von: Dave Lammers

In den letzten Blogs habe ich mich mit der Verwendung des 22FDX®-Technologieprozesses für das Internet der Dinge und für Radaranwendungen im Automobilbereich befasst, Märkte, die eine Kombination aus Leistung und geringem Stromverbrauch erfordern. Das Mining von Kryptowährungen ist ein weiterer Markt, bei dem der Stromverbrauch ein entscheidendes Merkmal ist, ein Grund dafür, dass Miner allmählich von GPUs auf ASICs umsteigen.

Das Interessante an der Halbleiterindustrie ist, dass jede Anwendung eine andere Mischung aus Leistung, Stromverbrauch, Kosten und anderen Faktoren erfordert. Bei den Anwendungen für das Mining von Kryptowährungen ist dies der Fall, und zwar bis hin zu den wichtigsten Münzen - Bitcoin, Litecoin und Ethereum - und der Art und Weise, wie sie geschürft werden.

Anshel Sagein Associate Analyst bei Moor Insights & Strategy, der den Münzschürfungsmarkt beobachtet, sagte, dass die Schürfer "keine zusätzliche Logik auf dem Chip kaufen wollen. Sie wollen den Stromverbrauch minimieren. Alles ist extrem schlank, weil das meiste auf den Stromverbrauch hinausläuft".

Jeder der verschiedenen Algorithmen, so Sag, stellt "einen anderen Engpass dar, und die ASICs müssen auf unterschiedliche Weise konstruiert werden, um die Engpässe zu minimieren." (Sag und Patrick Moorhead, Hauptanalyst von Moor, haben ein Whitepaper über Fabriken und Kryptowährungsschürfer verfasst, das Details zu diesem Thema enthält).

"Da täglich so viel Energie verbraucht wird, achten Mining-Betriebe und Hersteller stets auf die Effizienz ihrer ASIC-Miner. Die 'Leistung' der meisten Mining-Geräte wird in Hashes pro Watt und nicht in der gesamten Hashing-Leistung gemessen." Quelle: Moor Insights & Strategy White Paper, "The Importance Of Fabs In Crypto Mining"

Unterschiedliche Architekturen

Sanjay Charagulla, Senior Director of Technology Marketing and Business Development bei GF, erläuterte die Unterschiede der für Bitcoin, Litecoin und Ethereum optimierten Miner-ASICs. Die Litecoin-ASICs haben in der Regel einen relativ geringen Anteil an Logiktransistoren, während SRAM-Zellen etwa zwei Drittel der Transistoren ausmachen. Charagulla argumentierte, dass der 22FDX-Prozess von GLOBALFOUNDRIES "eine der effizientesten SRAM-Bitzellen" hat, und nannte dies als Grund, warum GF "bereits mehrere Kundendesigns abgeklebt hat".

Das Ethereum-Mining, das etwa 10 Prozent des gesamten Marktes für Mining-ICs ausmacht, wurde bisher von Grafikprozessoren (GPUs) dominiert. Der Ethereum-Algorithmus erfordert eine relativ große Menge an externem Speicher, und die Chipgrößen sind größer. Charagulla sagte, dass er davon ausgeht, dass der Anteil des Ethereum-Minings auf bis zu einem Viertel des Marktes anwachsen wird, da die kommerzielle Technologie im Vergleich zu Bitcoin eine gute Transaktionsflexibilität bietet.

Bei Bitcoin - trotz einer Flut von Neuzugängen immer noch die dominierende Kryptowährung - bestehen die Mining-Geräte in der Regel aus mehreren Leiterplatten, auf denen jeweils mehr als 50-100 ASICs untergebracht sind. Diese winzigen ASICs sind Logikbausteine mit Hunderten von Multiplikations- und Akkumulationsschaltungen (MAC) auf jedem Chip, die keine externen Speicher oder Co-Prozessoren benötigen. Und wenn ein paar Kerne nicht funktionieren, kann der ASIC trotzdem weiterarbeiten. "Die Bitcoin-ASICs sind nicht besonders komplex. Das Layout und das Backend-Design sind der Schlüssel zur Effizienz", sagte er.

Da die Stromkosten für die Miner so wichtig sind, wird die Effizienz in Milliwatt pro Gigahash und nicht in der gesamten Hashing-Leistung gemessen. Bitmain, der dominierende Mining-Anbieter, hat einen Bitcoin-Miner mit 98 Milliwatt pro Gigahash beschrieben, und neue Konkurrenten versuchen, diesen Wert entweder zu erreichen oder zu übertreffen. "Wir haben mehrere Kunden engagiert, und eine Handvoll hat bereits gute Ergebnisse erzielt," sagte Charagulla.

Genügend Leistung

Ich habe Charagulla gefragt, ob die Miner schneller zur nächsten Stelle auf der Blockchain gelangen können, indem sie die Frequenz des ASICs erhöhen und für den zusätzlichen Stromverbrauch bezahlen. Er antwortete, dass die intelligente Strategie darin besteht, die ASICs mit einer "vernünftigen Frequenz von 400-500 MHz bei geringstem Stromverbrauch" zu betreiben, um den Wärmefluss innerhalb des Miners auf einem optimalen Niveau zu halten und Strom zu sparen.

Obwohl einige Bitcoin-ASICs auf FinFET-basierte Prozesse umgestellt werden, argumentiert Charagulla, dass die bessere Strategie darin besteht, die Herstellungskosten und den Stromverbrauch durch die Verwendung des FD-SOI-basierten FDX-Prozesses niedrig zu halten und gleichzeitig eine ausreichende Leistung zu gewährleisten. "Der Weg, dies zu erreichen, besteht darin, Tausende von Kernen bei einer bestimmten Frequenz parallel laufen zu lassen, damit sie das Rätsel noch lösen können. Die Kerne sind im Grunde eine Reihe von XOR-Gattern mit einem 16 Bit breiten Datenpfad in einem begrenzten Layout. Wir glauben, dass 22FDX die Anforderungen hier erfüllen wird. Wo FinFETs glänzen, ist bei Gigahertz-Taktraten, mit breiteren Bussen und Bit-Adder-Logik. In diesem Fall (Bitcoin-ASICs) gibt es keine Hochgeschwindigkeits-E/A. Wenn man also das Layout der Kerne optimieren kann, kann FD-SOI genauso gut sein wie FinFETs, und das zu geringeren Kosten."

Viele Kundendesigns, die den FDX-Prozess verwenden, arbeiten mit nur 0,4 V. Charagulla sagte, dass ein Tier-1-Kunde auf 0,3 Vdd heruntergeht, um Minern einen ASIC mit geringerem Stromverbrauch bei 80 Milliwatt pro Gigahash zu bieten, während er "immer noch in der Lage ist, den Algorithmus effizient auszuführen". Back Biasing und Forward Biasing können verwendet werden, um die Leistungs- und Energiespezifikationen zu erfüllen, fügte er hinzu.

Kapazitätsbeschränkungen

Sag, der Analyst von Moor Insights, sagte, dass einige "Premium"-Asic-Miner weiterhin in den modernsten FinFET-Prozessen hergestellt werden, während andere Miner einen anderen Weg einschlagen könnten. "FinFETs auf den teureren Nodes bieten eine höhere Leistung, aber zu einem höheren Preis. Wenn die Mining-ASICs nach kleineren Designregeln arbeiten, sind die Wafer teurer. Im Moment wollen die Leute die Kosten für Miner senken, damit sie mehr zu niedrigeren Kosten verkaufen und mehr Gewinn erzielen können. Bei einem Spitzenknoten wie 10nm oder 7nm sind die Erträge anfangs nicht so hoch. Die Kosten sind auf einem Spitzenknoten hoch."

Außerdem streiten sich die Bergbauunternehmen um die Förderkapazitäten, was ein weiterer Grund für die höheren Kosten ist", so Sag.

Da die Produktionsstätte von GF in Malta, N.Y., bei 14nm und den kommenden 7nm-Prozessen, die auf FinFETs basieren, nahezu voll ausgelastet ist, sehen die Bergbauunternehmen laut Sag die verfügbaren 22FDX-Kapazitäten in Dresden als Chance. Da mehr als ein halbes Dutzend Hersteller von Mining-Geräten in China ansässig sind, könnte 22FDX in China relativ bald zum Einsatz kommen", so Sag.

