22. Mai 2025 Wael Fakhreldin, Direktor für den Endmarkt der Automobilverarbeitung bei GlobalFoundries Software-definierte Fahrzeuge (SDVs) stehen im Mittelpunkt der digitalen Revolution in der Automobilindustrie. Stellen Sie sich SDVs als Smartphones auf Rädern 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 Größe 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, GFs Director of Automotive Processing, gewandt, um mehr über die Trends zu erfahren, die die nächste Generation von Fahrzeugarchitekturen prägen, über die sich verändernden Anforderungen an MCUs und darüber, wie GlobalFoundries gemeinsam mit seinen Kunden aus der Automobilbranche neue Wege beschreitet, um die Grenzen des Machbaren zu erweitern. Lassen Sie uns mit dem großen Ganzen beginnen - was sind die größten Herausforderungen, die Sie in der Automobilindustrie sehen und die den Bedarf an einer neuen Architektur vorantreiben? Die Verbraucher wünschen 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 möglich zu machen. Aber was bedeutet das? In herkömmlichen Fahrzeugarchitekturen würde jede neue Funktion eine eigene Hardware erfordern, was für die OEMs erhebliche Komplexität und Kosten für die Integration mehrerer verschiedener Steuergeräte bedeutet. Das Streben nach intelligenteren und besser vernetzten Fahrzeugen erfordert eine neue Architektur, die den Fahrern den sofortigen Zugriff auf neue Funktionen ermöglicht, ohne dass kostspielige Hardware-Upgrades erforderlich sind. Dieser Druck hat die Entwicklung von SDVs vorangetrieben, die schnell neue Funktionen bereitstellen können, um mit den Erwartungen der Verbraucher und der Marktnachfrage nach neuen Funktionen Schritt zu halten, ohne dass physische Updates erforderlich sind. Dieser Ansatz stützt sich auf vielseitige, skalierbare Hochleistungs-Rechenplattformen, die nahtlose Over-the-Air-Updates ermöglichen. Sie sind der Schlüssel zur Überwindung dieser Herausforderungen. Was sind Ihrer Meinung nach die vielversprechendsten Fahrzeugarchitekturen, und wie werden sie sich in den nächsten Jahren entwickeln? Die SDV-Zonenarchitektur setzt neue Maßstäbe für 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 Komplexität der Verkabelung und des Gesamtgewichts des Fahrzeugkabelbaums. In den letzten Jahren haben domänenübergreifende zonale Architekturen an Zugkraft gewonnen, da sie gut mit dem physischen Layout moderner Fahrzeuge übereinstimmen. Jedes zonale Steuergerät verwaltet verschiedene Fahrzeugfunktionen - von der Karosserie und dem Komfort bis hin zur Fahrgestellsteuerung oder zu Gateways - und die verschiedenen zonalen Steuergeräte sind über 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 eingeführt wird, aber die Einführung ist bereits im Gange. Bei diesem Ansatz wird ein hochleistungsfähiger Rechencluster eingeführt, der fast alle Fahrzeugfunktionen orchestriert und Daten von verschiedenen Sensoren und Komponenten über Aggregatoren an eine zentrale Verarbeitungseinheit weiterleitet. Halbleiterinnovationen wie Automotive Chiplets werden für die Weiterentwicklung dieser Architekturen von entscheidender Bedeutung sein, da sie die erforderlichen Hochleistungsfähigkeiten bieten, um die von den Verbrauchern erwarteten On-Demand-Software-Updates zu unterstützen. Es wird viel über 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 ausgedrückt, können sie ihr volles Potenzial ohne zonale Steuergeräte nicht erreichen. Diese Steuergeräte konsolidieren die Fahrzeugfunktionen nach physischen Clustern und nicht nach Merkmalen. Dieser Wandel rückt MCUs ins Rampenlicht und verschiebt die Grenzen dessen, was MCUs leisten müssen - schnellere