AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Was sind die wesentlichen Markttreiber für Ethernet in Automobil-Anwendungen?

Wiren Perera: Wenn man sich einen Event wie die CES anschaut, wo man noch vor ein paar Jahren nur selten ein Auto in der Ausstellung sah, dann hat sich viel geändert, denn an vielen großen Ständen werden dort ein, wenn nicht gar zwei Autos ausgestellt. Der größte Teil des Interesses hat sich aus der Sicht der Consumer ins Auto verlagert, und vor allem sieht man dort den Übergang zu dem, was wir das Digital-Home, also die digitale Wohnumgebung, nennen. Beim Digital-Home nutzen alle Teilnehmer Internet-basierte Dienste und angelieferte Inhalte sowie Multimedia-Dienste. Im Wesentlichen erwartet jeder heutzutage, so ziemlich das Gleiche auch im Auto nutzen zu können.

Der zweite Bereich fällt in die Kategorie ADAS (fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme), zu denen Navigation, Rückfahrkameras, Kollisionserkennung, Verkehrszeichenerkennung, Warnsysteme und ähnliches gehören, wobei ADAS letzten Endes zum fahrerlosen Fahrzeug führt.

Die dritte Kategorie umfasst vor allem die gleichen Fähigkeiten, die wir schon von unseren Consumer-Geräten gewohnt sind.

Sowohl die Fahrzeuganbieter als auch die Fahrzeugnutzer wollen Diagnosefunktionen nutzen und Upgrades der Software durchführen.

Micrel und Ethernet

Bisher begleitete nur ein einziges Halbleiterunternehmen die Anfangsphase des Automotive-Ethernet: Micrel. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK hat im Silicon Valley mit Wiren Perera, Vice President LAN Solutions & Corporate Strategic Marketing bei Micrel, über die Markttreiber im Bereich Automotive-Ethernet sowie über die Trends von ADAS, Infotainment, Diagnose und andere Anwendungen gesprochen. Dabei ging es um die Halbleiter-Lösungen für Ethernet und – natürlich – auch um die Anfänge sowie darum, warum Ethernet das vorherrschende fahr­zeuginterne Netzwerk der Zukunft werden wird.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Welche Konsequenzen ergeben sich daraus für das Automotive-Ethernet?

Wiren Perera: All diese drei Bereiche und Nutzungsmodelle, die das Wachstum im Automotive-Bereich vorantreiben, drehen sich um Elektronik, und all das dreht sich wiederum um Netzwerke und Kommunikation. Daher ist das im Wesentlichen die Möglichkeit, die wir angehen wollen.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie sieht der nächste Schritt aus?

Wiren Perera: Der erste Einstieg in die Ethernet-Technologie im Auto war der Diagnose-Port, der zwei Aufgaben erfüllte. Die eine Aufgabe bestand darin, sich in der Fachwerkstatt mit einem Ethernet-Computernetzwerk-System zu verbinden, um die Diagnoseprogramme ablaufen zu lassen. Die zweite Aufgabe umfasst das Durchführen von Software-Upgrades – und zwar sowohl für das Fahrzeug selbst als auch für die Peripherie.

In der Praxis sieht das dann so aus, dass die Anbieter dieser Peripherieelemente Verbesserungen durchführen, Services hinzufügen und unterschiedliche Anwendungen anbieten wollen – eben genau so wie es auch beim Upgrade von Computern, Tablets und Smartphones erfolgt. All das ist wiederum auf das Netzwerk bezogen, und sie wollen diese Fähigkeiten auch ins Auto bringen.

Wiren Perera: „Im Bereich Automotive-Ethernet  haben wir wohl fast 100  Prozent Marktanteil. “

Wiren Perera: „Im Bereich Automotive-Ethernet haben wir wohl fast 100 Prozent Marktanteil. “Alfred Vollmer

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Warum sollten Automobilhersteller Ethernet gegenüber anderen Netzwerken den Vorzug geben?

