In dem Maße, in dem softwaredefinierte Fahrzeuge vom Konzept zur groß angelegten Implementierung übergehen, werden die Nachteile der traditionellen verteilten Architektur immer deutlicher. Probleme wie hohe Komplexität, bereichsübergreifende Datensilos und Schwierigkeiten bei der Bereitstellung von KI-Funktionen, die durch die verstreute Anordnung von Dutzenden oder sogar Hunderten von Steuergeräten verursacht werden, sind zu zentralen Engpässen geworden, die die Modernisierung der Branche behindern.
Vor diesem Hintergrund führt das Aufkommen hochintegrierter zentraler Computerprozessoren zu einem entscheidenden Sprung in der elektronischen und elektrischen Architektur des Automobils von der “verteilten Domänensteuerung” zur “zentralen Datenverarbeitung”, was die Wettbewerbslandschaft der Branche neu gestaltet.
Von der Dezentralisierung zur Zentralisierung: die zentrale Logik zur Lösung von Problemen in der Industrie
“Fahrzeuge werden heute immer komplexer und verfügen über immer mehr Funktionen. Die Verbraucher erwarten, dass sie Zugang zu den neuesten Technologien in ihren Fahrzeugen haben, die Updates und Upgrades von Funktionen und sogar individuelle Anpassungen ermöglichen. Bei hardwaredefinierten Fahrzeugen kann jedoch die Änderung einer einzigen Funktion Anpassungen an 10 Steuergeräten und 50 Softwaremodulen erfordern, was eine große Herausforderung für die Automobilhersteller darstellt.” Jens Hinrichsen, Executive Vice President und General Manager of Analog and Automotive Embedded Systems bei NXP Semiconductors, äußerte sich auf einem kürzlich abgehaltenen Medienbriefing offen.
Er wies darauf hin, dass die Automobilhersteller vor diesem Hintergrund die Digitalisierung des Fahrzeugs vorantreiben müssen, indem sie Funktionen von der Hardware entkoppeln und durch Software realisieren. Auf diese Weise können Funktionsaktualisierungen schnell über das zentrale Computing durchgeführt werden, was wiederum eine leistungsstarke Computing-Plattform im Fahrzeug als Unterstützung erfordert.
Genau aus diesem Grund hat NXP den hochintegrierten Prozessor S32N7 auf den Markt gebracht. Seine Kernlogik besteht darin, die zentrale Steuerung von Kernfunktionen im Fahrzeug zu erreichen, Barrieren zwischen Domänen zu überwinden und eine neue Ära der Digitalisierung im Automobil einzuläuten.
Aus technischer Sicht basiert der S32N7 auf der gleichen 5-Nanometer-Technologieplattform wie der S32N55. Dieser fortschrittliche Prozess bietet nicht nur Leistungsverbesserungen, sondern ermöglicht auch eine extreme Integration. Er ermöglicht die zentrale Steuerung des Antriebsstrangs, der Fahrzeugdynamik, der Karosserie, des Gateways und der Sicherheitsdomänen auf einem einzigen Chip. Dabei werden Software und Daten in den zentralen Kern des Fahrzeugs integriert, während gleichzeitig hohe Standards der funktionalen Sicherheit und der Cybersicherheit erfüllt werden, was die Systemkomplexität erheblich reduziert.
Der S32N7 ist mit 20 unabhängigen Recheneinheiten ausgestattet, darunter 8 Arm® Cortex®-A78AE-Anwendungskerne und 12 Arm® Cortex®-R52-Echtzeitkerne. Jeder Kern kann unabhängig arbeiten. Wenn ein Kern funktional sicherheitskritische Aufgaben bearbeitet, bleibt er von den anderen Kernen unbeeinflusst, wodurch eine echte Null-Latenz und ein hohes Maß an funktionaler Sicherheit erreicht wird.
Jens Hinrichsen wies darauf hin, dass die Kernfunktionen eines Fahrzeugs, wie Fahrgestell, Antriebsstrang und Karosserie, die Grundlage eines Fahrzeugs bilden und die Essenz dessen darstellen, was ein Fahrzeug zu einem Fahrzeug macht. Diese Funktionen müssen eine extrem hohe Robustheit, funktionale Sicherheit und Cybersicherheit aufweisen und gleichzeitig extrem hohe Echtzeitverarbeitungsfähigkeiten und Null-Latenz-Leistung erfordern.
