Chiplet-Revolution: Wird Europa abgehängt?

Zukunft der Automotive Computing: Chiplets und ihre Rolle in der Automobilindustrie

Die Automotive Computing Conference bot vom 16. bis 17.11.2024 spannende Einblicke in die Entwicklungen und Herausforderungen rund um das namensgebende Automotive Computing. Ein Teil davon sind Halbleitertechnologien, insbesondere die Nutzung von Chiplets im Automobilsektor. Zwei Vorträge, einer von Dr. Alexander Rensink, Senior Account Director bei TSMC Europe B.V., und der andere von Dr. Ericles Sousa, SoC-Architekt und Co-Vorsitzender der Automotive Working Group des UCIe-Konsortiums, beleuchteten die aktuelle Situation, technische Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen im Bereich Chiplets. Diese Beiträge decken sich in einigen Punkten, widersprechen sich jedoch in anderen Aspekten und eröffnen spannende Perspektiven für die Zukunft der Chiplet-Technologie.

Einleitung: Der Übergang zu Chiplets in der Automobilbranche

Mit der rasant zunehmenden Digitalisierung von Fahrzeugen und der Einführung softwaredefinierter Fahrzeuge stehen Automobilhersteller und Halbleiterunternehmen vor enormen Herausforderungen. Die Transformation von Fahrzeugarchitekturen erfordert nicht nur leistungsstarke Computing-Lösungen, sondern auch skalierbare, kosteneffiziente und anpassungsfähige Technologien. Chiplets, modulare integrierte Schaltkreise, die auf fortschrittlichen Packaging-Technologien basieren, bieten hier eine potenzielle Lösung.

Dr. Alexander Rensink und Dr. Ericles Sousa haben in ihren Vorträgen die Bedeutung von Chiplets, den aktuellen Stand der Technik sowie die Vision für deren Einsatz in der Automobilbranche analysiert. Während Rensink die globale Perspektive und Herausforderungen Europas in den Mittelpunkt stellte, konzentrierte sich Sousa auf die technische Umsetzung und die Vorteile der Disaggregation von Halbleiterarchitekturen.

Welches Wachstumspotenzial sieht Dr. Rensink im Halbleitermarkt?

Dr. Alexander Rensink beleuchtete in seinem Vortrag das enorme Wachstumspotenzial der Chiplet-Technologie in der Automobilindustrie und die Herausforderungen, die damit verbunden sind. Er prognostizierte, dass der Anteil der Automobilindustrie am globalen Halbleitermarkt, der in den kommenden Jahren auf etwa eine Billion US-Dollar anwachsen wird, von derzeit 10 % auf bis zu 15 % steigen könnte. Dies sei jedoch nur erreichbar, wenn die Branche entschlossen handelt und die Einführung von Chiplets vorantreibt. Dabei stellte er klar, dass die oft verbreiteten Missverständnisse über Chiplets – etwa, dass sie kleine, einfach austauschbare Bausteine seien – der Realität nicht entsprechen. Die heutigen Chiplet-Designs sind hochkomplex und weit entfernt von einer simplen „Lego-Baustein“-Philosophie. Ihre Integration erfordert fortschrittliche Technologien wie Advanced Packaging, die sich aktuell noch in Entwicklung befinden.

Wo hakt es in Europa bei Chiplets?

Besonders kritisch sieht Rensink die Situation in Europa: Die Region ist in der fortgeschrittenen Logikproduktion, insbesondere bei Technologien unter 7 nm, weit hinter anderen Märkten wie den USA und Asien zurück. Dies erschwert die Entwicklung und Produktion wettbewerbsfähiger Chiplet-Lösungen erheblich. Darüber hinaus bemängelte er die konservative Haltung vieler europäischer OEMs (Original Equipment Manufacturers), die oft zögern, in neue Technologien zu investieren und damit den Anschluss an global führende Unternehmen zu verlieren. Ein weiteres Hindernis sieht Rensink in der fehlenden Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und der mangelnden Standardisierung innerhalb der europäischen Industrie. Ohne gemeinsame Standards und eine koordinierte Strategie werde es schwer, die Herausforderungen der Chiplet-Integration zu bewältigen.

Was muss getan werden, damit Chiplets ein Erfolg werden?

Trotz der bestehenden Hürden skizzierte Rensink eine klare Zukunftsvision: Der Weg zur Einführung von Chiplets müsse schrittweise erfolgen. Zunächst sollten größere Designs mit wenigen Modulen entwickelt werden, um die Machbarkeit zu demonstrieren und erste Erfahrungen zu sammeln. Erst im Laufe der Zeit könnten komplexere Systeme realisiert werden, die von der Modularität und Flexibilität der Chiplet-Technologie vollständig profitieren. Gleichzeitig warnte er davor, zu viel Zeit mit theoretischen Überlegungen und Forschung zu verbringen, ohne konkrete Produkte zu entwickeln. Diese „Paralyse durch Analyse“ (analysis paralysis) führe dazu, dass Europa den Anschluss an globale Entwicklungen verliere, da andere Regionen schneller handeln und die Technologie vorantreiben.