Sag merkte an, dass "GF gute Arbeit leistet, indem es die richtigen Prozesse für die richtigen Kunden auswählt, für das, was für sie wichtig ist. Nicht jeder Chip benötigt Milliarden von FinFET-Transistoren. 22FDX macht Sinn, wenn es um Preissensibilität und hohe Effizienz geht."

Im Whitepaper von Moor Insights heißt es: "Die FDX-Roadmap von GLOBALFOUNDRIES wird 2019 und 2020 um 12-nm-FDX erweitert, das mit noch geringerem Stromverbrauch und höherer Leistung arbeiten und gleichzeitig ein kostenfreundliches Profil aufweisen soll. Wir glauben, dass diese Produkterweiterung den Minern erheblich zugute kommen könnte. Die Kosten für die Herstellung von Chips werden zu einem immer wichtigeren Faktor für deren Erfolg, insbesondere da Bitcoin- und andere Altcoin-ASIC-Mining-Unternehmen bestrebt sind, so viel Volumen wie möglich abzusetzen."

Charagulla sagte, dass die verfügbaren Kapazitäten in Dresden neue Bergbauunternehmen zu 22FDX locken. "Malta ist größtenteils ausgelastet, und die Dresdner Fabrik ist eindeutig für 22FDX und 12FDX positioniert. Wir erhalten Design-Aufträge für Millimeterwellen-HF, für Basisstationen und Mobiltelefone sowie für Millimeterwellen-Radar. Für die Miner-ASICs bietet FDX einen Mehrwert, und das ist der Grund, warum die neuen Marktteilnehmer zu uns kommen.

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.

von: Yafeng Zhang

Der boomende Automobil- und IoT-Markt führt zu einer steigenden Nachfrage nach Mikrocontrollern (MCU). Jüngste Prognosen gehen davon aus, dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) für MCUs insgesamt in den nächsten fünf Jahren 4 % erreichen wird, und insbesondere die CAGR für MCUs im Automobilbereich könnte fast 14 % erreichen.

Der nichtflüchtige Speicher (NVM) ist ein entscheidendes Element von MCUs, da er nicht nur für die Speicherung des Codes, sondern auch für die Speicherung der Betriebsdaten während der gesamten Lebensdauer des Produkts benötigt wird.

Zwei NVM-Lösungen

Es gibt zwei gängige NVM-Lösungen für den Bau von MCUs: NVM, das direkt in den System-on-Chip (SoC) eingebettet ist, oder ein separater, externer NVM-Chip, der zusammen mit einem Logikchip als System-in-Package-Lösung (SiP) montiert wird. MCUs mit eingebettetem NVM (eNVM) werden in einem speziellen Logikprozess hergestellt, der das eNVM einschließt, und alles, was für den Betrieb der MCU erforderlich ist, wird auf diesem einzigen Chip erstellt. Bei MCUs, die eine SiP-Lösung verwenden, werden ein NOR-Flash-Chip und ein Logikchip zusammen verpackt. Code und Daten werden daher außerhalb des Logikchips auf einem eigenständigen NOR-Flash-Chip gespeichert.

Die führenden MCU-Anbieter verwenden in ihren Produkten hauptsächlich eine eNVM-Lösung, aber für kleinere Unternehmen kann eine SiP-Lösung eine attraktive Option sein. Diese Unternehmen können eine kürzere Markteinführungszeit realisieren, unter anderem weil die Verwendung eines standardisierten, sofort verfügbaren Logikprozesses den Designzyklus vereinfachen und verkürzen kann. Allerdings kann eine SiP-Lösung nicht alle Anforderungen vieler IoT- und Automobilanwendungen erfüllen. Die Verwendung von eNVM ist angesichts der Anforderungen an Kosten, Stromverbrauch, Geschwindigkeit, Sicherheit, Stabilität und Zuverlässigkeit von MCU-Anwendungen mit hohem Wachstum oft die bessere Lösung.

Die Wahl der besten Lösung

Um die beste Lösung für eine Anwendung zu finden, sollten Sie diese beiden Lösungen anhand der wichtigsten Anforderungen des Endmarktes in Bezug auf Stromverbrauch, Einschaltzeit, Geschwindigkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kosten vergleichen:

• Stromverbrauch: eNVM bietet einen um mehr als 30 % niedrigeren aktiven Stromverbrauch als SiP, da SiP-Flash einen konstanten IO-Toggle erfordert. Daher empfiehlt GF eNVM für batteriebetriebene IoT-Anwendungen, die einen geringen Stromverbrauch erfordern. GF und eVaderis entwickeln gemeinsam eine stromsparende MCU mit 22FDX und eMRAM
• Einschaltzeit: eNVM bietet eine 20-mal kürzere Zeit für das Einschalten und den Zugriff auf die ersten Daten als SiP (5µs vs. 100µs), da eNVM XIP ist, während bei SiP-Flash das System die Daten in das On-Chip-SRAM kopieren muss. Daher empfiehlt GF für Normal-Off-Anwendungen, die sehr schnelle Einschalt- und Lesezeiten erfordern, Embedded eNVM.
• Geschwindigkeit: eNVM bietet eine doppelt so hohe Lesegeschwindigkeit wie SiP (400MB/Sek. vs. 200MB/Sek.), da die eNVM-Makros eine IO-Bus-Breite von 32 bis 128 Bit haben, während SiP nur 4 oder 8 Bit verwendet. GF empfiehlt daher eNVM für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Bandbreite.
• Sicherheit: eNVM bietet eine höhere Sicherheit als SiP, da das eNVM-Makro angepasst werden kann und das SoC IP wie PUF verwenden kann, um die Sicherheit zu erhöhen. Im Gegensatz dazu ist SiP-Flash ein Standardangebot auf dem Markt, und zusätzliche Sicherheit kann nicht hinzugefügt werden. GF empfiehlt daher eNVM für Hochsicherheitsanwendungen.
• Zuverlässigkeit: eNVM bietet eine höhere Zuverlässigkeit, da es als einzelnes SoC durch das erforderliche Zuverlässigkeitsniveau qualifiziert ist, während SiP-Flash eine hohe Zuverlässigkeit nur durch ein strenges Test-Screening auf "known good die" (KGD) und das Gehäuse erreichen kann. CMOS-Embedded-STT-MRAM-Arrays in 2xnm-Modi für GP-MCU-Anwendungen
• Kosten: Um die Kosten der beiden Lösungen zu vergleichen, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:
  • NVM-Speicherdichte und volle Chipgröße, die den Brutto-Die-Per-Wafer mit oder ohne eNVM bestimmen
  • Waferpreis, mit oder ohne eNVM
  • Zusätzliche On-Chip-SRAM-Dichte für die SiP-Lösung, die zum Herunterladen des Codes von externem Flash beim Einschalten verwendet wird
  • Flash KGD-Preis für SiP-Lösung
  • Wafer-Testkosten, mit oder ohne eNVM
  • Zusätzliche Faktoren wie Wafer-Ausbeute, mit oder ohne eNVM, SiP-Lösung FT-Ausbeuteverlust, Verwaltungskosten

Vergleich der Kosten

Der folgende Kostenvergleich umfasst sechs typische NVM-Speicherdichten (2Mb, 4Mb, 8Mb, 16Mb, 32Mb, 128Mb), die sowohl auf der 40-nm-LPx-Plattform von GF mit eFlash als auch auf der 22FDX®-Plattform (22-nm-FD-SOI) mit eMRAM implementiert wurden.

Da jedes Unternehmen eine andere Einschaltmethodik für SiP-Lösungen hat, werden verschiedene On-Chip-SRAM-Dichten verwendet, um das externe Flash zu "beschatten". Die folgenden Ergebnisse gehen von einem Idealfall für SiP aus, bei dem eine SiP-Lösung und eine eNVM-Lösung eine identische SRAM-Größe verwenden. Beachten Sie, dass die meisten gängigen SiP-Lösungen die SRAM-Größe für das Code-Shadowing aus dem externen Flash erhöhen.

Quelle: GLOBALFOUNDRIES, 2018

Die obige Grafik zeigt, dass die 40-nm-Plattform mit eNVM (eFlash) kostengünstiger ist, wenn die NVM-Dichte weniger als 16 MB beträgt, während die SiP-Lösung kostengünstiger ist, wenn die NVM-Dichte gleich oder höher als 16 MB ist.

Bei einem Design auf der 22-nm-FDX-Plattform ist die eNVM-Lösung (eMRAM) kostengünstiger, wenn die NVM-Dichte weniger als 32 MB beträgt, während die SiP-Lösung kostengünstiger ist, wenn die NVM-Dichte gleich oder höher als 32 MB ist.