Verarbeitung, mehr Geräte anschließen und neue Funktionen wie KI am Fahrzeugrand unterstützen. Mehr Rechenleistung: MCUs werden dazu gedrängt, weit mehr Echtzeitberechnungen durchzuführen. Die Chiphersteller suchen nach Arrays mit verschiedenen Logikkernen, die mit höheren Betriebsfrequenzen arbeiten. Sie gehen zu fortschrittlicheren Knoten über und bringen Virtualisierungskonzepte für verschiedene digitale Kerne ein, die es MCUs ermöglichen, mehrere Aufgaben flexibel und effizient zu verwalten. Überlastung der Eingänge/Ausgänge: Moderne Fahrzeuge verfügen über mehr als 90 intelligente Sensoren, 800 Sensoren und Lasten, so dass zonale MCUs über ein dichteres digitales und analoges E/A-Angebot verfügen müssen, um diese Menge an Daten verarbeiten zu können. Speicher, der mithalten kann: Der eingebettete nichtflüchtige Speicher (eNVM) muss sowohl größer als auch schneller werden. Größer bis zu 32 MB und mehr, und schneller, um die schnell schaltenden digitalen Kerne zu unterstützen, ohne Latenzzeiten hinzuzufügen oder Engpässe zu riskieren. Schnellere Kommunikation: Das Datenvolumen in Fahrzeugen steigt weiter an, und die MCUs müssen diese Daten schnell übertragen. Technologien wie Hochgeschwindigkeits-Ethernet und Serializer-Deserializer (SerDes)-Schnittstellen werden zum Standard, um eine zuverlässige Kommunikation zwischen Zonen und zwischen Zonen und komplexen Fahrzeugsensoren zu gewährleisten. Die fortschrittlichen Chip-Technologien von GF, wie 12LP+ MRAM und 22FDX MRAM, helfen den Chip-Herstellern, die komplexen Verarbeitungsprozesse in modernen Autos mit schnellen, energieeffizienten Fahrzeugsteuerungen zu unterstützen. Mit dem Anstieg der zonalen Rechenleistung verlagern sich die analogen Aufgaben in die Randbereiche des Fahrzeugs. Jetzt bündeln Automobilchiphersteller diese Funktionen - Motorsteuerungen, Audioverstärker, sogar Kommunikationsschnittstellen - in einzelnen MCUs auf den 130BCD- oder 55BCD-Technologieplattformen von GF. Apropos Randbereiche: Die KI-Beschleunigung in Fahrzeugen schießt in die Höhe. Wie verändert KI am Rande die Anforderungen an MCUs in SDVs? KI in den Randbereichen ermöglicht viele neuere Funktionen - Verlängerung der Batterielebensdauer, Sensorik in der Kabine, Spracherkennung, intelligente Motorsteuerung. Dieser Ansatz verringert die Komplexität, die Kosten und den Stromverbrauch, verbessert aber auch die Privatsphäre der Nutzer, da die Informationen lokal und nicht in der Cloud verarbeitet werden. In Fällen wie diesen, in denen die KI-Beschleunigung nicht in zentralen Computern oder ZCUs stattfindet, benötigen die Endknoten eingebettete KI-Beschleunigung, um diese Funktionen auszuführen. Mit dieser Entwicklung passen sich einige MCUs an, indem sie spezialisierte IPs anbieten, die für die KI-Beschleunigung vorbereitet sind: Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) zur Ausführung komplexer mathematischer Modelle, Sprachverarbeitungseinheiten (LPUs) für Sprach- und Kommunikationsmodelle und digitale Signalverarbeitung (DSPs) zur Umwandlung von Echtzeitsignalen. Für intensivere Arbeitslasten werden in MCUs auch schnellere, zuverlässigere Schnittstellen für die Verbindung mit externem Speicher integriert, um sicherzustellen, dass sie die für fortschrittliche KI-Anwendungen erforderlichen großen Datenmengen verarbeiten können. Folgende Luftaufnahme von oben nach unten Drohne Ansicht: Autonomes selbstfahrendes Auto auf der Stadtautobahn, Überholen anderer Autos. Visualisierungskonzept: Sensor scannt die Straße nach Fahrzeugen, Geschwindigkeitsbegrenzungen Sicherheit, Schutz und Funktionalität sind nicht verhandelbar. Wie