Das S32N7 bietet auch bemerkenswerte Highlights bei der KI-Implementierung. Seine KI-Fähigkeiten sind speziell auf die Kernfunktionen von Fahrzeugen zugeschnitten. Es wird berichtet, dass es mit einer eingebauten eIQ®Neutron NPU ausgestattet ist, mit einer Basis-Rechenleistung von etwa 2 TOPS. Jens Hinrichsen erklärte, dass diese Rechenleistung zwar nicht herausragend ist, aber ausreicht, um die KI-Kernfunktionen von Fahrzeugen zu unterstützen.
Konkret unterstützt sie praktische Szenarien wie die Erkennung von Batterieanomalien, die vorausschauende Wartung und das intelligente Energiemanagement. Beispielsweise werden KI-Algorithmen eingesetzt, um den thermischen Energieverbrauch von Batteriezellen in Echtzeit zu überwachen und das Risiko eines thermischen Durchgehens im Voraus vorherzusagen; oder um unnötige Funktionen während der Fahrt intelligent auszuschalten und so den Energieverbrauch zu senken und die Reichweite zu erhöhen, ohne dass der Fahrer dies bemerkt.
Noch wichtiger ist, dass die eingebaute PCI-Express-Schnittstelle den Anschluss zusätzlicher KI-Chips unterstützt (vier Kinara-Chips können beispielsweise eine Rechenleistung von 160 TOPS bereitstellen), wodurch ausreichend Platz für künftige KI-Funktionserweiterungen zur Verfügung steht und Upgrades auf die neuesten KI-Chips gewährleistet sind, ohne dass die gesamte Fahrzeugarchitektur neu gestaltet werden muss.
Für die Automobilhersteller liegt der Kernwert des S3N7 in den greifbaren Vorteilen. Durch die Reduzierung von Dutzenden von Hardwaremodulen und die Optimierung der Verkabelung und der elektronischen Geräte können die Automobilhersteller ihre Gesamtbetriebskosten (TCO) um bis zu 20% senken.
Jens Hinrichsen erläuterte ausführlich, wie diese Daten zustande kamen: “Wir haben die Stücklistenkosten von verteilten und zentralisierten Architekturen verglichen, wobei wir die gesamte Kostenkette einschließlich Halbleitern, Kabelbäumen, Steuergeräten, Software und Softwarelizenzen berücksichtigt haben, und sind zu dem Schluss gekommen, dass die Gesamtbetriebskosten um etwa 20% reduziert werden können.”
Er betonte weiter, dass der größte Vorteil der Kosteneinsparungen in der Wiederverwendbarkeit der Architektur liegt: “Diese Wiederverwendbarkeit unterstützt Software-Updates auf Basis der bestehenden Hardware, und durch OTA-Upgrades während des gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs können die Vorteile der reduzierten TCO durch Wiederverwendbarkeit kontinuierlich genutzt werden.”
Darüber hinaus unterstützt das S32N7 die Skalierbarkeit von Hardware und Software über Fahrzeugmodelle und -marken hinweg und hilft Automobilherstellern, grundlegende Plattformen zu etablieren, KI-gesteuerte Innovationen auf das gesamte Fahrzeug auszuweiten und die Umsetzung softwarebasierter Geschäftsmodelle zu beschleunigen.
Ökologische Synergie: Die Schlüsselvariable zum Durchbruch der Massenproduktion Anwendungen
Der groß angelegte Einsatz von zentralen Computerchips ist nie ein Alleingang eines einzelnen Unternehmens, sondern erfordert die Bildung einer ökologischen Synergie zwischen Tier-1-Zulieferern, Automobilherstellern und Chipherstellern. Obwohl das S32N7 über bemerkenswerte technologische Vorteile verfügt, müssen auf dem Weg von Chipmustern zur Massenproduktion und zum Einsatz in Fahrzeugen immer noch zahlreiche Herausforderungen bewältigt werden, wie z. B. die ökologische Anpassung, die Migration der bestehenden Ökosysteme der Kunden und die Kontrolle der Zeitpläne für die Massenproduktion.
Der frühe Einstieg von Bosch war ein entscheidender Durchbruch. Als erster Tier-1-Zulieferer, der den S32N7 in Fahrzeugintegrationsplattformen einsetzt, hat Bosch intensiv mit NXP zusammengearbeitet und gemeinsam Referenzdesigns, Sicherheits-Frameworks, Hardware-Integrationslösungen und Expertenprogramme entwickelt. Dies beschleunigt die Systemeinführung und reduziert den Integrationsaufwand für frühe Anwender.
Derzeit baut Bosch eine auf dem S32N7 basierende Fahrzeugarchitektur auf und entwickelt eine industrielle Demonstrationsplattform, um die Kernvorteile des Chips umfassend zu präsentieren.