Im Vergleich der beiden Plattformen weist die 22FDX eNVM-Lösung (eMRAM) bei allen NVM-Dichten geringere Kosten auf als die 40-nm-SiP-Lösung. Darüber hinaus liegen die zusätzlichen Kosten für eMRAM bei der 22-nm-Plattform bei höheren Speicherdichten (32 MB+) bei 4 % oder weniger, während sie gleichzeitig eine SiP-Lösung in Bezug auf Stromverbrauch, Geschwindigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit übertreffen.

Bei noch größeren SRAM-Dichten sind die Vorteile einer eNVM-Lösung noch größer.

Welche Lösung ist also die beste für meine MCU?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl eNVM- als auch SiP-Lösungen praktikable Methoden zur Kombination von Logik und NVM sind. Allerdings ist eNVM aufgrund der höheren Leistung, Geschwindigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit oft die bessere Wahl für MCUs. In Bezug auf die Kosten ist eNVM oft günstiger als SiP, insbesondere unterhalb einer NVM-Dichte von 32 MB. Da MCU-Hersteller alle Kompromisse für ihre Produkte in Betracht ziehen, ist GF bereit, Kunden bei der Auswahl der geeigneten Lösung zu unterstützen, um in ihrem Markt zu gewinnen.

In einem aktuellen Tech Talk-Video spricht GF über die Vor- und Nachteile von eingebettetem nichtflüchtigem Speicher im Vergleich zu einem System im Gehäuse.

GF bietet eine breite Palette von eNVM- und SiP-Lösungen an, die führende und Mainstream-Technologieplattformen von 130nm bis 22nm nutzen, um die vielfältigen Anforderungen der aufstrebenden Märkte zu erfüllen. Der niedrige Stromverbrauch der eMRAM-Serie mit Zellkern ist ideal für den MCU- und IoT-Markt, die ultraschnellen Zugriffsgeschwindigkeiten und die hohe Speicherkapazität machen sie zur perfekten Ergänzung für den Computer- und Speichermarkt. eFlash-Lösungen (sowie RF- und Analog-Module und eine Vielzahl von IP) sind für spezifische Anwendungen wie Wearables, IoT, Automotive, Industrie- und Unterhaltungselektronik optimiert. Die SiP-Lösungen von GF bieten eine schnelle Markteinführung mit bewährter Technologie.

Bitte wenden Sie sich an GF, um einen genauen Vergleich zwischen SiP und eNVM für Ihre spezifische MCU-Architektur zu erhalten.

Über den Autor

Yafeng Zhang

Yafeng verfügt über rund 15 Jahre Erfahrung in der Halbleiterindustrie und ist Experte für Design, Anwendung und technisches Marketing von NOR-Flash. Yafeng ist für das technische Marketing des eFlash-Produktangebots von 130nm bis 40nm zuständig und konzentriert sich dabei besonders auf die Kunden aus der Automobil- und Industrie-MCU-Branche.

Bevor er zu GF kam, hatte Yafeng leitende technische Funktionen inne, zuletzt bei Micron Semiconductor, wo er sich auf das Design und die Anwendung von 45-nm-NOR-Flash-Produkten konzentrierte. Davor hatte Yafeng verschiedene Positionen bei Synopsys und SMIC inne.

Yafeng hat einen Master of Engineering in Mikroelektronik und einen Bachelor in Materialwissenschaften von der Fudan-Universität in Shanghai, China.

von: Dave Lammers

"Es gibt viel weniger Fanatiker als noch vor zwei Jahren". Dan Hutcheson, CEO von VLSI Research

Vor zwei Jahren befragte Dan Hutcheson, CEO des Marktforschungsunternehmens VLSI Research Inc. (Santa Clara, Kalifornien), ein Interview mit einflussreichen IC-Managern und Managern für geistiges Eigentum über vollständig verarmtes Silizium auf Isolator (FD-SOI) führte, stieß er auf zwei Hauptbedenken: die Verfügbarkeit von externem geistigen Eigentum, das die Entwicklungsteams mit internem geistigen Eigentum kombinieren könnten, und das damalige Fehlen einer Roadmap für die Prozesstechnologie.

Hutcheson wiederholte die Umfrage von VLSI Research in diesem Jahr und fand eine andere Landschaft vor: Die Teilnehmer der Umfrage 2018 waren viel weniger besorgt über die Roadmap, da GLOBALFOUNDRIES sich auf einen 12-nm-Knoten für seine FDX-Technologie festgelegt hat, und "IP ist viel weniger ein Thema", sagte Hutcheson während einer Präsentation der Umfrageergebnisse 2018 auf dem 2018 SOI Silicon Valley Symposium Ende April.

Hutcheson befragte 24 Personen - Entscheidungsträger in Unternehmen, die mehr als die Hälfte des IC-Marktes und des Marktes für geistiges Eigentum abdecken - nach den Gründen für ein Transistor-Design mit FD-SOI. Fast 40 Prozent nannten "bessere Verstärkung für Analogschaltungen" als Hauptgrund, eine ähnliche Anzahl nannte geringere Leckage und bessere Parasitik. Geringeres Rauschen, bessere Transistoranpassung, thermische Eigenschaften, Zuverlässigkeitsaspekte und besserer Strahlungsschutz folgten an Bedeutung.

Die Teilnehmer der Umfrage von 2018 sind sich nun bewusst, dass HF- und Mixed-Signal-Technologien leichter in FD-SOI implementiert werden können, einschließlich der weit verbreiteten Ansicht, dass FD-SOI eine bessere Lösung für 5G- und Millimeterwellen-HF-SoCs ist.

Die Zeiten haben sich geändert

Als die Umfrage 2016 durchgeführt wurde, waren finFET-basierte Prozesse gerade erst verfügbar. Damals dachte man im Entweder-Oder-Modus: entweder finFETs oder FD-SOI, das eine oder das andere. Jetzt, da FinFETs auf breiter Front verfügbar sind, setzt sich ein differenzierteres Denken durch. "Jetzt sagen die meisten Leute, dass FinFETs und FD-SOI komplementäre Technologien sind und dass es von den Anforderungen der Anwendung abhängt, welche man einsetzt", so Hutcheson.

FinFET-basierte Technologien bieten eine höhere Leistung, Integration und Dichte. Die Design- und Maskenkosten sind jedoch höher als bei FD-SOI, auch wenn die FinFET-Kosten in den letzten zwei Jahren aufgrund der Abschreibung von Werkzeugsätzen gesunken sind.

Viele der Befragten gaben an, dass sich die Hauptvorteile von FD-SOI auf RF oder "High-Mix-SoCs" mit Analog-, Digital- und RF-Funktionen auf demselben Chip konzentrieren. In Produktmärkten, in denen HF- und Sensorintegration wichtig sind, wird FD-SOI als der richtige Weg angesehen, "viel mehr als bisher", sagte er.

Die Befragten sagten Hutcheson, dass die vollständig verarmten planaren Transistoren auf SOI "eine bessere Verstärkung für analoge Bauteile, eine bessere Anpassung und eine viel einfachere Anpassung" bieten. Die Automobilhersteller sehen einen besseren thermischen Bereich und einen stabileren Betrieb" in Automobilumgebungen. Außerdem profitieren analoge Designs von der besseren Verstärkung, die mit den FD-SOI-Transistoren im Verarmungsmodus möglich ist, verglichen mit den Transistoren im Anreicherungsmodus der FinFETs.

"FD-SOI ist aufgrund der besseren Parasitik einzigartig für 5G positioniert. Einige Leute versuchen, Finnen für 5G zu verwenden, aber die Parasitik der Finnen ist ein entscheidender Faktor. Um es mit den Worten der Befragten zu sagen: "Man kann immer einen Weg finden, alles zu umgehen. Aber die Frage ist: Wie viel wollen Sie dafür bezahlen?", sagte er.

In der Umfrage 2018 wurde nach den wichtigsten Gründen für die Verwendung von FinFETs gefragt. Die wichtigsten Gründe waren die Leistungs- und Dichtevorteile von Spitzen-FinFETs. Fast 30 Prozent sagten: "FD ist in diesen Bereichen strukturell nicht kosteneffektiv." Etwa 15 Prozent der Befragten gaben an, dass sie glauben, dass Millimeterwellen-ICs "mit Bulk möglich sind". Andere nannten eine Vielzahl von Gründen für die Bevorzugung von FinFETs, darunter Herausforderungen beim Design mit Back-Biasing, das FinFET-Ökosystem hat keine Gleichen", ein Mangel an FD-SOI-IP und das Management sagt Nein".

