Von Ian Williams

Immer mehr Autos bieten heute In-Vehicle-Infotainment-Systeme (IVI), die in der Regel in den Rücksitz oder das Armaturenbrett integriert sind. Diese integrierten Systeme liefern Unterhaltung, Multimedia und Fahrerinformationen in einer einzigen Plattform, die in der Regel in drei Formaten angeboten wird: als Dockingstation für die Smartphone-Integration, als vollständig geschlossene Plattform, die eng mit der Fahrzeugentwicklung verbunden ist, und als Aftermarket-System für Fahrzeug-Upgrades. Dieses wachsende Phänomen kann über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg Einnahmequellen schaffen und eine Möglichkeit bieten, mit den Kunden über einen längeren Zeitraum in Kontakt zu bleiben. Heutzutage ist für Autokäufer nicht mehr nur die Fahrleistung eines Fahrzeugs ausschlaggebend für ihre Kaufentscheidung. Angesichts der zunehmenden Abhängigkeit von unseren Smartphones und der Art und Weise, wie sie uns mit dem Rest der Welt verbinden, spielt die nahtlose Integration mobiler Geräte in ein Auto eine wichtige und einflussreiche Rolle bei der Bewertung neuer Fahrzeuge. Nicht-traditionelle Automobilzulieferer wie Apple und Google sehen das vernetzte Auto eindeutig als eine große Chance. Erste Anzeichen für ihr wachsendes Interesse und ihre Beteiligung an diesem Markt sind die Standards Apple CarPlay und Android Auto, die es IVI-Systemen ermöglichen, als Displays und Steuerungen für iOS- und Android-fähige Smartphones zu fungieren. Obwohl Autos viel mehr sind als Smartphones auf Rädern, ist es ein überzeugendes Wertversprechen, dass wir während der Fahrt alle unsere bevorzugten Smartphone-Funktionen und Apps nutzen können. In automobilen IVI-Systemen eignen sich Halbleiter-IPs wie USB, DDR/LPDDR, MIPI-D PHY, WiFi und Bluetooth am besten für die Integration mit leistungsstarken CPU- und GPU-Kernen, um die erforderlichen Systemfunktionen für Audio, Video und Fahrerinformationen bereitzustellen. Es besteht auch ein zunehmender Bedarf, alle diese Blöcke in einen einzigen Chip zu integrieren. Neben IVI-Systemen sind erweiterte Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) eine weitere schnell wachsende Automobilanwendung. Entwickler von SoCs für ADAS-Anwendungen benötigen eine Kombination aus leistungsstarken und energieeffizienten IP-Funktionen, um eine Komplettlösung zu liefern. Hier werden Multimedia-Schnittstellen wie HDMI hochauflösende Displays ermöglichen, und Schnittstellen-Konnektivität kann über IPs angeboten werden, die PCIe- und SATA-Protokolle unterstützen. Einem neuen Bericht von Allied Market Research zufolge wird der weltweite IVI-Markt bis 2022 voraussichtlich 33,8 Milliarden US-Dollar erreichen. Das künftige Wachstum dieses Segments wird durch neue Technologien und die wachsende Nachfrage neuer Märkte nach anspruchsvolleren IVI-Systemen in preisgünstigeren Fahrzeugen angekurbelt. In der nachstehenden Tabelle sind beispielsweise einige wichtige neue Trends für die Fahrzeugkonnektivität aufgeführt, die die künftige Architektur von IVI-Systemen beeinflussen könnten.