Darüber hinaus hat NXP den S32N7 mit einer kompletten Software-Toolchain und Middleware-Unterstützung ausgestattet, einschließlich der MotionWise-Middleware von TTTech Auto, die den Automobilherstellern hilft, die Softwareanpassung und Funktionsentwicklung schnell abzuschließen und die Markteinführungszeit zu verkürzen.
Die Schwierigkeit, die bestehenden Ökosysteme der Kunden zu migrieren, stellt die zentrale Herausforderung bei der Marktförderung des S32N7 dar. Heute haben die Automobilhersteller ausgereifte Steuerungs-Ökosysteme in Bereichen wie Antriebsstrang und Fahrwerk etabliert, wobei jede Komponente über ein eigenes Hardware- und Softwaresystem verfügt. Kompatibilitätsprobleme sind zu einem großen Hindernis im Migrationsprozess geworden.
“Die Industrie muss dringend die Sub-Ökosysteme der Fahrzeuge vereinfachen, und die vollständige Architektur und Softwareplattform des S32N7 kann den Automobilherstellern helfen, die Funktionen der Edge Nodes schrittweise in zentrale Recheneinheiten zu verlagern”, so Jens Hinrichsen. Obwohl dieser Prozess Zeit braucht, ist der Trend unumkehrbar, ähnlich wie die Integrationsprozesse in der Computer-, Server- und Mobiltelefonbranche. Der Automobilsektor ist jedoch komplexer und benötigt eine längere Übergangszeit.
Die Industrie muss das Sub-Ökosystem des Fahrzeugs dringend vereinfachen, und die vollständige Architektur und Softwareplattform von S32N7 kann den Automobilherstellern helfen, die Funktionen der Edge Nodes schrittweise auf zentrale Recheneinheiten zu übertragen”, so Jens Hinrichsen. Er fügte hinzu, dass dieser Prozess zwar Zeit braucht, der Trend aber unumkehrbar ist, ähnlich wie bei den Integrationsprozessen in der Computer-, Server- und Mobiltelefonindustrie - nur dass die Automobilindustrie komplexer ist und einen längeren Übergangszyklus benötigt.
Was den Zeitplan für die Massenproduktion betrifft, so gab Jens Hinrichsen in einem Interview mit Gasgoo einen allgemeinen Plan preis: “Eine relativ vereinfachte Version des S32N7 wird voraussichtlich Ende 2027 oder Anfang 2028 auf den Markt kommen, und die Vollversion des S32N7 wird kurz danach auf den Markt kommen.”
NXP betrachtet den chinesischen Markt als ein wichtiges Schlachtfeld für die groß angelegte Anwendung von S32N7. Jens Hinrichsen sagte gegenüber Gasgoo, dass chinesische Automobilhersteller starkes Interesse an S32N7 gezeigt haben und auch am aktivsten bei der Implementierung von KI-Anwendungen sind.
Dafür gibt es zwei Hauptgründe: Einerseits ist der Wettbewerb auf dem chinesischen Markt für neue Energiefahrzeuge hart, und die Automobilhersteller müssen sich durch Architektur-Upgrades differenzieren. Die fahrzeug- und markenübergreifende Skalierbarkeit des S32N7 hilft ihnen, ihr Produktportfolio und ihr internationales Geschäft schnell zu erweitern. Andererseits sind chinesische Automobilhersteller aggressiver bei KI-Anwendungen und benötigen eine zuverlässige KI-Plattform, um KI-Funktionen tief in die Kernfunktionen des Fahrzeugs zu integrieren.
Kettenreaktion, architektonischer Wandel, der die Industrielandschaft umgestaltet
Jede Iteration der elektronischen und elektrischen Architektur des Automobils löst eine tiefgreifende Umstrukturierung der industriellen Kette aus. Von verteilten Steuergeräten zu Domain Controllern und dann zu zentralem Computing durchläuft die Automobilindustrie einen umfassenden Wandel, der technologische Wege, Geschäftsmodelle und Arbeitsteilungssysteme umfasst. Die Entwicklung zentraler Computerchips wird als zentraler Katalysator für diesen Wandel dienen.
Die Designphilosophie des S32N7 verkörpert die Vorausschau auf die langfristige Entwicklung der Branche. Jens Hinrichsen betonte: “Das S32N7 ist nicht für eine einzige Fahrzeuggeneration konzipiert, sondern bietet ausreichend Platz für die langfristige Entwicklung von softwaredefinierten Fahrzeugen.”