"Ich fragte nach Body-Biasing und fand Leute, die sagten, es sei überbewertet", sagte Hutcheson. Einer sagte: "Wenn ich zu meinem Chef gehe und sage, dass wir das tun sollten, weil wir Body-Biasing machen wollen, wird er wahrscheinlich sagen, dass es zu komplex und riskant ist, also machen wir einfach Masse. Es ist besser, dem Management zuerst die einzigartigen Transistoreigenschaften von FD zu verkaufen und dann Body-Biasing als Bonus später hinzuzufügen."

Die Befragten gaben an, dass FD-SOI aus geschäftlichen Gründen attraktiv sei. Etwa 30 Prozent nannten niedrigere Entwicklungskosten als Hauptgrund für die Entwicklung mit FD-SOI. Es folgten niedrigere Herstellungskosten, weniger Masken und kürzere Zykluszeiten/Zeit bis zur Markteinführung.

Hutcheson merkte an, dass die Bezeichnung Internet der Dinge mehrere große Marktsegmente umfasst. Für Edge-IoT-Märkte, in denen der Stromverbrauch wichtig ist - was er als "clevere Leistung mit Ein-/Aus-Einsatzprofilen" bezeichnete - hat FD-SOI "einen großen Vorteil". Außerdem habe die Umfrage ergeben, dass FD-SOI Vorteile für Märkte mit kurzer Produktlebensdauer und für Unternehmen mit "geringen Budgets für das Chipdesign" habe.

Die wichtigste Erkenntnis aus der Umfrage 2018 ist, dass Manager und Ingenieure eher bereit sind, FD-SOI als Ergänzung zu finFETs oder in einigen Fällen als einzige Prozess-Roadmap zu betrachten, die den Produktanforderungen ihres Unternehmens entspricht. Ganze 75 Prozent der Befragten gaben an, dass sie zwei Roadmaps in Betracht ziehen würden, eine für FinFETs und eine für FD-SOI.

"Vor zwei Jahren wurde die Frage dramatisch diskutiert: Sind es finFETs? Oder ist es FD-SOI? Damals war es eine ODER-Gatter-Situation, aber jetzt ist es eher ein UND-Gatter. Die Leute sind bereit, beides zu verwenden. Es gibt viel weniger Fanatiker als noch vor zwei Jahren", sagte er.

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.

von: Dave Lammers

Mit dem hochauflösenden Abbildungsradar können Fahrzeuge die Umgebung bei allen Wetter- und Lichtverhältnissen auf lange, mittlere und kurze Entfernungen sowie in jedem Azimut, jeder Höhe und jedem Doppler erfassen. Es verfolgt die Geschwindigkeit und erkennt Entfernungen besser als derzeit auf dem Markt erhältliche Sensoren.

Die beiden jüngsten Vorfälle im Zusammenhang mit selbstfahrenden Autos in den Vereinigten Staaten zeigen den dringenden Bedarf an verbesserten Sensoren und entsprechenden ADAS-Technologien(Advanced Driver Assistance Systems). Arbe Robotics, ein Start-up mit Wurzeln in der israelischen Militärradarentwicklung, gehört zu den Unternehmen, die auf diesen Bedarf reagieren und mit der Markteinführung eines hochauflösenden, bildgebenden Radarchipsets für Kraftfahrzeuge auf Basis der 22FDX®-Technologie von GLOBALFOUNDRIES beginnen.

Das bildgebende Radar vonArbe Roboticsbietet eine hohe Auflösung von 1° im Azimut und 1,25° in der Höhe, bei Entfernungen von mehr als 300 Metern und einem weiten Sichtfeld von 100°. Nach Angaben des Unternehmens ermöglicht seine fortschrittliche Technologie die Erkennung kleiner Ziele, wie z. B. eines Menschen oder eines Fahrrads, selbst wenn diese durch ein großes Objekt, wie z. B. einen Lastwagen, etwas verdeckt werden. Das bildgebende Radar kann feststellen, ob und in welche Richtung sich Objekte bewegen, und das Fahrzeug in Echtzeit vor einer Gefahr warnen.

Andere Fahrzeugsensoren können bei Regen, Nebel und blendenden Lichtern wie einer plötzlichen Reflexion versagen. Das Radar von Arbe ist von all diesen Faktoren völlig unbeeinflusst. Der speziell entwickelte Radarprozessor erstellt ein 4D-Bild der Umgebung in Echtzeit und klassifiziert Ziele anhand ihrer Radarsignatur.

"Die Leistung, die wir zeigen können, übertrifft die bestehenden Radare", sagt Avi Bauer, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung bei dem 2015 gegründeten Unternehmen mit Sitz in Tel Aviv. In einer früheren Funktion hat er die verfügbaren Prozesstechnologien - von Silizium-Germanium (SiGe) bis hin zu CMOS - einem Benchmarking unterzogen und festgestellt, dass sie alle unzureichend sind. Die vollständig verarmte SOI-Technologie von 22FDX erfüllte die Anforderungen sowohl des Radar-Frontend-Geräts als auch des Prozessors. Die Tatsache, dass beide Chips auf 22FDX hergestellt werden, wird es einfacher machen, sie zu einer Ein-Chip-Lösung zu kombinieren, die das Unternehmen in der nächsten Generation anbieten wird.

Bauer sagte, dass wir bei seiner früheren Tätigkeit "aufgrund der Einschränkungen von CMOS-Bauelementen, einschließlich der Leistungsaufnahme, an die gläserne Decke gestoßen sind, was die Effizienz betrifft". Bauer sagte, dass CMOS bei 28nm-Designregeln sowohl bei der Integration als auch bei der Leistung von Radargeräten mit großer Reichweite zu kurz kommt. Silizium-Germanium, das heute für Radargeräte mit großer Reichweite verwendet wird, ist zwar leistungsfähig, aber stromhungrig und hat eine geringe Dichte. Die Umstellung auf ein weitgehend digitales RF-Design in einem 16-nm-FinFET-Prozess wäre zu teuer und riskant.

"Mit SOI ist das Design unkomplizierter, und das (Spannungs-)Biasing ermöglicht Dinge, die in Standard-CMOS nicht möglich sind", so Bauer. Bei den Sende- und Empfangsmodulen kommt der höhere spezifische Widerstand des SOI-Substrats den passiven Komponenten - Induktoren und Kondensatoren - zugute und ermöglicht eine gute Isolierung. "Passive Komponenten mit hohem Q sind wichtig. Bei 22nm ermöglicht SOI eine insgesamt bessere Leistung".

Durch die Vermeidung der hohen Maskenanzahl und der teuren Design-Tools, die für FinFET-basierte Designs erforderlich sind, erfüllt der 22FDX-Prozess laut Bauer die Energie-, Leistungs- und Dichteziele des Unternehmens und bleibt gleichzeitig auf der Kosten-pro-Funktion-Kurve des Mooreschen Gesetzes. Geschwindigkeit und Transistordichte sind wichtig: Hochauflösende bildgebende Radargeräte erzeugen enorme Datenmengen, die nahe am Ort des Geschehens und mit sehr geringen Latenzen verarbeitet werden müssen. Arbe hat einen maßgeschneiderten Prozessor für die Analyse der Radardaten entwickelt, so Bauer, und verwendet einen handelsüblichen Prozessor für den Speicher und andere Steuerfunktionen.

LiDAR, oder nicht

Bert Fransis, ein Senior Director bei GF, sagte, dass ADAS-Fahrzeuge mit einem hochauflösenden Radarsystem, das unter allen Wetterbedingungen "sehen" kann, "im Vergleich zu LiDAR so etwas wie einen Gewinner hätten". Fransis sagte, er glaube, dass hochauflösende Radarsysteme den Einsatz von LiDAR (Light Detection And Ranging), den laserbasierten Sensoren, die oft auf den Oberseiten der heutigen ADAS-Testfahrzeuge zu sehen sind, bald weitgehend verdrängen werden. Die ADAS-Firmen könnten CMOS-Bildkameras und hochauflösendes Bildradar kombinieren und "die Kosten für ein Bildverarbeitungssystem für ein Auto erheblich senken." Die rotierenden LiDAR-Module, die auf den Dächern von Testfahrzeugen montiert sind, kosten 10.000 Dollar oder mehr und funktionieren nur bei klarem Wetter, und selbst dann nur mit relativ mageren 20 Hz Bildwiederholraten.