Wiren Perera: Der Hauptgrund ist die Tatsache, dass all diese Anwendungen eine immer größere Bandbreite benötigen. Ethernet erhöht einerseits die Geschwindigkeit, aber Ethernet liefert auch eine Roadmap und damit konkrete Pläne für die Weiterentwicklung. Heutzutage arbeiten Ethernet-Netzwerke im Auto mit 100 MBit/s, während die Ethernet-Welt momentan Richtung 40 GBit/s und 100 GBit/s geht, sodass es noch genügend Raum für Wachstum gibt.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wo liegen die Herausforderungen für Ethernet in Automotive-Anwendungen?

Wiren Perera: Es geht vor allem darum, Ethernet in der Automobil-Umgebung einsatzfähig zu machen. Genau hier kommen die einzigartigen Eigenschaften der Micrel-Produkte ins Spiel, denn hier bringen wir Innovationen rein, hier differenzieren wir, und hier bringen wir unseren Kunden einen echten Wert.

Elektronische Bauelemente und Subsysteme, die in einem Automobil zum Einsatz kommen, sollten geringe elektromagnetische Abstrahlungen aufweisen, weil es sonst zu Wechselwirkungen mit anderen Dingen kommt. Umgekehrt müssen sie aber auch Einstrahlungen von anderen Elementen aushalten; das gilt insbesondere im Bereich Safety. Daher ist dieser EMI-Aspekt von kritischer Bedeutung.

Ethernet hat diese Anforderungen nicht erfüllt bevor Micrel eine patentierte Technologie auf den Markt gebracht hat, die wir Quiet-WIRE nennen und die dieses EMI-Problem löst. Das war der erste Schritt auf dem Innovationspfad: dafür sorgen, dass Standard-Ethernet die EMI-Limits der Automobilhersteller einhält, sodass Ethernet über nicht abgeschirmte Kabel in den Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Von wem ging die Initiative aus, Ethernet im Auto einzusetzen?

Wiren Perera: Der Wunsch, Ethernet automotive-tauglich zu machen, kam aufgrund der zahlreichen anderen Vorteile von Ethernet von den Automobilherstellern. Der erste Grund war die Total Cost of Ownership (Gesamt-Kosten). Die Lösungen selbst sind kostengünstig, weil Ethernet-Bauelemente in sehr hohen Stückzahlen in andere Märkte geliefert werden. Das Gleiche gilt für die Komponenten im Umfeld, sodass sich für die Stückliste sehr geringe Kosten ergeben.

Außerdem wollen OEMs Halbleiter aus mehreren Quellen. Das Schöne am Standard-Ethernet ist die Tatsache, dass man von Natur aus mehrere Lieferanten hat, sodass unsere Kunden eine Auswahl haben. Gleichzeitig sorgen mehrere Lieferanten aufgrund der Konkurrenzsituation für geringere Kosten. Der Schlüsselaspekt ist dabei die Interoperabilität. Wir haben gezeigt, dass Lösungen von Micrel mit Lösungen von beispielsweise Marvel zusammenarbeiten, weil beide Unternehmen eine Standard-Ethernet-Lösung anbieten.

Ein weiterer großer Vorteil ist das Ökosystem, das bereits rund um das Testen und die Herstellung von Ethernet-Systemen existiert. Wenn man all das in die Betrachtungen rund um die Total Cost of Ownership mit hineinpackt, dann ergibt sich bei der Nutzung von Ethernet-Lösungen, die auf dem Standard basieren, ein riesiger Vorteil.

Wiren Perera im Gespräch mit Alfred Vollmer: „Etwa in 2018/2019 werden wohl alle Fahrzeuge Ethernet haben. Das wird das anfängliche Wachstum treiben, aber der wirklich massive Anstieg bei Ethernet wird über die Kamera-  und Infotainment-Netzwerke kommen.“

Wiren Perera im Gespräch mit Alfred Vollmer: „Etwa in 2018/2019 werden wohl alle Fahrzeuge Ethernet haben. Das wird das anfängliche Wachstum treiben, aber der wirklich massive Anstieg bei Ethernet wird über die Kamera- und Infotainment-Netzwerke kommen.“Alfred Vollmer

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Können Sie das bitte quantifizieren?

