Chips für Superkräfte im Auto: Interview mit Lars Reger, CTO von NXP Semiconductors

Lars Reger, wie laufen die Geschäfte?

Lars Reger: Das letzte Jahr war sehr aufregend und sehr anders als es ursprünglich angedacht war. Nach einem Start mit einer gigantischen CES 2020 waren wir mit Rückenwind ins letzte Jahr gestartet. Dann kam Corona, wobei die Lockdowns zuerst unsere Backend-Aktivitäten in Asien und dann die Aktivitäten in Europa beeinträchtigten. Mitte 2020 hatten wir den großen Wechsel von Rick Clemmer zu Kurt Sievers als CEO. Die zahlreichen Umorganisationen haben wir aus dem Home-Office heraus erledigt, wobei die Umstellung auf Home-Office entgegen den ersten Befürchtungen sehr gut geklappt hat. Wir hatten im Entwicklungsbereich durch Corona nur wenig Effizienzverlust. Aus amerikanischen, europäischen und asiatischen Wohnzimmern heraus haben wir das Tape-Out für große Chips erledigt – und das hat wirklich gut geklappt, obwohl es natürlich ein ganz, ganz anderes Arbeiten ist.

Die große Frage war dann für NXP wie für den Rest der Industrie, wie schnell sich der Markt erholen würde. Wir haben zum Ende des letzten Jahres einen unerwartet starken Nachfrage-Anstieg in all unseren Endmärkten erlebt, der sich in diesem Jahr weiter fortsetzt: IoT, Automotive, Industrie 4.0, Smartphones, Kommunikation & Infrastruktur. Jetzt gibt es bekanntermaßen in der Chip-Industrie Engpässe, auch im Automobilbereich. Wo Engpässe bestehen, investieren wir auch weiterhin in den Ausbau unserer Produktionskapazitäten – vor allem im Bereich Testen und Chip-Montage – und arbeiten eng mit allen Kunden und Partnern entlang der Lieferkette zusammen.

Wo stehen wir auf dem Weg zum autonomen Fahren?

Lars Reger: Im Bereich autonomes Fahren hat sich innerhalb der letzten fünf Jahre gezeigt, dass Level-5-Autos nicht so leicht realisierbar sind und auch gar nicht so unbedingt der Business Case für die breite Masse sind. Natürlich haben Taxi- und Logistikunternehmen immer das Ziel, einen Fahrer zu ersetzen, um Kosten einzusparen, aber für Leute wie uns oder wie meinen über 80jährigen Vater besteht das große Ziel darin, die Fahraufgabe leichter zu machen. Wohl nur die wenigsten würden eine signifikante Menge an Geld ausgeben, um ein Level-5-Auto ohne Lenkrad zu besitzen. Es hatte sich schon 2019 abgezeichnet, aber 2020 hat es sich manifestiert, dass Level-5-Privatfahrzeuge auf der Zeitskala viel weiter in die Zukunft gerutscht sind, weil der Haupttrend zu Level 2 bis 3 geht.

Welche Auswirkungen auf die Architektur ergeben sich durch die automatisierten Fahrfunktionen auf den Leveln 2 bis 3?

Lars Reger: Die Automobilhersteller machen sich momentan sehr viele Gedanken über die Architektur ihrer Fahrzeuge ab 2025, und da sind wir derzeit sehr gefragt. Für Level 2 bis 3 ist sehr viel Sensorelektronik mit vielen Fusions-Units erforderlich, die hohe Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen müssen. Es reicht bei weitem nicht, nur hochperformante AI-Rechner im Kofferraum zu verbauern, denn so lässt sich der Job nicht erledigen. Ehrlich gesagt sind wir mit dieser Situation sehr glücklich, denn NXP hat sich in den letzten vier Jahren intensiv mit der Elektronik jenseits der Hochleistungsrechner im Auto beschäftigt – einfach weil wir das mit unserem Portfolio gut abdecken konnten; und jetzt passen diese Produkte bestens in die heutigen Anforderungen der Industrie.

Was heißt das in der Praxis?

Lars Reger: Wir haben die neuste Generation unserer Bluebox-Plattform am Start. Im Prinzip ist das nichts anderes als eine Referenz-ECU mit funktional sicheren Gateway-Controllern des Typs S32G, die aber auch Großrechner wie 16-Core Systeme und PCI-Express-Slots enthalten. Das ist so ähnlich wie bei einem PC-Mainboard, wo man hinten dann einen AI-Accelerator reinsteckt – beispielsweise von Kalray, mit denen wir sehr eng zusammenarbeiten. Diese Bluebox, von der wir auf der CES 2021 die dritte Generation vorgestellt haben, gibt es schon seit drei Jahren. Je nach Anforderung können wir für die Level 1, 2, 3 und vielleicht auch Level 4 unterschiedliche KI-Beschleuniger einstecken, um so ein skalierbares Grundgerüst für eine funktional sichere Vernetzung zu haben. Alles ist dabei modular wiederverwendbar – zunächst von Level 1 bis Level 3. Das passt hervorragend zur Strategie der OEMs, evolutionäre Schritte zu gehen und keine disruptiven Sprünge zu Level 5 zu machen.