Obwohl es Allianzen in der Automobilindustrie gibt, wie z.B. die GENIVI Alliance, eine Non-Profit-Organisation, die sich für die breite Einführung einer quelloffenen IVI-Entwicklungsplattform einsetzt, ist die Produktdifferenzierung sowohl bei der Software als auch bei der Hardware nach wie vor ein wichtiger Antrieb für die Automobilhersteller. Nicht nur im Infotainment-Sektor, sondern auch bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) werden Funktionen wie WiFi-Konnektivität, Text-to-Speech, 3D-Grafiken sowie Sprach- und Gestenerkennung wichtige Faktoren für die Produktdifferenzierung sein. HMI erfordert modulare, skalierbare Systemlösungen, die bereits in der Spezifikationsphase der Systemhalbleiter berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus werden IVI-Systeme zu einer weiteren Plattform für die Verfügbarkeit und den Konsum von Inhalten werden. Die Kunden werden erwarten, dass sie von ihrer IVI-Plattform aus nahtlos auf Inhalte zugreifen können. Für die Fahrzeughersteller ist dies von entscheidender Bedeutung, da sie nach Lösungen suchen, die die Kosten und die Komplexität senken, während gleichzeitig die Notwendigkeit zur Innovation und zur Integration neuer Technologien für bordeigene Systeme weiter an Bedeutung gewinnen wird. Neben der zunehmenden Komplexität sehen sich die Automobilhersteller auch mit verkürzten Markteinführungszyklen konfrontiert, die sich von 5 auf 2 Jahre verkürzt haben, sowie mit dem Druck, die Plattform in der Mitte des Lebenszyklus zu erneuern. Für einen Automobilhersteller ist es von großem Vorteil, einen ASIC-Entwicklungspartner zu haben, der in der Lage ist, ein höheres Maß an Integration mit einem höheren Maß an Funktionalität zu bieten und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken. Ein Automobilzulieferer muss in der Lage sein, ein Produkt zu liefern, das den strengen Qualifikationsstandards der Automobilindustrie wie AEC-Q100 und ISO/TS 16949 standhält. AEC-Q100 ist eine auf Ausfallmechanismen basierende Stresstest-Qualifikationsanforderung für gehäuste ICs, die für Automobilanwendungen bestimmt sind, und die meisten Automobilhersteller verlangen die Einhaltung dieser Anforderungen sogar für Anwendungen im Innenraum. Die Partnerschaft mit GLOBALFOUNDRIES, dem führenden Anbieter von Wafern für die Automobilindustrie foundry, der seit mehr als 10 Jahren Wafer für die Automobilindustrie liefert, bietet Entwicklern die Gewissheit, dass sie sich auf die Qualifizierung für die Automobilindustrie verlassen können. Die Fähigkeit, all diese neuen Funktionen in einem kompakten Formfaktor bereitzustellen, erhöht den Bedarf an ASIC-Integration in zukünftigen IVI-Systemen. In Zukunft besteht auch die Möglichkeit, dass ADAS- und IVI-Systeme miteinander verschmelzen, da sich verbesserte Display-Technologien und -Funktionen darauf konzentrieren, die visuelle Ablenkung des Fahrers zu verringern, was die Notwendigkeit erhöht, verwandte Inhalte auf demselben Bildschirm zu integrieren, einschließlich der Fähigkeit zur Sprach- und Gestenerkennung. Um mit dem ständigen Wandel in der Funktionalität von IVI-Systemen Schritt halten zu können, wenden sich die Entwickler traditionell an Lieferanten, die Zugang zu einer umfangreichen Bibliothek von IC-Designs für die Automobilindustrie haben, die in der Lage sind, diese umzusetzen, die Flexibilität haben, kostengünstige Lösungen anzubieten und die strengen Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie zu erfüllen. Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal für die Zukunft wird jedoch die Fähigkeit sein, schnelle Entwicklungszyklen zu erreichen. INVECAS wurde gegründet, um Halbleiter-IPs, Design-Realisierungs- und Silizium-Realisierungsdienste exklusiv für Kunden anzubieten, die Produkte auf der Basis der Prozesstechnologien von GF entwickeln. Der größte Mehrwert für unsere Kunden aus der Automobilindustrie besteht darin, dass INVECAS ihnen bei ihren ASIC-Anforderungen hilft. Indem wir in der Lage sind, ihre ASIC-Anforderungen zu integrieren und ein automobilgeeignetes Produktionsteil zu liefern, werden wir vom Anbieter zum Partner. Aus diesem Grund ist die Zusammenarbeit mit INVECAS und GF bei Ihrem nächsten Automobilprojekt wichtig, um die Kosten für verschiedene elektronische Module und Subsysteme zu senken.