Die heutigen LiDAR-Module "funktionieren nicht bei nebligem, verschneitem Wetter. Sie bieten nur unter strengen Auflagen eine hohe Auflösung", so Fransis.

Phil Amsrud, leitender Analyst für Automobilelektronik und Halbleiter bei IHS Markit, sagte, dass es im LiDAR-Bereich Innovationen gibt, die von MEMS-basierten bis hin zu All-Solid-State-LiDAR reichen und die wahrscheinlich dazu führen werden, dass LiDAR weiterhin in den "Sensor-Fusion"-Paketen vieler Automobilhersteller enthalten ist. "Wenn man sich die Daten ansieht, die wir jetzt haben, wird LiDAR ein viel längeres Leben haben als nur als wissenschaftliches Experiment in Testfahrzeugen. Es werden so viele Anstrengungen unternommen, um neue Technologien mit weniger beweglichen Teilen zu entwickeln, und es bestehen so viele Partnerschaften, dass wir glauben, dass LiDAR in Serienfahrzeugen zum Einsatz kommen wird. Es passt immer noch in die Mentalität der Sensorfusion, und ich sehe all diese Technologien parallel laufen."

3D plus Geschwindigkeit gleich 4D

LiDAR wird wohl auch weiterhin von einigen Automobilherstellern eingesetzt werden, auch wenn Arbe Robotics und andere Unternehmen die effektive Reichweite des Radars auf über 300 Meter und die Bildgebung auf eine höhere Auflösung steigern. Das Unternehmen behauptet, das erste Radarunternehmen zu sein, das hochauflösende 4D-Bilder (3D + Geschwindigkeit) mit einem großen Dynamikbereich für die Hinderniserkennung in Echtzeit liefert.

Shlomit Hacohen, Vice President of Marketing bei Arbe Robotics, sagte, dass das Unternehmen jetzt Prototypen an Kunden liefert und Anfang nächsten Jahres zur allgemeinen Verfügbarkeit übergehen wird. "Unser bildgebendes Radar ist ein echter Wegbereiter für mehr Sicherheit im Straßenverkehr, da es bei allen Wetter- und Lichtverhältnissen funktioniert. Es verfolgt die Geschwindigkeit und erkennt die Entfernung besser als jeder andere Sensor auf dem Markt", sagte sie.

Die heutigen Radarsysteme unterstützen Sicherheitssysteme wie adaptive Geschwindigkeitsregelung, Erkennung des toten Winkels und automatische Notbremsung. "Bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Radargeräten muss man jedoch zwischen Auflösung und Sichtfeld abwägen", so Hacohen.

Die Systeme von Arbe Robotics können für die Erkennung von hinten, von der Seite oder von vorne konfiguriert werden. Das Unternehmen wirbt mit seiner ultrahohen Auflösung von 1° Azimut, 1,25° Elevation und einer Doppler-Auflösung von 0,1 m/s. Es unterstützt ein breites Sichtfeld von 100° Azimut, 30° Elevation und eine Echtzeit-Auffrischungsrate von 40 FPS (Bilder pro Sekunde).

Das Unternehmen hat seine Nachbearbeitungstechnologie patentiert, die den Stromverbrauch senkt, indem sie die Kamera und das LiDAR nur auf die Bereiche richtet, die von Interesse sind.

MRAM in Erwägung gezogen

Auf meine Frage, ob Arbe Robotics plant, die von GF entwickelte eMRAM-Technologie (embedded magnetic RAM) einzusetzen, antwortete Bauer, dass diese für das Single-Chip-Design der nächsten Generation von Arbe Robotics in Betracht gezogen wird. "Als eigenständiges System in einem einzigen Gerät müssen wir wahrscheinlich einen Blick auf eMRAM werfen. Heute befinden wir uns bereits an der Grenze, und das Hinzufügen einer weiteren Funktion wie eMRAM würde ein zusätzliches Risiko bedeuten. Aber wir ziehen es für die nächste Generation ernsthaft in Erwägung".

Über den Autor

Dave Lammers

Dave Lammers schreibt für Solid State Technology und ist Blogger für die Foundry Files von GF. Dave Lammers begann über die Halbleiterindustrie zu schreiben, als er Anfang der 1980er Jahre im Tokioter Büro von Associated Press arbeitete, einer Zeit des schnellen Wachstums der Branche. 1985 wechselte er zur E.E. Times, für die er in den folgenden 14 Jahren von Tokio aus über Japan, Korea und Taiwan berichtete. Im Jahr 1998 zogen Dave, seine Frau Mieko und ihre vier Kinder nach Austin, um ein texanisches Büro für die E.E. Times einzurichten. Als Absolvent der University of Notre Dame erwarb Dave einen Master-Abschluss in Journalismus an der University of Missouri School of Journalism.

von: Mark Granger

Vorbei sind die Zeiten, in denen die Automobilelektronik ein langsam voranschreitendes, rückständiges Geschäft war. Heute treiben leistungsstarke Halbleitertechnologien die Entwicklung von Fahrzeugfunktionen voran, die früher vielleicht als Science-Fiction galten, wie etwa fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), die den Weg zu selbstfahrenden Autos ebnen.

Insgesamt wird für den Markt für Halbleiter in Automobilanwendungen bis 2023 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 7 % prognostiziert, d. h. von 35 Mrd. USD auf 54 Mrd. USD. Für die ADAS-Anwendungen, für die GF einzigartige Lösungen anbietet, wird in diesem Zeitraum ein Wachstum von 19% CAGR prognostiziert.

Die Breite unserer Technologien, unser Know-how in der Systementwicklung, unsere technischen Ressourcen und unsere Qualitätssysteme versetzen uns in eine hervorragende Position, um diesen wachsenden Markt zu bedienen und der Automobilindustrie innovative Lösungen anzubieten, die ihren strengen Anforderungen an Leistung, Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit gerecht werden. Kunden aus der gesamten Lieferkette der Automobilindustrie nutzen die Technologieangebote von GF, von Halbleiterherstellern ohne eigene Fertigung über Tier One-Zulieferer bis hin zu den Automobilherstellern selbst. Hier sind einige aktuelle Entwicklungen, über die ich gerne berichten möchte.

Auf dem Radar

Die Kfz-Radartechnologie ist eine der Kernkompetenzen von GF, die mit der zunehmenden Komplexität und Verbreitung von ADAS-Systemen immer wichtiger wird.

Radar ist einer von mehreren Sensortypen, die zur Erkennung von Objekten in der Nähe eines Fahrzeugs eingesetzt werden, um Funktionen wie den adaptiven Tempomat zu ermöglichen. Lidar ist ein weiterer. Es verwendet gepulste Laser, um die Entfernung zu einem Objekt zu bestimmen, indem es die Zeit misst, die das Licht braucht, um zurückgeworfen zu werden. Allerdings ist Lidar derzeit teuer und wird von den Wetterbedingungen beeinflusst. Radar ist preiswerter, und Radargeräte mit höherer Auflösung versprechen, mit Lidar in Automobilanwendungen zu konkurrieren, so dass auch preisgünstigere Fahrzeuge in den Genuss größerer ADAS-Funktionen kommen können.

Die 22FDX-Technologie von GF bietet eine hervorragende Leistung im Millimeterwellenbereich (mmWave) und eine hohe digitale Dichte für die nächste Generation von 77-86-GHz-Automobilradaren mit mittlerer und großer Reichweite. 22FDX-basierte Radarsensoren können höhere Auflösungen und geringere Latenzzeiten als aktuelle Radarsensoren bei sehr niedrigen Gesamtsystemkosten bieten.

In naher Zukunft wird einer unserer Kunden zeigen, wie das Unternehmen 22FDX als Grundlage für einen Radarbild-Chipsatz verwendet, der Hindernisse in einer Entfernung von 300 Metern mit einem breiten Sichtfeld und ultrahoher Auflösung erkennen kann. Bleiben Sie dran.