Wiren Perera: Wenn wir uns selbst mit anderen proprietären Ethernet-ähnlichen Lösungen vergleichen, dann schätzen wir, dass wir bei jedem Link mehrere Dollar einsparen. Wenn man diesen Betrag mit den zahlreichen Links multipliziert, die im Auto erforderlich sind, dann ergibt sich ganz deutlich ein riesiger Vorteil. So weit zum Thema Kosten der Stückliste.

Die Tier-1s bevorzugen Standard-Ethernet gegenüber einigen proprietären Methoden, die die gleichen Eigenschaften erzielen würden, weil sie die Subsysteme an die OEMs liefern und das gesamte Test-Equipment sowie das Ökosystem vorhalten müssen. Dieser Aspekt ist zwar nicht direkt greifbar, aber dennoch signifikant.

Darüber hinaus ist es erforderlich, das Gewicht zu reduzieren, um die Kraftstoff-Effizienz sowie die Kosten für die Endkunden zu senken. Aus diesem Grund wollen die OEMs, dass Ethernet die Automotive-Anforderungen erfüllt – allerdings mit nicht abgeschirmten Kabeln, weil abgeschirmte Kabel aus diesen Gründen in der Automotive-Welt ein absolutes No-Go sind. Wir haben Automotive-Ethernet über ungeschirmtes Kabel Wirklichkeit werden lassen.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Welche weiteren Vorteile bietet Ethernet im automobilen Umfeld?

Wiren Perera: Wir sind momentan mit einem Power-Management-Schema auf den Markt gekommen, das wir als Auto-PoE bezeichnen, wobei PoE für Power over Ethernet steht. Jedes System benötigt Energie, sodass ein weiteres Kabelpaar erforderlich ist. Vereinfacht gesagt haben wir eine Möglichkeit gefunden, über die zur Datenübertragung genutzten Kabel auch gleich das gesamte Netzwerk und das System mit Energie zu versorgen. Kurzum halbiert sich dadurch die Anzahl der Kabel. Zusätzlich verwenden wir bei Auto-PoE, wie es Micrel umsetzt, die gleichen Power-Management-Bauelemente, die auch für die Stromversorgung dieser Subsysteme zum Einsatz kommen, sodass die Energieversorgung buchstäblich kostenlos ist: Es kommen auf der Stückliste keine weiteren Kosten für Bauelemente hinzu, und auch die Kosten der Kabel erhöhen sich nicht.

Außerdem erhält man bei der Verwendung von Standard-Ethernet das, was ich als eine holistische Lösung bezeichne. Neben PoE ist auch AVB – Audio Video Bridging – ein weiterer Ethernet-Standard. AVB stellt im Wesentlichen die Quality of Service und die Synchronisation der Inhalte zur Verfügung – beispielsweise mehrere Lautsprecher und Video mit Audio.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Welchen Beitrag leistet Ihre Lösung in punkto energieeffizientes Ethernet?

Wiren Perera: EEE, Energy-Efficient Ethernet, ist noch ein weiterer IEEE-Standard. Unsere Automotive-Produkte unterstützen EEE, wodurch sich im Idle-Modus Energie-Einsparungen vom 50 bis 75 Prozent ergeben. Zusätzlich haben wir Ultra-Low-Power-Schemata in unseren Produkten implementiert, sodass eine noch höhere Energie- und Kraftstoff-Effizienz möglich wird.

Wiren Perera: „Weltweit stellen die führenden  Unternehmen auf Ethernet- basierte Kamerasysteme und  Ethernet-basierte Infotainment- Systeme um.“

Wiren Perera: „Weltweit stellen die führenden Unternehmen auf Ethernet- basierte Kamerasysteme und Ethernet-basierte Infotainment- Systeme um.“Alfred Vollmer

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wieviel Leistung darf ein abgesetzter Ethernet-Sensor aufnehmen?