Lars Reger zum Thema individueller und optimaler Ansatz: „Wir wollen Trusted Partner sein – ein Sparringspartner für die Kunden, um dieses Thema gemeinsam vorzudenken.“ NXP

Wenn ein großer OEM über die nächsten zehn Jahre zum Beispiel 100 Fahrzeuglinien auf den Markt bringen will, dann sind das ja nicht ausschließlich nur Level-4- oder nur Level-1-Autos. Weil aber beispielsweise sowohl der Level-1-Kleinwagen als auch das bestens ausgestattete Premium-Fahrzeug Funktionalitäten wie einen Emergency Brake Assist (EBA) enthalten, ist es gut, wenn man die NCAP-Zertifizierung etc. nur ein einziges Mal durchführen muss, und diese Zertifizierung gilt dann für alle Fahrzeuge mit dieser skalierbaren Plattform. Diese Lego-artige Architektur ist hervorragend hierfür geeignet.

Jeder Automobilhersteller geht dabei anders an die Aufgabe heran, denn der eine hat keinerlei Legacy und kann einen komplett neuen Ansatz fahren, ohne an Kompatibilität mit seiner Gesamtflotte denken zu müssen. Andere Hersteller – Startups zum Beispiel – haben wiederum vielleicht schon vernetzte Fahrzeuge mit über 100 Steuergeräten im Kundeneinsatz. Jeder hat andere Anforderungen an Datenfusion, Datenvernetzung mit unterschiedlichen Sensorsystemen oder Fahrleveln. Deshalb bringen uns die modularen Konzepte am besten nach vorne.

Im Vergleich zur Consumer-Industrie ist die Automobilbranche in punkto Halbleiter sehr klein. Wie können wir sicherstellen, dass die jeweils neueste Technologie auch für Automotive verfügbar wird?

Lars Reger: So richtig ökonomisch wird ein Chip erst ab 500 Millionen Stück, aber selbst bei 100 % Marktanteil fällt es einem Hochvolumen-OEM noch sehr, sehr schwer, derartige Stückzahlen zu erreichen, um den entsprechenden Return of Invest zu bringen. Mit Flexibilität und Modularität lassen sich solche Stückzahlen aber in der Fertigung erreichen, und damit werden die Systemkosten erträglich, so dass das Gesamtsystem sowohl für die OEMs als auch für die Endkunden erschwinglich wird.

Welchen Ansatz verfolgt NXP dabei?

Lars Reger: Wir wissen ja nicht, wie sich die Industrie in den nächsten Jahren bewegt, wer welche schnellen Funktionen aufintegriert und was eine monolithische Integration an den einzelnen Stellen wirklich bewegt oder bedeutet. Daher verfolgen wir einen systematischen Ansatz.

Zunächst brauchen wir ein funktional sicheres Netzwerkhandling. Dafür ist ein ASIL-D-fähiges Gateway erforderlich. Unsere Prozessoren vom Typ S32G decken das ab. Zusätzlich sind Multipurpose-Prozessoren mit KI-Beschleunigern erforderlich, um die Rechenpower zu liefern. Aber schon hier stellt sich die Frage, ob es ein Festkomma- oder ein Gleitkomma-Prozessor sein soll; hier treffen sehr unterschiedliche Ansätze aufeinander, die beide gute Argumente anführen. Aus diesem Grund setzen wir bewusst auf einen modularen Ansatz.

Jeder OEM und jeder Tier-1 muss jetzt seinen individuellen optimalen Ansatz definieren, mit dem er mittel- und langfristig vor allem auch Softwarekosten einsparen kann, denn eine Wiederverwendung der Software ist elementar wichtig. Wir wollen hier Trusted Partner sein – ein Sparringspartner für die Kunden, um dieses Thema gemeinsam vorzudenken.

Wie hat sich die Zusammenarbeit zwischen OEM und Halbleiterhersteller verändert?