Seine integrierte PCI-Express-Schnittstelle ermöglicht eine flexible Erweiterung der KI-Rechenleistung. Automobilhersteller können das Upgrade von L2 auf L3 beim autonomen Fahren unterstützen, ohne die gesamte Fahrzeugarchitektur umbauen zu müssen. Gleichzeitig können die Always-Online-KI-Funktionen auch dann stabil arbeiten, wenn die ADAS- oder IVI-Prozessoren ausgeschaltet sind.
Solche “skalierbaren und aufrüstbaren” Funktionen entsprechen genau den Kernanforderungen von Software-definierten Fahrzeugen. Sie ermöglichen es den Automobilherstellern, auf der Basis der vorhandenen Hardware kontinuierlich neue Funktionen per OTA zu pushen, den Lebenszykluswert von Fahrzeugen zu verlängern und die Produktform des “lebenslang aufrüstbaren” Autos zu ermöglichen.
Die Umstrukturierung von Geschäftsmodellen sprengt die Grenzen der traditionellen Branchen. In der Vergangenheit beruhten die Gewinnmodelle der Automobilhersteller hauptsächlich auf dem Verkauf von Hardware, wobei die meisten Softwarefunktionen einmalig geliefert wurden, so dass es schwierig war, nach dem Verkauf der Fahrzeuge dauerhafte Einnahmen zu erzielen.
Das Aufkommen der zentralen Computerarchitektur hat es den Automobilherstellern ermöglicht, kontinuierlich neue Funktionen über OTA-Updates bereitzustellen und die “Software-Monetarisierung” aufgrund der zentralisierten Rechenleistung und der vollständigen Zugriffsberechtigung auf Fahrzeugdaten zu realisieren. Dieser Wandel vom “Hardware-Verkauf” zu “Hardware + Software + Services” wird nicht nur die Gewinnstruktur der Automobilhersteller verändern, sondern die Branche auch zu einem neuen Geschäftsmodell mit “Hardware als Fundament, Software als Seele und Services als Flügel” führen, das ein langfristiges Umsatzpotenzial freisetzt.
Die Arbeitsteilung in der industriellen Kette befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Für Tier-1-Zulieferer ist es unerlässlich, sich zu “Systemlösungsanbietern” zu wandeln und den Automobilherstellern integrierte Lösungen durch die Integration von Chip-, Software- und Hardwareressourcen anzubieten.
Für die Chiphersteller in der Automobilindustrie hat sich der Schwerpunkt des Wettbewerbs von einzelnen Leistungsparametern auf einen umfassenden Wettbewerb in den Bereichen Integration, Echtzeitleistung, funktionale Sicherheit, KI-Skalierbarkeit und ökologische Integrität verlagert, was die technischen Hürden weiter erhöht.
Die weit verbreitete Einführung zentraler Rechnerarchitekturen wird auch die Anwendung der RISC-V-Architektur im Automobilsektor beschleunigen.
erklärte Jens Hinrichsen auf dem Kommunikationstreffen: “Derzeit verwenden alle Mikrocontroller und Mikroprozessoren von NXP für Kunden Arm® Cortex®-Cores, die die optimale Wahl für das Ökosystem darstellen, die wir unseren Kunden derzeit anbieten können. Auf der für den Verbraucher unsichtbaren Backend-Ebene werden jedoch bereits versteckte Cores, einschließlich DSPs, mit der RISC-V-Architektur eingesetzt.”
Er fügte hinzu: “Wir fördern mit Nachdruck die Verbesserung des RISC-V-Ökosystems. Wenn das RISC-V-Ökosystem vollständig fertig ist, werden wir den Kunden rechtzeitig entsprechende Unterstützung bieten. Bis dahin muss NXP sicherstellen, dass es den Kunden stabile und zuverlässige Arm-Core-Produkte liefert.”
Aus der Perspektive der langfristigen Entwicklung der Branche ist die Verbreitung zentraler Computerarchitekturen eine unvermeidliche Entscheidung für die Automobilindustrie, um sich in Richtung Elektrifizierung, Intelligenz und Konnektivität zu entwickeln. Das Aufkommen von Chips wie dem S32N7 bietet eine wichtige technische Unterstützung für diesen Wandel.
Obwohl Herausforderungen wie die Anpassung des Ökosystems und die Migration von Technologien noch Zeit brauchen, um bewältigt zu werden, ist es unbestreitbar, dass die Ära der zentralen Datenverarbeitung begonnen hat. In Zukunft werden nur die Unternehmen, die technologische Trends genau erfassen, kollaborative Ökosysteme aufbauen und schnell auf die Anforderungen des Marktes reagieren können, einen Vorteil bei dieser industriellen Umstrukturierung erlangen und die Richtung der industriellen Entwicklung vorgeben.