entwickeln sich die MCUs weiter, um sicherzustellen, dass SDVs in diesen Bereichen die höchsten Standards erfüllen? Funktionale Sicherheit ist das Kernstück der Automobilentwicklung, aber der Übergang zu SDVs erhöht die Komplexität noch weiter. Moderne MCUs spielen eine wichtige Rolle bei der Wahrung der Störungsfreiheit, indem sie sicherheitskritische Systeme von nicht sicherheitskritischen Funktionen isolieren. Dadurch wird sichergestellt, dass sicherheitskritische Systeme wie Lenksysteme, Bremsen und Airbags ununterbrochenen Zugang zu den benötigten Rechenressourcen haben, ohne dass es zu Verzögerungen kommt. MCUs können auch eine fortschrittliche Fehlererkennung unterstützen, die Fail-Safe- oder Fail-Operational-Mechanismen mit den richtigen Korrekturmaßnahmen auslöst, um die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten. Ein sicheres Fahrerlebnis erfordert auch Cybersicherheit. MCUs sind für die Sicherung von Over-the-Air-Updates (OTA), die Überprüfung neuer Software-Images aus vertrauenswürdigen Quellen und den Schutz der Kommunikation zwischen den Knoten verantwortlich. Da immer mehr kritische Sicherheitsfunktionen softwaregesteuert werden, steigen die Möglichkeiten von Fahrzeugdiebstählen, Cyberverletzungen und unautorisierter Kommunikation. Was geschieht hinter den Kulissen der MCUs, um schnelle Verbindungen und einen geringen Stromverbrauch zu ermöglichen? Konnektivität ist das Rückgrat von SDVs, und MCUs sind die Grundlage für die Verbindung von allem, von zonalen Steuergeräten bis hin zu ADAS-Funktionen und dem Erlebnis in der Kabine. Der Trend zu vereinfachten Netzwerkarchitekturen wie IP-to-the-Edge reduziert die Komplexität der Verkabelung und macht mehrere Gateways überflüssig, so dass Daten mit geringer Latenz direkt von den Sensoren an die MCUs gesendet werden. Um dies zu unterstützen, übernehmen MCUs Technologien wie Ethernet, das Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s übertragen kann, und 10BaseT1s mit Multi-Drop-Technologie, die Vorteile bei der Reduzierung der Systemkosten und des Stromverbrauchs bietet. Und wer wünscht sich nicht einen geringeren Stromverbrauch und eine größere Reichweite bei Elektrofahrzeugen? MCUs sind die Motoren für diese Zukunft der energieeffizienten Fahrzeuge. Fortschrittliche Plattformen wie unser 22FDX+ bieten minimale Verlustleistung und sind der Wegbereiter für eine Zukunft mit leistungsfähigeren Fahrzeugen mit geringerem Energieverbrauch. Und schließlich: Wie ermöglicht GlobalFoundries die nächste Generation von MCUs für die Automobilindustrie, um den Übergang zu softwaredefinierten Fahrzeugen zu unterstützen? GF bietet Skalierbarkeit mit Automotive-qualifizierten Plattformen für unterschiedliche SDV-Anforderungen, von rechenintensiven analoglastigen oder analoglastigen Zonal-MCUs bis hin zu rechenlastigen analoglastigen Last-Mile-MCUs. Jede GF-Plattform bietet ein breites Portfolio an für den Automobilbereich qualifizierten IPs, die für die jeweilige Leistungsklasse und die unterstützten 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 Produktionspräsenz aufgebaut, um unseren Kunden einen zuverlässigen Zugang zu modernsten MCU-Technologien zu ermöglichen. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, die weltweit führenden Automobilhersteller bei der Einführung des nächsten Kapitels der softwaredefinierten Fahrzeugarchitektur zu unterstützen. Wael Fakhreldin ist Director of Automotive Processing bei GlobalFoundries. Sein Schwerpunkt liegt auf Mikrocontrollern, Mikroprozessoren, KI-Beschleunigern und Chiplets für die nächste Generation elektronischer Fahrzeugarchitekturen.