Wiren Perera: Die Standard-Technologie geht bei Power-over-Ethernet bis 30 W, aber wir glauben, dass das im Fahrzeug nicht notwendig ist. Wir denken, dass eine Leistung im 6-W-Bereich für jede End-Einheit mehr als ausreichend sein wird. Höchstwahrscheinlich wird es viel weniger sein als 6 W. Dabei ist der Leistungsbedarf im Idle-Zustand genauso wichtig wie im aktiven Zustand. Wir nutzen die im Energy-Efficient-Ethernet spezifizierten Zustände, aber wir gehen noch jenseits dieser Werte. Wir haben spezielle Fälle, in denen wir Elemente in punkto Leistung stark herunterfahren und sie auf einen komplett unterschiedlichen Pegel absenken.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie hoch ist die maximale Anzahl von Ethernet-Nodes in den Ihnen bekannten Serienfahrzeugen?

Wiren Perera: Derzeit gibt es etwa drei bis vier Ethernet-Nodes pro Auto: Ein Diagnose-Port, der auch für Software-Upgrades zum Einsatz kommt. Dieser Gateway-Node kann dann mit der Head-Unit verbunden werden, und die Head-Unit kann dann mit einer Entertainment-Einheit für die hinteren Plätze verbunden sein.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie ist die Lage bei Ethernet in ADAS-Anwendungen?

Wiren Perera: Ein Kamera-Netzwerk besteht typischerweise aus vier bis fünf Kameras, die noch zu der erwähnten Konstellation hinzukommen. In einem sternförmig aufgebauten Netzwerk sind all diese Kameras individuell über Ethernet mit einer zentralen Recheneinheit verbunden, vielleicht in der Head-Unit, wo das Bild konsolidiert und verarbeitet wird. Ein ringförmig organisiertes Netzwerk benötigt wenige Kabel, weil für die einzelnen Links keine Überbrückungen langer Distanzen erforderlich sind. Daher können leicht über zehn Ethernet-Nodes in einem Fahrzeug vorhanden sein.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie viele Ethernet-Nodes pro Auto sehen Sie mittel- und langfristig?

Wiren Perera: Wenn wir heute drei Nodes pro Fahrzeug haben, dann werden es mittelfristig etwa acht bis zehn sein und langfristig vielleicht zwischen zehn und 20: für Diagnose, Infotainment, Kameranetzwerke und ADAS. Dabei kommt dann die Frage auf, ob all die anderen Netzwerke ersetzt werden sollen, die auf niedrigeren Ebenen arbeiten und für Steuerungsanwendungen im Auto zum Einsatz kommen. Ich vermute, dass Ethernet auch beginnen wird, die anderen Netzwerke im Auto zu ersetzen, wenn der Automotive-Markt sich erst einmal an Ethernet sowie dessen Einsatz gewöhnt hat und die Kosten auf einen akzeptablen Level gesunken sind. Heute ersetzt Ethernet primär Technologien wie MOST und die Teile des Netzwerks, die mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten.

Wiren Perera: „Die Zukunft proprietärer Technologien  wie MOST ist ziemlich begrenzt.“

Wiren Perera: „Die Zukunft proprietärer Technologien wie MOST ist ziemlich begrenzt.“ Alfred Vollmer

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Heißt das, dass Technologien wie MOST aussterben werden?

Wiren Perera: Langfristig gesehen lautet meine Antwort aus all den dargelegten Gründen: Ja! MOST bietet nicht die Möglichkeiten zur Erhöhung der Geschwindigkeit, die Ethernet bietet. Die Vorteile in punkto Cost of Ownership, die wir bei Ethernet bieten, gibt es bei MOST nicht. Auch Multi-Sourcing gibt es da nicht. Daher würde ich sagen: Ja, die Zukunft proprietärer Technologien wie MOST ist ziemlich begrenzt – besonders bei den Technologien, die mit Geschwindigkeiten arbeiten, die Ethernet leicht erzielt oder übertrifft.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie sieht die Zeitleiste zur Einführung von Ethernet im Auto aus?

Wiren Perera: Ich denke, wir werden die anfänglichen Ethernet-Wellen zwischen jetzt und vielleicht den nächsten etwa drei Jahren sehen, aber etwa nach 2016/2017 werden die meisten Designs für Kameranetzwerke und Infotainment und Ähnliches auf Ethernet basieren.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Welche Wachstumsraten sehen Sie für Micrel im Bereich Automotive Ethernet?