Ein weiteres Beispiel für die Entwicklung des Kfz-Radars ist unsere Zusammenarbeit mit einem führenden Kunden aus der Automobilelektronik, der die ausgereifte CMOS-Prozesstechnologie von GF für die Entwicklung eines 77-GHz-Radarmoduls mit kurzer/mittlerer Reichweite nutzt. Das Modul integriert einen Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, SRAM- und Flash-Speicher sowie unterstützende Komponenten auf einer Leiterplatte, die ein viel größeres Radar-Array ersetzt.

Elektroautos mit größerer Reichweite

Radar ist natürlich nur eine der Halbleiteranwendungen im Automobil. Die Steuerung des Antriebsstrangs ist eine andere. Auf der kürzlich stattgefundenen Embedded World hat unser Kunde Silicon Mobility eine sogenannte Field Programmable Control Unit (FPCU) für die Steuerung des Antriebsstrangs von Elektro- und Hybridfahrzeugen vorgestellt. Die mit der 55LPx-CMOS-Technologie von GF hergestellte Einheit ermöglicht die Echtzeitverarbeitung und -steuerung von Sensoren und Aktoren in Verbindung mit einer Standard-CPU in einem einzigen Halbleiter, der dem Sicherheitsstandard ISO 26262 ASIL-D entspricht. Sehen Sie sich hier eine Live-Demo der elektrischen Motorsteuerung von Silicon Mobility an, die durch die 55nm eFlash-Technologie von GF ermöglicht wird.

Das Ergebnis ist eine leistungsfähigere, flexiblere und sicherere Architektur für die Steuerung und Leistung von elektrischen und hybriden Antriebssträngen. Durch die schnelle Ausführung komplexer Algorithmen zur Steuerung des Antriebsstrangs in Hardware statt in Software können erhebliche Energieeinsparungen und eine längere Batterielebensdauer erzielt werden. Nach Angaben des Unternehmens kann die FPCU die Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen um etwa 32 % erhöhen.

Geprüfte Qualität in Dresden

Die Kunden in der Automobilindustrie verlangen ein viel höheres Maß an Qualität und Zuverlässigkeit als Kunden in anderen Märkten. Das ist verständlich, denn wir alle wissen, dass Autos und Lastwagen während ihrer gesamten Lebensdauer unter allen Wetter-, Straßen- und Verkehrsbedingungen einwandfrei funktionieren müssen.

Daher müssen Halbleiterlieferanten für die Automobilindustrie zahlreiche Qualitätsstandards und Zertifizierungen erfüllen, die für andere Kunden nicht gelten. Diese werden von einer regelrechten Buchstabensuppe von normgebenden Gruppen und Agenturen wie AEC, IATF, ISO, VDA und anderen geregelt.

Wir haben unsere Fähigkeiten in der Automobilbranche bereits in unseren Werken in Singapur unter Beweis gestellt, und nun bin ich stolz darauf, berichten zu können, dass das Werk 1 von GF in Dresden im vergangenen Monat sein erstes vollständiges IATF16949/ISO9001-Audit absolviert hat. Die Erfüllung dieser Norm bescheinigt, dass die Qualitätsmanagementsysteme eines Werks die Anforderungen für die Automobilproduktion erfüllen. Die Einhaltung dieser Norm ist unerlässlich. Vier Auditoren verbrachten den größten Teil einer Woche damit, alle Aspekte und Bereiche des Standorts Dresden zu prüfen. Das Ergebnis war erfolgreich, und nach Abschluss von 4 Maßnahmen innerhalb der nächsten 60 Tage werden die Auditoren Fab 1 für die vollständige Zertifizierung empfehlen.

Dies sind nur einige der Ergebnisse unseres Bestrebens, ein beliebter Lieferant für die Automobilindustrie zu werden. Es ist eine aufregende Zeit in diesem Geschäft, da der Elektronikanteil in Autos zunimmt. Entlang der gesamten Wertschöpfungskette bieten sich zahlreiche Möglichkeiten für die Halbleiterindustrie, und wir nutzen sie mit Hochdruck.

Im vergangenen Jahr stellte GF seine Automobilplattform AutoPro™ vor, die ein umfassendes Angebot an Technologien und Fertigungsdienstleistungen bietet, um Automobilherstellern zu helfen, die Leistung von Silizium für eine neue Ära der "vernetzten Intelligenz" zu nutzen. Weitere Informationen zu den Automobillösungen und dem Servicepaket des Unternehmens finden Sie unter: globalfoundries.com/market-solutions/automotive.

Über den Autor

Mark Granger

Mark Granger, Vice President of Automotive bei GLOBALFOUNDRIES, ist seit rund 20 Jahren für das Design und das Produktmanagement von Hochleistungs-SoCs verantwortlich. Zuletzt war er bei NVIDIA tätig, wo er die Bemühungen des Unternehmens leitete, hochmoderne Anwendungsprozessoren für autonome Fahrzeuge anzubieten.

von: Khaled Douzane

Eine Einführung in die revolutionäre und branchenweit erste FPCU (Field Programmable Control Unit)

Wie Sie wahrscheinlich wissen, befindet sich die Automobilindustrie inmitten einer digitalen und elektrischen Revolution. Ähnlich wie bei der Entwicklung von Klapphandys zu Smartphones werden Fahrzeuge elektrifiziert, autonom und vernetzt und verändern die Mobilität, wie wir sie kennen, für immer. Was Sie vielleicht nicht wissen, ist, dass die Halbleiter in diesen Fahrzeugen immer wertvoller werden, da sie der Schlüssel dazu sind, dass Elektro- und Hybridfahrzeuge Energie sparen, schneller laden und neue Reichweiten erzielen können. Die weltweit führenden Automobilhersteller werden nach diesen Schlüsselfaktoren beurteilt und befinden sich in einem Wettlauf um die besten Technologien, um die größte Reichweite bei geringstem Stromverbrauch und kürzester Ladezeit zu erzielen.

Suche nach neuen Technologien

Die Antwort auf diese Herausforderung ist äußerst komplex, da sie mehrere Elemente innerhalb eines elektrifizierten Antriebssystems umfasst. Von der Batterietechnologie über die Konstruktion des Elektromotors bis hin zur Motorpositionierung gibt es unzählige Kombinationen von Technologien, die in elektrischen Antriebssträngen eingesetzt werden können. Der Schlüssel zu dieser Diskussion ist die Fähigkeit, diese neuen Systeme effizient und in Harmonie miteinander zu steuern, um eine maximale Leistung mit einem neuen Halbleiter zu erzielen, der speziell für elektrische und hybride Antriebssysteme entwickelt wurde.

Erstaunlicherweise haben die traditionellen Halbleiterhersteller bis heute keine adäquate Lösung für die effiziente Steuerung dieser neuen Systeme angeboten. Daher sind Tier-1-Hersteller und OEMs im Wesentlichen gezwungen, einschränkende Technologien wie Multicores und Mikrocontroller zu verwenden, die für gasbetriebene Motoren entwickelt wurden. Aus diesem Grund hat Silicon Mobility einen neuen Halbleiter mit der Bezeichnung Field Programmable Control Unit (FPCU) entwickelt, mit dem bestehende Elektro- und Hybridfahrzeugtechnologien ihr wahres Potenzial entfalten können.

Ein Halbleiter, der die Grenzen sprengt

Diese neue, bahnbrechende FPCU-Halbleitertechnologie kombiniert eine flexible und parallele Hardwarearchitektur, die Echtzeitverarbeitung und -steuerung von Sensoren und Aktoren bietet, mit einer Standard-CPU. Diese ist von einer integrierten Sicherheitsarchitektur (ASIL-D) auf höchstem Niveau umgeben und wird durch diese zu einem einzigen Halbleiter ergänzt. Das Ergebnis ist eine weitaus leistungsfähigere, flexiblere und sicherere Architektur für die Steuerung und Leistung von elektrischen und hybriden Antriebssträngen.

Die FPCU beseitigt Software-Engpässe und beschleunigt die Datenverarbeitung um das 40-fache gegenüber herkömmlichen Halbleitern. Die FPCU ermöglicht auch eine bis zu 20-mal schnellere harte Echtzeit-Regelschleife, die die Ausdauer des Motors gewährleistet und Signalverzögerungen eliminiert, die zu Motorausfällen oder -schäden führen können. Darüber hinaus wird durch die Ausführung komplexer Algorithmen in der FPCU-Hardware anstelle von Software der Stromverbrauch erheblich gesenkt, und zwar um über 180 bis 200 Prozent. Dieser geringere Stromverbrauch führt zu einer größeren Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Es wurde gemessen, dass die FPCU die Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen um über 32 % erhöht!