Lars Reger: Vor zehn Jahren wäre eine Zusammenarbeit zwischen OEM und Halbleiterhersteller, wie wir sie heute haben, undenkbar gewesen, denn damals herrschte eine äußerst strikte Hierarchie entlang der Wertschöpfungskette: Der Tier-2 geht zum Tier-1, der Tier-1 geht zum OEM, und entlang dieser Kette wurde getanzt. Jetzt ist aus dieser Value Chain ein Value Network geworden – OEMs sind direkt auf die Halbleiterhersteller zugegangen, denn der OEM hat erkannt, dass er sich früh die attraktiven Partner in der Industrie sichern muss. Die Kunst des OEMs besteht jetzt auch darin, jenseits der einzelnen Tier-1 in der Value Chain weiter nach vorn zu schauen. Es ist wie im echten Leben: Die Tier-2 sind attraktive Partner geworden. So wie man sich den Partner im zwischenmenschlichen Bereich mittlerweile selbst aussucht – auch wenn es früher anders war – gibt es jetzt sehr viel mehr aktives Sich-Bemühen um die richtigen Innovationspartner. Deshalb helfen wir bei NXP den OEMs jetzt dabei, zu identifizieren, wie der optimale zukunftssichere Feature- und Elektronikaufbau aussieht.

Was bedeutet das konkret?

Lars Reger: NXP ist die Edge Company. Wir bieten die Halbleiter für im Prinzip jedes smarte vernetzte Gerät – von der Scheckkarte und Smart Watch über Smart Home und Schweißroboter bis zum smarten, selbstfahrenden Roboter. Bei sehr abstrakter Betrachtung macht jedes dieser Geräte eine Umwelterfassung – Sensing – und benötigt Connectivity sowie Rechenleistung.

Lars Reger, CTO bei NXP: „Auf Basis unseres CMOS-Siliziums können Autohersteller einen kompletten Radarkokon ums Auto herum bauen.“ NXP

Wenn in den letzten vier Jahren bei automatisierten Fahrzeugen ein schwerer Fehler auftrat, dann war typischerweise nicht das Gehirn, also die Datenfusionszentrale, daran Schuld, sondern die Sensorsysteme, die entweder schlecht designed waren oder versagt haben – vergleichbar mit einem schlecht sehenden Taxifahrer. Daher haben wir uns in den letzten fünf Jahren auch darauf fokussiert, diese Sensoren besser zu machen – leistungsfähiger als der menschliche Fahrer. Jedes System, das konstant zuverlässiger und schneller ist als ein menschlicher Fahrer, bedeutet mehr Sicherheit im Straßenverkehr. Dafür benötigt man das, was ich immer „Super Powers“ – also „Superkräfte“ nenne.

Was steckt hinter dem Begriff Super Powers?

Lars Reger: Diverse Superhelden im Comic haben Superkräfte oder einen Röntgenblick. Wenn wir analog dazu Radarsensoren einsetzen, die auf Grund ihres Wellenlängenbereichs auch ein Auto vor mir erkennen, das ich im Nebel sonst gar nicht erkannt hätte, dann kann ich anders fahren. Bleiben wir bei diesem Bild und geben wir dem Auto telepathische Fähigkeiten, dann weiß es, dass 500 m hinter einer Häuserecke – also außerhalb der eigenen Sichtlinie – ein Krankenwagen bei roter Ampel in eine Kreuzung einfährt. Das Auto weiß damit Dinge, die der Fahrer erst viel später erfassen würde. Vernetzte, smarte Konnektivität und gute Sensorik können das Auto somit prinzipiell besser machen als ein menschlicher Fahrer sein kann.

Dieses Bild mit den Super Powers ist natürlich sehr flapsig, aber es zeigt, dass wir mit bereits auf dem Markt vorhandenen Elementen in der Lage sind, diese Informationen in einem Fusionsrechner wie zum Beispiel der Bluebox konstant zu überwachen und zu nutzen, um die Fahraufgabe des menschlichen Fahrers einfacher und sicherer zu machen. Wenn wir ein Radar mit Objekterkennung haben, dann kann das System mehr als der menschliche Fahrer, und durch eine Fusion mit den optischen Sensoren ergibt sich eine Sensorredundanz. All das geht nur mit den passenden Halbleitern.

Das kennen wir im Prinzip doch schon aus Zeiten der reinen Fahrerassistenz…

Lars Reger: Mit den Super Powers ist das Thema zwar nur anders verpackt, aber letzten Endes gehen wir evolutionäre Schritte. Wir sind mit unserem neuen Radarsystem auch einen evolutionären Schritt nach vorne gegangen, indem wir jetzt mehrere Radar-Transceiver mit jeweils drei Sende- und vier Empfangskanälen und einen starken Mikrocontroller zusammenschalten und so quasi ein MIMO-System aufbauen, das Beamforming ermöglicht und den Namen Imaging Radar trägt. Und dass dieser Radarsensor hinter der Stoßstange oder im Außenspiegel verbaut sein kann, bringt dem OEM unabhängig von der höheren Funktionalität noch einen großen Mehrwert. Auf Basis unseres CMOS-Siliziums können Autohersteller einen kompletten Radarkokon ums Auto herum bauen, also 360-Grad-Sicht, Rear-View-Radarsensoren mit 70 bis 150 m Reichweite und Frontfacing Radar mit bis zu 300 m Reichweite. 80-GHz-Radar ermöglicht hervorragende Bewegungsmelder bis 10 m Reichweite, und damit können auch die Ultraschallsensoren entfallen, wenn die Radarsensoren sowieso montiert sind.