Als ich mich beim Mittagessen auf einer Konferenz zur Halbleiterherstellung neben einen Ingenieur für Ertragsoptimierung setzte, kamen wir ins Gespräch. Er sagte, er arbeite in der Fabrik von GLOBALFOUNDRIES in Malta, habe aber die meiste Zeit seiner Karriere in der IBM-Fabrik in Fishkill verbracht und sei am 1. Juli letzten Jahres, als GF offiziell IBM Microelectronics übernahm, zu GF gewechselt. Ich fragte ihn nach dem Übergang und ob die IBM-Mitarbeiter - insbesondere diejenigen, die schon einige Jahre bei IBM gearbeitet hatten - Angst vor dem Wechsel in ein neues Unternehmen gehabt hätten.

"Eigentlich war es genau das Gegenteil", antwortete er schnell. "Bei IBM hatte man das Gefühl, dass die Halbleiterfertigung nicht mehr im Mittelpunkt des Unternehmens stand. Das ging eine Zeit lang so. Als wir dann zu GF wechselten, war es, als wüssten wir jetzt, was wir tun. Endlich waren wir in einer Organisation, in der die Herstellung von Halbleitern der Hauptzweck ist." Einige der Topmanager in New York und Vermont äußerten sich ähnlich über den Übergangsprozess, der 5.000 Mitarbeiter und zwei Produktionsstätten umfasste.

Geoff Akiki leitet heute die Maskenorganisation am GF-Standort in Burlington, Vt., war aber zuvor als Integration Executive damit betraut, IBM Microelectronics in den Schoß von GF zu holen. Das Integrationsteam erstellte einen einfachen Farbcode: Rot für die Mitarbeiter von IBM Microelectronics, Orange für die Mitarbeiter von GF und Blau für diejenigen, die bei IBM bleiben würden, vor allem, um die foundry Beziehung zu GF zu verwalten. "Es gab einige Befürchtungen, sowohl bei den IBMern als auch bei den GF-Mitarbeitern. Einige der GF-Mitarbeiter fragten sich, wie sich dies auf ihre Rolle in der erweiterten Organisation auswirken würde. Im Großen und Ganzen waren die Roten aber begeistert, weil sie das Gefühl hatten, dass GF mit der Chipherstellung seinen Lebensunterhalt verdiente und Strategien hatte, die besser waren als das, was sie in den letzten 10 Jahren gesehen hatten." Während GF Ressourcen und Fokus mitbrachte, brachte IBM erstklassige Ingenieure, ein ASIC-Geschäft und Hochfrequenztechnologien auf der Basis von RF-SOI- und SiGe-Prozessen ein - ein wertvoller Vorteil in dieser Ära der Mobilität. Tom Caulfield, General Manager von Fab 8 in Malta, N.Y., sagte, dass nach dem offiziellen Integrationsdatum am 1. Juli 2015 etwa 600 Mitarbeiter nach Malta kamen. Zuvor hatte jedoch eine große Anzahl von Ingenieuren IBM verlassen, weil sie die Zeichen der Zeit erkannt hatten und sich bei GF bewarben. Als Caulfield 2014 seine jetzige Stelle antrat, stellte er, wie er es nennt, "A-Spieler" von verschiedenen Unternehmen, darunter Intel und Samsung, sowie eine große Anzahl erfahrener IBM-Mitarbeiter ein. "Bei IBM wurde die Mikroelektronik als Kostenstelle betrachtet, als Mittel zum Zweck, aber nicht als das Geschäft. Diese Leute waren ganz wild darauf, dorthin zu gehen, wo die Herstellung von Halbleitern das eigentliche Spiel ist." Es war eine große Aufgabe, 5.000 Mitarbeiter - etwa 3.000 aus dem Werk in Burlington und weitere 2.000 aus Fishkill, N.Y. - in GF zu integrieren. Zur Vorbereitung, so Akiki, habe das Integrationsteam 14 Arbeitsgruppen gebildet und Treffen organisiert, an denen bis zu 200 Personen teilgenommen hätten. Zwei wichtige Entscheidungen erleichterten den Übergangsprozess. Die wichtigste war, dass es im Wesentlichen keine Entlassungen geben würde. GF-CEO Sanjay Jha hatte die Philosophie aufgestellt, während der Integration so wenig wie möglich zu stören. Dadurch, dass praktisch alle Mitarbeiter von IBM übernommen wurden, konnte die Unruhe erheblich reduziert werden, so Akiki. Zweitens beschloss GF, die beiden IBM-Fertigungsstätten (und das Personal für die Anlagenunterstützung) in Burlington und Fishkill vollständig zu übernehmen, so dass keine Notwendigkeit bestand, die Liegenschaften zu teilen. (IBM behielt das Verpackungstechnologiezentrum in Bromont, Kanada).

