeugsensoren zu gew?hrleisten.
Die fortschrittlichen Chip-Technologien von ºÚÁÏÍø911 wie 12LP+ MRAM und 22FDX MRAM helfen Chipherstellern dabei, die komplexen Abl?ufe in modernen Fahrzeugen mit schnellen, Energieeffizienz Fahrzeugsteuerungen zu unterst¨¹tzen.
Mit dem Anstieg der zonalen Rechenleistung verlagern sich die analogen Aufgaben in die Randbereiche des Fahrzeugs. Jetzt b¨¹ndeln Automobilchiphersteller diese Funktionen - Motorsteuerungen, Audioverst?rker, sogar Kommunikationsschnittstellen - in einzelnen MCUs auf den 130BCD- oder 55BCD-Technologieplattformen von ºÚÁÏÍø911.
Apropos Randbereiche: Die KI-Beschleunigung in Fahrzeugen schie?t in die H?he. Wie ver?ndert KI am Rande die Anforderungen an MCUs in SDVs?
KI am Netzwerkrand erm?glicht viele neuere Funktionen ¨C Verl?ngerung der Akkulaufzeit, Sensorik im Fahrzeuginnenraum, Spracherkennung und intelligente Motorsteuerung. Dieser Ansatz reduziert Komplexit?t, Kosten und power , st?rkt aber auch den Datenschutz der Nutzer, da die Informationen lokal und nicht in der Cloud verarbeitet werden. In solchen F?llen, in denen die KI-Beschleunigung nicht in zentralen Computern oder ZCUs erfolgt, ben?tigen die Endknoten eine integrierte KI-Beschleunigung, um diese Funktionen auszuf¨¹hren.
Mit dieser Entwicklung passen sich einige MCUs an, indem sie spezialisierte IPs anbieten, die f¨¹r die KI-Beschleunigung vorbereitet sind: Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) zur Ausf¨¹hrung komplexer mathematischer Modelle, Sprachverarbeitungseinheiten (LPUs) f¨¹r Sprach- und Kommunikationsmodelle und digitale Signalverarbeitung (DSPs) zur Umwandlung von Echtzeitsignalen. F¨¹r intensivere Arbeitslasten werden in MCUs auch schnellere, zuverl?ssigere Schnittstellen f¨¹r die Verbindung mit externem Speicher integriert, um sicherzustellen, dass sie die f¨¹r fortschrittliche KI-Anwendungen erforderlichen gro?en Datenmengen verarbeiten k?nnen.
Sicherheit, Schutz und Funktionalit?t sind nicht verhandelbar. Wie entwickeln sich die MCUs weiter, um sicherzustellen, dass SDVs in diesen Bereichen die h?chsten Standards erf¨¹llen?
Funktionale Sicherheit ist das Kernst¨¹ck der Automobilentwicklung, aber der ?bergang zu SDVs erh?ht die Komplexit?t noch weiter. Moderne MCUs spielen eine wichtige Rolle bei der Wahrung der St?rungsfreiheit, indem sie sicherheitskritische Systeme von nicht sicherheitskritischen Funktionen isolieren. Dadurch wird sichergestellt, dass sicherheitskritische Systeme wie Lenksysteme, Bremsen und Airbags ununterbrochenen Zugang zu den ben?tigten Rechenressourcen haben, ohne dass es zu Verz?gerungen kommt. MCUs k?nnen auch eine fortschrittliche Fehlererkennung unterst¨¹tzen, die Fail-Safe- oder Fail-Operational-Mechanismen mit den richtigen Korrekturma?nahmen ausl?st, um die Sicherheit der Fahrg?ste zu gew?hrleisten.
Ein sicheres Fahrerlebnis erfordert auch Cybersicherheit. MCUs sind f¨¹r die Sicherung von Over-the-Air-Updates (OTA), die ?berpr¨¹fung neuer Software-Images aus vertrauensw¨¹rdigen Quellen und den Schutz der Kommunikation zwischen den Knoten verantwortlich. Da immer mehr kritische Sicherheitsfunktionen softwaregesteuert werden, steigen die M?glichkeiten von Fahrzeugdiebst?hlen, Cyberverletzungen und unautorisierter Kommunikation.
Was geschieht hinter den Kulissen bei Mikrocontrollern, um schnelle Konnektivit?t und geringen power zu erm?glichen?
Konnektivit?t ist das R¨¹ckgrat von SDVs, und Mikrocontroller bilden die Grundlage f¨¹r die Vernetzung aller Komponenten ¨C von Zonenreglern ¨¹ber ADAS-Funktionen bis hin zum Fahrerlebnis im Fahrzeuginnenraum. Der Trend zu vereinfachten Netzwerkarchitekturen wie ?IP-to-the-Edge¡° reduziert die Komplexit?t der Verkabelung und macht mehrere Gateways ¨¹berfl¨¹ssig, da Daten mit geringer Latenz direkt von den Sensoren an die MCUs gesendet werden. Um dies zu unterst¨¹tzen, setzen MCUs Technologien wie Ethernet ein, das Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s ¨¹bertragen kann, sowie 10BaseT1s mit Multi-Drop-Technologie, was Vorteile bei der Reduzierung der Systemkosten und power bietet.
Und wer w¨¹nscht sich nicht einen geringeren Stromverbrauch und eine gr??ere Reichweite bei Elektrofahrzeugen? Mikrocontroller sind die Motoren, die diese Zukunft der Energieeffizienz Fahrzeuge antreiben. Fortschrittliche Plattformen wie unser 22FDX+ zeichnen sich durch minimale Leckstr?me aus und ebnen den Weg in eine Zukunft mit leistungsst?rkeren Fahrzeugen bei geringerem Stromverbrauch.
Und schlie?lich: Wie erm?glicht ºÚÁÏÍø911 die n?chste Generation von MCUs f¨¹r die Automobilindustrie, um den ?bergang zu softwaredefinierten Fahrzeugen zu unterst¨¹tzen?
ºÚÁÏÍø911 bietet Skalierbarkeit mit Automotive-qualifizierten Plattformen f¨¹r unterschiedliche SDV-Anforderungen, von rechenintensiven analoglastigen oder analoglastigen Zonal-MCUs bis hin zu rechenlastigen analoglastigen Last-Mile-MCUs. Jede ºÚÁÏÍø911-Plattform bietet ein breites Portfolio an f¨¹r den Automobilbereich qualifizierten IPs, die f¨¹r die jeweilige Leistungsklasse und die unterst¨¹tzten Anwendungen relevant sind.
Ausfallsicherheit ist ein wichtiger Teil der Erfolgsgleichung, insbesondere angesichts des langen und komplexen Weges, der mit der Qualifizierung von MCU-Alternativen verbunden ist. Aus diesem Grund haben wir ein globales Team und eine globale Produktionspr?senz aufgebaut, um unseren Kunden einen zuverl?ssigen Zugang zu modernsten MCU-Technologien zu erm?glichen. Dieser Ansatz erm?glicht es uns, die weltweit f¨¹hrenden Automobilhersteller bei der Einf¨¹hrung des n?chsten Kapitels der softwaredefinierten Fahrzeugarchitektur zu unterst¨¹tzen.
Wael Fakhreldin ist Director of Automotive Processing bei ºÚÁÏÍø911. Sein Schwerpunkt liegt auf Mikrocontrollern, Mikroprozessoren, KI-Beschleunigern und Chiplets f¨¹r die n?chste Generation elektronischer Fahrzeugarchitekturen.