Wenn man zum Beispiel im Frontbereich nicht einen Radar-Sender/Empfänger hat sondern gleich vier nebeneinander platziert, die dann kohärent – also im Gleichtakt – senden und empfangen, dann können wir Beamforming machen und ein Imaging Radar bauen, das besser räumlich auflöst und eine Klassifizierung ermöglicht. Die Sensordaten gehen dann in einen Mikrocontroller wie den S32R45, der vier Frontends direkt verarbeiten kann und Spezialbeschleuniger für die Fourier-Transformationen enthält. Zur Entwicklung kommt dabei immer das gleiche Software-Toolkit zum Einsatz; ganz egal ob es sich um einen Corner-Radarsensor, einen Side-Impact-Radar oder um ein Frontfacing Radar handelt: stets geht das mit der gleichen Entwicklungsumgebung bei Nutzung der gleichen Algorithmen, so dass die Entwicklungshürden niedriger sind.

Was bedeutet das längerfristig?

Lars Reger: Im Radarbereich kommt derzeit ein 40-nm-Prozess zum Einsatz, und hier bietet sich die Möglichkeit, den Transceiver zusammen mit dem Mikrocontroller auf einem Chip zu integrieren. Während das beim Eckradar nur ein kleinerer Mikrocontroller ist, benötigen wir bei den hochauflösenden Radar-Clustern eine sehr hohe Rechenleistung. Hier muss man sorgfältig Kosten und Nutzen abwägen, aber der prinzipielle Weg ist klar. Bei den Radios haben wir mit dem Einchip-Weltreceiver gezeigt, was möglich ist.

NXP hat Chips in 5-nm-CMOS-Technologie für das Auto angekündigt. Welche Produkte dürfen wir erwarten?

Lars Reger: Wir werden zum Beispiel den Gateway-Prozessor erheblich leistungsfähiger machen, damit er eine deutlich höhere Performance hat. Die 5-nm-Entwicklungen laufen auf Hochtouren. Allerdings arbeiten wir modular, so dass wir Interfaces, Kryptokerne und viele andere Elemente dann auch bei 5 nm weiterverwenden können. Die Architektur steht; daher ist der Weg bis zu den 5-nm-Varianten der S32-Familie nicht ganz so weit für uns…

Volkswagen nutzt die BMS-Plattform von NXP. Was tut sich sonst noch im Bereich Elektromobilität?

Lars Reger: NXP hat sehr viele Assets in den Bereichen Präzisions-Analogelektronik, Robustheit, funktionale Sicherheit, Fahrzeugvernetzung, In-Vehicle Networking und digitale Verarbeitung. Wenn man diese Kernzutaten vereinigt, dann kommt man zu einem guten Batterie-Management-System. Hinzu kommt der Faktor Security, denn genauso wie es Manipulationen des Tachostands zu verhindern gilt muss man auch dafür sorgen, dass die Anzahl der Batterie-Ladezyklen sicher dokumentiert wird, denn niemand möchte ein Gebrauchtfahrzeug mit einer ausgelaugten Batterie kaufen, die angeblich nur wenige Male geladen wurde.

NXP bietet im Prinzip alle Bauteile rund um den Antriebsstrang mit Ausnahme der Leistungsschalter an. High-Power machen wir nicht, aber schon die Gate-Treiber haben wir im Programm.

Wie sieht die Zukunft von NXP aus?

Lars Reger: NXP sieht wirklich positiv in die Zukunft, denn der klare Schwerpunkt auf Level 2 bis 3 in den nächsten Jahren trifft absolut den Kern unseres Portfolios. Wir haben Lösungen für einen ganz großen Teil der erforderlichen Elektronik in allen Fahrzeugdomänen – egal ob Fahrerassistenzsysteme und Konnektivität oder Antriebsstrang, In-Vehicle Experiences oder Body & Komfort. Da außerdem funktionale Sicherheit und Security eine immer größere Rolle im vernetzten, automatisierten Fahrzeug spielen blicken wir in der Tat sehr optimistisch auf die nächsten Jahre. Was darüber hinaus zählt ist eine klare Vision und eine enge Zusammenarbeit mit Autoherstellern und Tier-1s, um die Weichen zu stellen für die geeigneten Architekturen, Prozessorplattformen und Sicherheitsanforderungen.

(av)