IP-Integration

Auf der Design Automation Conference (DAC) 2016 in Austin wies ein Redner darauf hin, dass bei einer Übernahme von Unternehmen A durch Unternehmen B in der Regel zuerst die EDA-Ingenieure von Unternehmen B entlassen werden. Mit ihnen geht auch das historische Wissen darüber verloren, welches geistige Eigentum (IP) Unternehmen B gehört und wie diese IP-Cores von den Design-Teams genutzt werden können.

Akiki sagte, dass geistiges Eigentum von Anfang an als "ein großer Teil des Wertes" der IBM-Integrationsvereinbarung angesehen wurde. "Wir haben mit der Anzahl der Patente geprahlt, die wir erworben haben. Wir wussten aber auch, dass geistiges Eigentum oft auf der Strecke bleibt, und wir setzten uns das Ziel, sowohl die Mitarbeiter als auch die IP-Dateien zu integrieren." Eine große Anstrengung wurde unternommen, um sicherzustellen, dass das gesamte geistige Eigentum kategorisiert wurde, so dass GF schließlich erklären konnte, dass wir die wichtigsten Ergebnisse erhalten haben. Gary Patton wurde im Zuge der Integration zum Chief Technology Officer von GF ernannt, und man kann wohl mit Fug und Recht behaupten, dass seine Technologieentwicklungsabteilung am meisten von dem Geschäft profitiert hat. Eine Folge davon, dass Malta ein "grünes Feld" ist, so Caulfield, ist, dass es Zeit braucht, um die Talente zu entwickeln. Dies gelte insbesondere für die Technologieentwicklung (TD), wobei Patton hinzufügte, dass die Einhaltung eines TD-Zeitplans in der Vergangenheit "ein entscheidender Knackpunkt" gewesen sei.

Für das 10/7nm-Entwicklungsprogramm sagte Patton, dass mehr als 50 Prozent der Mitarbeiter von IBM stammen, und fügte hinzu, dass das 10/7nm-Entwicklungsteam auf die Erfahrungen des 14nm-Teams zurückgreift. Caulfield betonte, dass Malta von der "zusätzlichen Größe" des ASIC-Geschäfts profitiert hat, das im Rahmen des IBM-Deals zu GF kam. IBM-Ingenieure hatten Hochleistungs-ASIC-Kerne entwickelt, wie z. B. einen 56-Gigabit/s-Serdes-Kern, der laut Caulfield bei anderen Foundries nicht erhältlich ist. "Wir sind dabei, unsere ASIC-Plattform bei 14 nm zu erneuern, und ich kann Ihnen sagen, dass ich jede Woche etwa einen neuen Kunden an diesem Standort unterhalte, von denen mindestens die Hälfte ASIC-Kunden sind." Ich fragte nach den Herausforderungen, die ein Jahr nach der ersten Integration noch bestehen. Die wichtigste Herausforderung besteht darin, die beiden menschlichen Organisationen weiter zusammenzuführen und dafür zu sorgen, dass die Mitarbeiter mit zwei oder drei Jahrzehnten Berufserfahrung bei IBM ihr Wissen mit den Ingenieuren bei Malta teilen und umgekehrt. Caulfield: "Unsere Aufgabe ist es, für mehr Durchmischung zu sorgen, für mehr Ausgewogenheit. Wir wollen nicht all diese großartigen Technologen anwerben und dann ihre Fähigkeiten nicht nutzen". Patton, der früher das Semiconductor Research and Development Center (SRDC) von IBM leitete, verspricht, die Talente, die er jetzt bei GF betreut, zu nutzen. "In den zehn Jahren, in denen ich das SRDC leitete, hatten wir immer mehr Leistung als Intel. Die Branche hat sich stark auf mobile Geräte konzentriert, und jetzt sind die Kunden mit den Leistungsverbesserungen, die sie bei unseren Konkurrenten im Vergleich zu 16 nm sehen, nicht zufrieden. Sie verlangen nach mehr Leistung. Und wissen Sie was? Wir haben gerade ein Spezialteam hier bei GF eingestellt, das weiß, wie man Leistung erzeugt.