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,