Ermöglichung der Elektro- und Hybridrevolution

Mit der Einführung des FPCU-Halbleiters unterstützt Silicon Mobility Automobilhersteller und OEMs dabei, effizientere und maßgeschneiderte Elektro- und Hybridfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Vor allem im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach einer größeren Reichweite der Fahrzeuge und einer verbesserten Datenverarbeitung für das autonome Fahren sind Halbleiter wie der FPCU der Schlüssel, um dies zu erreichen, ohne dass die Antriebssysteme der Fahrzeuge, wie die Batterie oder der Motor, überdacht oder neu gestaltet werden müssen. Jeder führende Automobilhersteller der Welt wird in den nächsten zwei Jahren mindestens ein neues Elektro- oder Hybridmodell auf den Markt bringen, und die Nachfrage nach Halbleiterlösungen wird extrem hoch sein. Mit der Möglichkeit, die Reichweite von Fahrzeugen und die Datenverarbeitung exponentiell zu erhöhen und gleichzeitig den Stromverbrauch zu senken, wird die Halbleiterarchitektur den Weg für die Leistung und Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen ebnen. Der Grund dafür ist, dass es wesentlich kostengünstiger ist, neue Halbleiterarchitekturen in bestehende Antriebsstränge zu integrieren, als das Design von Antriebssystemen und die Lieferketten erheblich zu verändern.

Wenn Sie mehr über die FPCU von Silicon Mobility, genannt OLEA, erfahren möchten, besuchen Sie bitte unsere Website und erfahren Sie, wie diese branchenweit erste Halbleiterarchitektur Ihre Elektro- und Hybridrevolution ermöglichen kann.

Letztes Jahr haben GLOBALFOUNDRIES und Silicon Mobility erfolgreich die branchenweit erste FPCU-Lösung für Fahrzeuge entwickelt. Vor kurzem hat Silicon Mobility seinen T222-Chip auf der Embedded World 2018 erfolgreich vorgestellt. Diese FPCU-Lösung nutzt die 55nm Low Power Extended (55LPx) Automotive-qualifizierte Technologieplattform von GF, um mehrere Funktionen auf einem einzigen Chip zu integrieren und die Leistung für Hybrid- und Elektrofahrzeuge zu steigern.

Sehen Sie sich eine Live-Demo der elektrischen Motorsteuerung von Silicon Mobility an, die durch die 55-nm-eFlash-Technologie von GF ermöglicht wird.

Über den Autor

Khaled Douzane

Khaled Douzane verfügt über 18 Jahre Erfahrung in der Halbleiterindustrie mit Schwerpunkt Automobil. Als Vice President of Products bei Silicon Mobility ist er für die Definition und Entwicklung aller Produktlinien für elektrische (EV) und hybride (HEV) Antriebsstränge und autonome Fahrzeuganwendungen zuständig. Khaled ist am patentierten Technologiedesign beteiligt, das den Kern der innovativen und revolutionären Produkte von Silicon Mobilty bildet. Bevor er Silicon Mobility mitbegründete, trug Khaled Douzane zur Entwicklung von Scaleo bei, einem Halbleiterunternehmen ohne eigene Fertigung, wo er mehrere Funktionen innehatte, unter anderem acht Jahre lang als SoC Design Manager und weitere acht Jahre lang als Produktmanager. Khaled Douzane ist Absolvent der Ingenieurschule Sophia-Antipolis POLYTECH in Nizza mit Schwerpunkt Elektronik.

von: Gary Dagastine

GF sprach auf dem Mobile World Congress 2018 über 5G und die Welt hörte zu

Der Mobile World Congress in Barcelona, Spanien, ist die führende jährliche Veranstaltung der Mobilfunkbranche, und die diesjährige Ausgabe Ende Februar stand ganz im Zeichen der 5G-Mobilfunktechnologie. GLOBALFOUNDRIES nutzte den Moment gleich am ersten Morgen der Messe mit einem speziellen Programm zu den sich entwickelnden Anwendungen und technologischen Anforderungen von 5G.

Zunächst erläuterten Gregg Bartlett und Dr. Bami Bastani, Sr. Vice Presidents der GF-Geschäftsbereiche CMOS und RF, die Herausforderungen und Chancen von 5G-Halbleitern für Geräteentwickler, Netzwerkspezialisten und Architekten von Hochleistungsrechnern. 5G wird sich auf all diese Bereiche auswirken, da es intelligenteren Geräten ermöglicht, über Verbindungen mit höherer Bandbreite zu immer leistungsfähigeren Rechenzentren zu gelangen.

Anschließend fand eine Podiumsdiskussion statt, die von Mike Cadigan, Senior Vice President of Global Sales and Business Development von GF und Leiter des Geschäftsbereichs ASIC von GF, moderiert wurde. Das Panel bestand aus eingeladenen Experten von Nokia Mobile Networks, Mobile Experts LLC und der TU Dresden.

Sie gaben Einblicke in die Frage, warum 5G-Netze wahrscheinlich nicht flächendeckend eingeführt werden, warum eine Netzlatenz von einer Millisekunde "magisch" ist, wie die direkte Zusammenarbeit mit foundry ganzheitlichere Lösungen unterstützen kann und viele andere wichtige Überlegungen.

5G-Computing erfordert optimiertes Silizium

Bartlett sagte, dass 5G zu tiefgreifenden Veränderungen bei den Rechenanforderungen für Geräte und Rechenzentren führen wird, da die Komplexität und das Volumen des Netzwerkverkehrs aufgrund von mehr Nutzern, mehr Transaktionen pro Nutzer und reichhaltigeren Inhalten pro Transaktion exponentiell ansteigen.

"Für Anwendungen in Rechenzentren werden sehr schnelle Prozessoren und eine nahezu 100-prozentige Betriebszeit benötigt, während für Geräte mit Edge-Anschluss Chips mit extrem niedrigem Stromverbrauch und geringer Leckage sowie mit eingebettetem Speicher für die Speicherung und RF für die drahtlose Konnektivität benötigt werden", sagte er.

Beide Anwendungen werden auch Funktionen der künstlichen Intelligenz (KI) nutzen, aber auf unterschiedliche Weise, sagte er. Rechenzentren werden KI nutzen, um das Verhalten von Geräten und Netzwerken zu erlernen, zu antizipieren und zu steuern, während Edge-verbundene Geräte, wie z. B. Autokameras, KI lokal für die Echtzeitverarbeitung und Inferenz nutzen werden. Die 5G-Bandbreite ist für die Unterstützung all dieser Anwendungen unerlässlich.

Bartlett sagte, dass es für viele Unternehmen schwierig sein wird, die Chancen von 5G zu nutzen, da erhebliche Investitionen in Design-Tools, EDA, Entwicklung von geistigem Eigentum (IP) und Verifizierung erforderlich sind. "Viele neue, innovative Unternehmen können diese Entwicklungskosten nicht auffangen und benötigen Technologielösungen, die sowohl Wettbewerbsvorteile als auch Kostensenkungen bieten", sagte er.

Er erläuterte, wie die duale Technologie-Roadmap von GF diese Flexibilität bietet, mit fortschrittlicher FinFET-CMOS-Technologie für Hochleistungscomputer und FD-SOI-Technologie für drahtlose und batteriebetriebene Anwendungen, die beide mit erstklassigen HF-Funktionen integriert werden können. Anwendungsspezifische ICs (ASICs) sind ein weiterer Weg zu 5G, und GF bietet das führende ASIC-IP-Portfolio und mehr als 1.000 erfahrene Ingenieure.

Während viele Kunden nach solch weitreichenden, flexiblen foundry Lösungen verlangen, sind nicht alle Foundries in der Lage, darauf zu reagieren. "Wir haben ein wachsendes Portfolio von Kunden, die ich als 'revolutionär' bezeichne und die das neue Silizium als Mittel nutzen, um den traditionellen Wettbewerbsrahmen ihrer Branche zu durchbrechen oder zu verändern", sagte er. "Sie fordern einen leichteren Zugang zu Silizium, und wir haben uns entsprechend ausgerichtet, um ihnen die optimierten Lösungen zu bieten, die sie brauchen."