Wiren Perera: Das Ethernet-Geschäft im Fahrzeug wächst jedes Jahr durchschnittlich zehn bis 20 Prozent, und nach 2016 gibt es dann einen Hockey-Stick – ein stark ansteigendes Wachstum – wenn die Ethernet-Implementierung zunimmt. Ursprünglich ist es für die Diagnose, und etwa in 2018/2019 werden wohl alle Fahrzeuge Ethernet haben. Das wird das anfängliche Wachstum treiben, aber der wirklich massive Anstieg bei Ethernet wird über diese Kamera- und Infotainment-Netzwerke kommen.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Warum ist Micrel am Markt für Automotive-Ethernet eingestiegen?

Wiren Perera: Das ist wohl der erste Markt, mit dem wir uns beschäftigen, bei dem unsere Kunden uns gefragt haben, ob wir dort aktiv werden wollen. Wir mussten wirklich nie das Konzept verkaufen; es wurde uns verkauft. Seit 2008 liefern wir Ethernet-Bausteine in Fahrzeuge, und wir sind der Marktführer. Im Bereich Automotive-Ethernet haben wir wohl fast 100 Prozent Marktanteil.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Bei einem derart systemkritischen Bauelement werden die OEMs langfristig keine Single-Source akzeptieren…

Wiren Perera: Genau deshalb haben wir im Bereich der Interoperabilität mit anderen zusammengearbeitet. Der Markt wird wachsen, wenn es mehrere Anbieter gibt.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wo sind die wesentlichen Design-In-Aktivitäten bei Automotive-Ethernet?

Wiren Perera: Das hängt von der Applikation ab. Im Bereich Diagnose setzen unsere führenden Kunden jetzt zu 100 Prozent Ethernet ein; es kommt somit nicht mehr nur in den High-End-Modellen zum Einsatz. Das wird in den nächsten fünf bis zehn Jahren ein Trend über alle Automobilhersteller hinweg sein, weil sie Ethernet für die Diagnose einsetzen. Mit den Follow-On-Kunden wird der Übergang von den High-End- zu den Low-End-Autos sogar noch schneller erfolgen.

Weltweit stellen die führenden Unternehmen auf Ethernet-basierte Kamerasysteme und Ethernet-basierte Infotainment-Systeme um. Dies geschieht bei diesen OEMs in den Fahrzeugen der Mittelklasse bis zur Premiumklasse, und dann wird es einfach nach unten durchsickern.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Welche Strategie wird es bei der Implementation von Ethernet geben? Nur ein einzelner Ethernet-Bus oder mehrere?

Wiren Perera: Da sprechen Sie einen sehr wichtigen Punkt an, den wir als Ethernet Network Ubiquity bezeichnen, als Allgegenwart des Netzwerks Ethernet. Bei der Diagnose ersetzen wir meist den CAN-Bus. Im Infotainment werden wir wohl MOST ersetzen, und bei Kameranetzwerken gibt es zahlreiche unterschiedliche Arten proprietärer Technologien, die heutzutage zum Einsatz kommen: einige analoge und einige digitale. Ethernet ist somit die einzige Technologie, die über all diese Netzwerke hinweg genutzt werden kann. Daraus ergibt sich ein weiterer massiver Vorteil: Es sind keine Bridging-Elemente für den Übergang von einem Netzwerk zu einem anderen erforderlich. Oft wird es ein Kamera-Netzwerk auf Basis einer bestimmten Technologie geben. Um die Daten in das Gateway zu bringen, in dem die Datenaggregation erfolgt, ist dann eine Bridging-Funktionalität erforderlich. Bei Ethernet ist das nicht erforderlich, und es ergibt sich eine weitere Kostensenkung.

Für Diagnose, Kameranetzwerke und Infotainment werden wir einen einzigen Bus sehen können, der alle unterschiedlichen Funktionalitäten bedient. Und dann kommt die aus meiner Sicht interessante Frage, ob Ethernet dann die Netzwerke ersetzen wird, die zur Steuerung und Ähnlichem zum Einsatz kommen. Diese Frage wird im Wesentlichen damit zusammenhängen, ob die beteiligten Unternehmen sich mit der Technologie wohl fühlen und ob die Kosten sinken.