Abschließend betonte Rensink, dass der Übergang zu Chiplets nicht nur eine technische, sondern auch eine strategische Herausforderung sei. Europa müsse dringend handeln, um seine Wettbewerbsfähigkeit im globalen Halbleitermarkt zu sichern. Das erfordere nicht nur Investitionen in fortschrittliche Technologien, sondern auch mutige Entscheidungen und eine engere Zusammenarbeit zwischen OEMs, Zulieferern und Forschungseinrichtungen.

So sieht Dr. Sousas Vision von Chiplets für autonome Fahrzeuge aus

Dr. Ericles Sousa setzte in seinem Vortrag einen klaren Fokus auf die technischen Aspekte der Chiplet-Technologie und stellte das UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) Konsortium als eine zentrale Initiative vor, die darauf abzielt, Standardisierungsprobleme zu lösen und die Einführung von Chiplets in der Automobilindustrie zu beschleunigen. Sousa betonte die Vorteile der Aufteilng (disaggregation) von Halbleiterarchitekturen, bei der spezialisierte Module wie GPUs, CPUs oder AI-Cores separat entwickelt und integriert werden können. Diese Modularität ermöglicht es, maßgeschneiderte Lösungen zu schaffen, die sowohl skalierbar als auch flexibel sind, und die Entwicklungszeit sowie die Kosten reduzieren.

Ein wesentlicher Bestandteil seiner Ausführungen war der UCIe-Standard, der als Plattform dient, um Interoperabilität zwischen Chiplets verschiedener Hersteller zu gewährleisten und Innovation zu fördern. Der Standard schafft die Grundlage für ein Ökosystem, in dem Chiplets effizient integriert werden können. Sousa hob hervor, dass dies nicht nur technologische Innovationen vorantreibt, sondern auch eine Vereinfachung der komplexen Prozesse ermöglicht, die derzeit mit der Entwicklung und Herstellung monolithischer SoCs (System-on-Chip) verbunden sind.

Was sind die technischen Herausforderungen bei der Einführung von Chiplets?

Dennoch wies Sousa auch auf die technischen Herausforderungen hin, die bei der Einführung von Chiplets bewältigt werden müssen. Dazu gehören insbesondere die Entwicklung einer einheitlichen Kommunikationsschnittstelle und die Sicherstellung von Zuverlässigkeit und Sicherheit im Betrieb. Gerade im Automobilbereich, wo strenge Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit gelten, ist die Entwicklung robust getesteter Standards essenziell. Hier sieht Sousa das UCIe-Konsortium in einer Schlüsselrolle, da es eine Plattform bietet, die die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren in der Industrie erleichtert und auf die spezifischen Bedürfnisse der Automobilbranche eingeht.

In seiner Zukunftsvision sieht Sousa Chiplets als die zentrale Architektur für hochkomplexe Systeme, insbesondere im Bereich autonomer Fahrzeuge. Diese Systeme erfordern eine enorme Rechenleistung, die durch modular aufgebaute Chiplet-Designs effizient bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig ermöglichen Chiplets eine schnellere Innovationsrate, da spezifische Module unabhängig voneinander aktualisiert und optimiert werden können.

Was sind die Ziele der UCIe Automotive Working Group?

Ein zentrales Element von Sousas Vortrag war die UCIe Automotive Working Group, die sich auf die speziellen Herausforderungen der Automobilindustrie konzentriert. Diese Gruppe hat sich zum Ziel gesetzt, Sicherheits- und Zuverlässigkeitsaspekte zu adressieren, sowie die Leistungsfähigkeit von Chiplets in diesem Bereich zu maximieren. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung standardisierter Lösungen, die es ermöglichen, Chiplets schneller und effizienter in Fahrzeugarchitekturen zu integrieren. Sousa präsentierte beeindruckende Fortschritte der Working Group, darunter erste Demonstrationen und Spezifikationen, die Entwicklern und Herstellern zur Verfügung stehen.

Abschließend betonte Sousa, dass die Zukunft der Automobilindustrie in der Modularität und Flexibilität liegt, die durch Chiplets ermöglicht wird. Standards wie UCIe spielen dabei eine entscheidende Rolle, um die Integration zu vereinfachen und Innovationen zu beschleunigen. Er hob hervor, dass die Zusammenarbeit innerhalb der Branche und die Weiterentwicklung von Standards entscheidend sind, um die Potenziale der Chiplet-Technologie voll auszuschöpfen und den Wandel zu einer softwaredefinierten Fahrzeugarchitektur erfolgreich zu gestalten.

Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Redner

Die Vorträge von Dr. Alexander Rensink und Dr. Ericles Sousa ergänzen sich in vielen Punkten, da beide die Bedeutung von Chiplets als Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Automobilindustrie betonen. Doch sie stimme nicht bei allen Punkten überein.

• Bedeutung von Chiplets für die Zukunft der Automobilindustrie: Beide Redner erkennen das transformative Potenzial von Chiplets an. Angesichts der zunehmenden Komplexität moderner Fahrzeugsysteme und des Bedarfs an höherer Rechenleistung sehen sie Chiplets als eine Schlüsseltechnologie, um die Anforderungen der nächsten Generation von Fahrzeugarchitekturen zu bewältigen.

• Notwendigkeit von Skalierbarkeit und Flexibilität: Während Rensink die Vorteile von Chiplets in Bezug auf Skalierbarkeit betont, hebt Sousa die Modularität und Anpassungsfähigkeit hervor. Beide Aspekte sind entscheidend, um die vielfältigen Anforderungen der Automobilhersteller und die sich rasch ändernden technologischen Anforderungen zu erfüllen.

• Herausforderungen bei der Implementierung: Beide Redner erkennen die technischen und organisatorischen Herausforderungen an, die mit der Einführung von Chiplets verbunden sind. Rensink hebt die Komplexität von Advanced Packaging hervor, während Sousa die Bedeutung der Standardisierung und die Schaffung eines Ökosystems zur Förderung der Interoperabilität betont.

• Fokus auf ein Chiplet-Ökosystem: Beide sind sich einig, dass ein starkes Ökosystem erforderlich ist, um die Integration von Chiplets erfolgreich zu gestalten. Während Rensink europäische Unternehmen auffordert, aktiv an der Entwicklung von Chiplet-Lösungen teilzunehmen, verweist Sousa auf den UCIe-Standard als Beispiel für eine effektive branchenweite Zusammenarbeit.

• Komplexität und Realisierbarkeit: Rensink betont die Komplexität von Chiplet-Designs und warnt vor der Gefahr einer „Analyselähmung“ in Europa. Er plädiert für einen pragmatischen Ansatz mit einfachen, großen Designs als ersten Schritt. Sousa: sieht Chiplets als modular und skalierbar an und verweist auf Fortschritte wie den UCI-Standard, der Herausforderungen wie Zuverlässigkeit und Sicherheit gezielt adressiert.

• Zeitrahmen für die Einführung: Rensink geht davon aus, dass die Einführung von Chiplets noch Zeit benötigt und sich zunächst auf größere Designs mit wenigen Modulen beschränken wird. Sousa ist optimistischer und verweist auf bestehende Testplattformen und Demonstrationen, die darauf hindeuten, dass Chiplets bald in Serienfahrzeugen eingesetzt werden könnten.

• Kostenvorteile: Rensink stellt die Annahme in Frage, dass Chiplets zu Kosteneinsparungen führen, da Advanced Packaging teuer ist und jeder zusätzliche Chip auf einem Paket weitere Kosten verursacht. Sousa sieht langfristige Kostenvorteile durch Modularität, kürzere Innovationszyklen und die Wiederverwendbarkeit bestehender Komponenten.

• Verantwortlichkeit und Geschäftsmodelle: Während Rensink die Unklarheit über Verantwortlichkeiten in einem Chiplet-basierten Ökosystem hervorhebt, insbesondere hinsichtlich der Test- und Lieferprozesse, geht Sousa weniger auf die Geschäftsmodelle ein, verweist jedoch auf die Bedeutung eines standardisierten Ökosystems, das die Zusammenarbeit mehrerer Anbieter erleichtert.

Fazit: Chiplets als Weg in die Zukunft

Die Einführung von Chiplets in der Automobilindustrie steht noch am Anfang, aber ihr Potenzial ist unbestreitbar. Während Dr. Rensink die Herausforderungen Europas und die Notwendigkeit von schnellen Entscheidungen betont, hebt Dr. Sousa die technischen Möglichkeiten und die Rolle von Standards hervor.

Die nächsten Schritte erfordern:

1. Stärkere Zusammenarbeit in Europa: OEMs und Zulieferer müssen gemeinsame Plattformen und Standards entwickeln.
2. Investitionen in Advanced Packaging: Aufbau lokaler Produktionskapazitäten für fortgeschrittene Logik und Packaging-Technologien.
3. Fokus auf Forschung und Produktentwicklung: Parallel zur Grundlagenforschung sollten marktfähige Produkte entwickelt werden.
4. Standardisierung: Initiativen wie UCIe spielen eine Schlüsselrolle bei der Förderung der Interoperabilität und der Marktreife von Chiplets.

Chiplets könnten in den kommenden Jahren eine Revolution in der Automobilbranche einleiten – wenn die Herausforderungen gemeistert werden. Die Zeit für zögerliches Handeln ist vorbei; die Branche muss jetzt die Weichen stellen, um von den Möglichkeiten dieser Technologie zu profitieren.