Karsten Penno, ON Semiconductor, und Alfred Vollmer, Chefredakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK

Karsten Penno (rechts, im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Chefredakteur Alfred Vollmer): „Wir haben ein fast unvergleichbares Gesamtportfolio, denn Radar-Transceiver, Lidar- und Bildsensoren, sowie Lösungen für ultraschall-basierte Parkassistenzsysteme hat so in der Halbleiterindustrie im Automotive-Bereich kein anderes Unternehmen im Angebot.“ (Bild: Alfred Vollmer)

| von Alfred Vollmer

Herr Penno, wie laufen die Geschäfte im Automotive-Bereich?

Karsten Penno: 2018 war ein sehr gutes Jahr für uns. Insgesamt hat sich der Markt sehr gut entwickelt. So sind zum Beispiel die Take-Rates bei ADAS-Systemen signifikant angestiegen. Das ist für uns natürlich eine gute Entwicklung, da wir in diesen Bereichen besonders viel investieren. 2018 war zwar ein heißes Jahr für die Halbleiterindustrie in punkto Marktdruck und Lieferfähigkeit, aber wir sind da insgesamt wirklich sehr gut durchgekommen und konnten unsere Marktanteile ausbauen. 2019 hat etwas schwächer begonnen; sowohl die Marktdaten aus China als auch aus anderen Märkten tendieren ja eher ins Negative, aber der schon erwähnte Take-Rate-Effekt kompensiert das wieder. Außerdem geht die Elektrifizierung des Antriebsstrangs deutlich nach oben – sowohl im 48-V- als auch im Hochvoltbereich. Da hier vermehrt Traktions-Inverter, DC/DC-Wandler, On-Board-Charger etc. gefragt sind, kompensiert dieser Anstieg der hierfür nötigen Halbleiter die Reduzierung des Fahrzeug-Gesamtvolumens.

Wir sind also auch weiterhin sehr gut aufgestellt, um stärker als der Markt zu wachsen. Als Top-10-Halbleiterlieferant der Automotive-Branche wollen wir diesen Trend auch weiter fortführen: ON Semiconductor bietet eine große Bandbreite an Halbleiter-Produkten für den Automobilbereich. Das Unternehmen hat sich von den diskreten Bauteilen – quasi Standardprodukte aus der klassischen Motorola-Historie – durch diverse Merger und Akquisitionen bis heute ganz massiv verändert. Konkret lag unser Automotive-Umsatz von 1,8 Milliarden US-Dollar im letzten Jahr bei etwa 31 % unseres Gesamtumsatzes. Bis 2022 soll dieser Anteil auf 36 % wachsen, denn ON Semiconductor erwartet langfristig eine weitere Stärkung des Automotive-Bereichs.

Was bedeuten die neuen NCAP-Bestimmungen für ON Semiconductor?

Karsten Penno: Sensoren sind ein wesentlicher Bestandteil in elektronischen Systemen um aktuelle und zukünftige NCAP-Anforderungen zu erfüllen, die auf einen weiter verbesserten Schutz aller Verkehrsteilnehmer abzielen. Mit unseren Lösungen für zum Beispiel Kamera-, Lidar-, Radar-, Parkassistenz- oder auch Sensor-Fusion-Systeme leisten wir hier einen entscheidenden Beitrag zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr. Ein gutes Beispiel hierfür sind die Sensoren unserer neuen Hayabusa-Familie, die wir mit einer innovativen Methode ausgestattet haben, LED-Flicker in HDR-Bildern zu eliminieren. Ohne ein solches Feature könnte eine ADAS-Kamera möglicherweise Probleme bekommen, ein durch LEDs angezeigtes Verkehrszeichen bei sehr hellen Lichtverhältnissen korrekt zu erkennen. Hintergrund ist hier die aufgrund der Umgebungshelligkeit kurze Belichtungszeit des Sensors in Kombination mit der Eigenschaft der LEDs, die ja gepulste Lichtquellen sind. Speziell für Frontkameras, also Machine Vision-Kameras, ergeben sich durch die NCAP-Bestimmungen auch Anforderungen für eine hohe Sensorauflösung, da das Fahrzeug Objekte in großer Entfernung und bei hoher Geschwindigkeit erkennen muss. Diese Anforderungen adressieren wir mit unserem aktuellen 8-Megapixel-Sensor AR0820. Zudem unterstützen wir die NCAP-Anforderungen mit einer entsprechend auf dem Sensor implementierten Logik für funktionale Sicherheit (ASIL B/C) sowie Cyber-Security. Zukünftige NCAP-Anforderungen – insbesondere für erweiterte Autonomiefunktionen – erfordern zudem zusätzliche Kamerasensorik im Fahrzeug, wie zum Beispiel die Fahrer-, beziehungsweise Innenraumbeobachtung.

Welche Aktivitäten hat ON Semiconductor bei Lidar und Radar?