5G-Konnektivität bringt mehr Komplexität mit sich

Was die Konnektivität betrifft, so sagte Bami Bastani, dass 5G schrittweise eingeführt wird, wobei das bestehende 4G/LTE-Backbone genutzt wird. Zunächst wird es Verbesserungen des bestehenden Systems geben, dann eine erste Einführung von Sub-6-GHz-Bändern mit Massive-MIMO-Architekturen für Hochgeschwindigkeitsübertragungen und dann eine zweite Einführung, um die Netzkapazität zu erweitern und noch höhere Datenübertragungsraten durch die Nutzung von mmWave-Bändern zu erreichen.

"All dies bedeutet, dass ein komplexeres Funkgerät erforderlich ist, das nicht nur mit neuen Netzwerkprotokollen, sondern auch mit älteren Protokollen und Bändern funktioniert", sagte er. "Daher müssen sich die Front-End-Module (FEMs) beim Übergang von 4G zu 5G in vielerlei Hinsicht weiterentwickeln.

Bastani betonte, dass das umfangreiche RF-Portfolio von GF mit seinen Silizium-auf-Isolator (SOI)- und Silizium-Germanium (SiGe)-Technologieplattformen den Kunden eine Differenzierung ermögliche, da diese optimierten Lösungen spezifische Kundenanforderungen an Leistung, Komplexität und Kosten erfüllen könnten. Er nannte zwei Beispiele.

Für 5G-Basisstationen wird die Steuerung der Antennengruppen eine viel komplexere Signalverarbeitungsschaltung erfordern. "Dieser Prozess wird als Beamforming bezeichnet und kann je nach Größe des Arrays mit analogen, digitalen oder hybriden Schaltkreisen durchgeführt werden. Die Wahl der Technologie hängt davon ab, wie das System aufgeteilt wird, und GF verfügt über ein umfangreiches Angebot, das allen Anforderungen gerecht wird", erklärt er.

Bei kleinen mobilen Geräten sind die Anforderungen anders. "Man hat es jetzt mit kleineren Arrays zu tun, die eine höhere Leistung pro Element erfordern, um die gleiche Strahlungsleistung zu erzielen. Die gute Nachricht ist, dass wir jetzt einen Großteil der Strahlformung digital durchführen können und so die Skalierung fortschrittlicher Knoten wie 22FDX nutzen können, um eine niedrige Leistung und niedrige Kosten für diese Anwendungen zu erreichen", sagte er.

Branchenexperten skizzieren die 5G-Zukunft

Anschließend wurde die Diskussion auf ein Expertenpanel verlagert, an dem Joe Madden, leitender Analyst bei Mobile Experts, Professor Frank Fitzek, Leiter des Lehrstuhls für Kommunikationsnetze der Deutschen Telekom an der TU Dresden, und Michael Reiha, Leiter der Abteilung RF IC R&D bei Nokia Mobile Networks, teilnahmen.

Joe Madden eröffnete den Dialog auf dem Podium mit der Bemerkung, dass sich 5G-Netze anders entwickeln werden als frühere Netztechnologien. Diese zeichneten sich durch eine schnelle Verbreitung aus, weil sie es ermöglichten, bestehende, weit verbreitete Anwendungen wie E-Mail drahtlos zu nutzen. Im Gegensatz dazu komme 5G in erster Linie den Netzbetreibern und noch nicht existierenden Märkten zugute, sagte er.

"Aus Sicht eines Netzbetreibers liegt der wahre Vorteil von 5G in den Kosten. Heute kostet es etwa 1,50 Dollar, 1 GB Daten über ein LTE-Netz zu übertragen, aber mit mmWave 5G könnten es 5 Cent oder weniger sein", sagte er, was bedeutet, dass es anfangs Inseln der Bereitstellung geben wird, wie z. B. in städtischen Zentren mit dichtem Netzverkehr oder wo es speziell für bestimmte IoT-Anwendungen benötigt wird.

Cadigan bat Prof. Fitzek, die Entwicklung der 5G-Standards zu beschreiben und zu erläutern, wie diese mit der Technologie von foundry zusammenhängen. "Es geht nicht darum, mehr Daten zu transportieren, sondern nur um die Latenzzeit. Warum argumentieren wir in diesem Zusammenhang immer wieder, dass eine Latenzzeit von 1 ms so magisch ist? Nun, das hat mit der Physik der Rückkopplungsschleifen zu tun", so Prof. Fitzek. (Latenz ist die dem Netz innewohnende Verzögerung.)

Er führte das Beispiel eines 50-Hz-Kraftwerks an, das Strom in ein intelligentes Stromnetz einspeist. Eine Latenzzeit von nur 10 ms im Netz würde zu so großen Phasenverschiebungen in der elektrischen Leistung des Generators führen, dass dieser beschädigt werden könnte, sagte er, während eine Latenzzeit von 1 ms ausreichend wäre.

"Viele Leute denken, wenn man die falsche Zahl für die Latenzzeit in die Norm aufnimmt, kann man sie später einfach korrigieren. Aber das wird schwer zu beheben sein, und um den vollen Wert von 5G-Netzen zu erhalten, muss sie von Anfang an vorhanden sein." Für Halbleitertechnologen stelle dies kein Problem dar, da sie mit Rückkopplungsschleifen bereits sehr vertraut seien.

Die Notwendigkeit niedriger Latenzzeiten ist laut Reiha ein wichtiger Grund, warum Nokia seine kürzlich vorgestellten 5G-Reefshark-Chipsätze selbst entwickelt hat, anstatt mit einem Halbleiterunternehmen ohne eigene Fertigung zusammenzuarbeiten. Cadigan fragte ihn, was das für künftige foundry Beziehungen bedeuten könnte.

Reiha sagte, dass man, um solch niedrige Latenzen zu erreichen, die 5G-Anforderungen ganzheitlich betrachten muss, mit einer Zukunftsvision, für die Halbleiterlösungen flexibel genug sind. "Nokia Bell Labs hat buchstäblich das Buch über Massive MIMO geschrieben, was uns in die Lage versetzt, die systembezogenen Herausforderungen zu verstehen. Wir wissen auch, wie wichtig die nahtlose Integration von Halbleiterfunktionen ist", sagte er.

"Was wir von unseren Gießereien erwarten, ist ein ehrlicher Dialog und ein offener Zugang zu geistigem Eigentum, um unsere Qualitätsstandards zu wahren. Wir brauchen hochwertiges geistiges Eigentum, denn wir können nicht alles machen, wir sind nicht in allen Bereichen Experten", sagte er.

Cadigan fragte die Podiumsteilnehmer nach ihrer Sicht auf den Ansatz von GLOBALFOUNDRIES im Bereich 5G. Madden sagte, dass die Fähigkeit von GF, verschiedene Technologien zu integrieren, sehr wichtig sei. "Auf dem Weg zu massiven MIMO-Arrays besteht der Druck, die Größe von Funkarrays und Empfängern zu reduzieren. Daher sind Multichip-Module, in denen alles eng integriert ist, unerlässlich", sagte er. Cadigan verwies auf die fortschrittliche Verpackungstechnologie, die von IBM zu GF kam.

Reiha sagte, GF verfüge über die klassenbesten RF-Fähigkeiten, und aus Nokias Sicht sei die Fortsetzung der laufenden Verbesserungen der Gerätemodelle für RF von entscheidender Bedeutung. "Dies gilt insbesondere für thermische Gerätemodelle und für Technologien wie SOI, um eine nahtlose Mixed-Signal-Simulationsumgebung zu ermöglichen, die es uns erlauben würde, viel mehr Sensoren zu bauen und mehr Kontrolle über unsere HF-Die zu haben.

Prof. Fitzek sprach über die Bedeutung von Software und die Offenheit der Technologie von GF. "Da man heute noch nicht wirklich vorhersehen kann, was die Nutzer tun werden, und das maschinelle Lernen seine eigenen Zwecke haben wird, werden Ihre Software-APIs in Zukunft noch wichtiger werden.

Über den Autor

Gary Dagastine

Gary Dagastine ist Autor, der über die Halbleiterindustrie für EE Times, Electronics Weekly und viele spezialisierte Medien berichtet hat. Er ist mitwirkender Redakteur der Zeitschrift Nanochip Fab Solutions und Direktor für Medienbeziehungen für das IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), die weltweit einflussreichste Technologiekonferenz für Halbleiter. Er begann seine Laufbahn in der Branche bei General Electric Co., wo er die Kommunikationsabteilung von GE in den Bereichen Stromversorgung, Analogtechnik und kundenspezifische ICs unterstützte. Gary ist ein Absolvent des Union College in Schenectady, New York,