Karsten Penno: Im Mai 2018 haben wir die irische Firma SensL akquiriert, die sich seit mehr als 15 Jahren primär im Medical- und Industriebereich mit Lidar beschäftigt. Wir werden die dort bereits etablierte Technologie in den Automotive-Bereich überführen. Dabei geht es um die Verwendung von hochempfindlichen SIPMs (Silicon Photomultiplier) und SPAD-Arrays, also Single-Photon-Avalanche-Dioden, die es Systemintegratoren ermöglichen, kompakte, hochauflösende Long-Range-Lidarsysteme zu entwickeln. Im Radarbereich haben wir bereits 2017 ein erfahrenes israelisches Entwicklungszentrum übernommen, und zusätzlich, in 2018, eine zweite Entwicklungsabteilung in den USA aufgebaut. Wir sind zwar bei Radar noch ein relativ neuer Player auf dem Markt, stehen aber dennoch bereits kurz vor der Massenfertigung unseres ersten Transceivers für 77- und 79-GHz-Radarsysteme, der aufgrund innovativer Antennenkonzepte (MIMO+) eine systemkostenoptimierte Lösung ermöglicht. Wir haben damit ein fast unvergleichbares Gesamtportfolio, denn Radar-Transceiver, Lidar- und Bildsensoren, sowie Lösungen für ultraschall-basierte Parkassistenzsysteme hat so in der Halbleiterindustrie im Automotivebereich kein anderes Unternehmen im Angebot.

Wie die Kunden von ON Semiconductor ihre Sensordaten verarbeiten wollen und wie die Zusammenarbeit mit Nvidia aussieht, steht auf der nächsten Seite.

 

Wie möchten Ihre Kunden denn die Sensordaten verarbeiten –  vorverarbeitet oder bei Bedarf auch als Rohdatenstrom?

Karsten Penno: Man könnte sagen: Beides gleichzeitig, denn im Endeffekt verbessern wir in unseren Sensoren die Datenqualität, ohne jedoch den Datenstrom selbst direkt zu reduzieren. Zum Beispiel verbessern wir in den Bildsensoren durch High-Dynamic-Range-Vorverarbeitung die Bildqualität bereits im Sensor selbst, um in Situationen mit wenig Lichtausbeute trotzdem eine gute Bildqualität zu ermöglichen. Was die nachfolgende Verarbeitung angeht, gibt es zwei parallel existierende Varianten: So wird bei Applikationen, bei denen für den Menschen sichtbar Bilder erzeugt werden sollen, also zum Beispiel beim Surround-View-System, Daten im vorverarbeiteten Rohformat übertragen und dann aber zentral zu einem Bild zusammengesetzt. Auch die Frontkameras übertragen Rohdaten, da die komplexen Algorithmen in hochperformanten SoCs typischerweise in zentralen Steuergeräten ausgeführt werden. Bei Rückfahrkameras erfolgt die komplette Verarbeitung jedoch oft lokal im Kameramodul selbst. Bei unseren Radar-Transceivern wird der Noise-Level, der durch Interferenzen entsteht, bereits im Radarsensor reduziert. Auch hier gilt: Wir stellen die Daten in bestmöglicher Qualität zur Verfügung, egal wo die logische Weiterverarbeitung stattfindet.

Wie sieht ONs Zusammenarbeit mit Nvidia aus?

Karsten Penno: ON Semiconductor unterstützt als Partner die cloudbasierte Simulationsumgebung von Nvidia, die virtuelle Fahrversuche ermöglicht. Wir liefern dafür die Sensordaten basierend auf den Videodaten der Fahrsituationen. Aber trotzdem sind auch noch reale Fahrversuche notwendig. Um unseren Kunden dafür die Einarbeitung zu erleichtern, haben wir unser MARS-Kamerasystem, MARS steht für Modular Automotive Reference System, entwickelt, das quasi als Entwicklungskit für unsere Automotive-Bildsensoren dient. Das Modul besteht aus einem Sensor- und einem Serializer-Element sowie optional einem Prozessor-Element. Die Elemente lassen sich, nach dem Lego-Prinzip, frei miteinander kombinieren, wodurch der Kunde in der Lage ist, seine eigene Kameralösung für Evaluierungszwecke in kürzester Zeit zu konfigurieren. Neben Nvidia arbeiten wir auf Basis dieses Konzeptes auch mit anderen führenden Prozessorherstellern zusammen, um die Sensorfunktionen an die jeweiligen Prozessorschnittstellen und Funktionen anzupassen und dadurch einen schnellstmöglichen Markteintritt zu ermöglichen.
Das MARS-System bietet dem Kunden höchste Flexibilität, wie zum Beispiel bei der Auswahl der präferierten Serdes-Lösung via Coaxkabel oder Ethernet, Änderung der Optik oder der ­Einstellung sämtlicher Sensordaten am PC. Sämtliche Design-Informationen zum MARS-Kamerasystem (Schematics, Gerber-Daten…) stellen wir dem Kunden auf Anfrage zur Verfügung. Auf Basis des MARS-Systems haben wir Nvidia bei der Adaption unserer wichtigsten Automotive-Sensoren unterstützt. Auch im Bereich spezieller Spannungsversorgungskonzepte für hochperformante und sicherheitsrelevante zentrale Recheneinheiten, beispielsweise zur Sensor Fusion, arbeiten wir eng mit Partnern wie Nvidia oder auch Intel zusammen.

sagt Karsten Penno, ON Semiconductor.

"Cybersecurity ist allgegenwärtig in der Branche", sagt Karsten Penno, ON Semiconductor. Alfred Vollmer

Weil die Fahrzeuge sich auf ihre Sensordaten verlassen müssen, spielt auch die Cybersecurity eine zentrale Rolle…

Karsten Penno: Ja, mittlerweile gibt es natürlich auch da neue Anforderungen, denn wir können zum Beispiel per Initialisierungs-, Authentizitäts- und Integritätsprüfung sicherstellen, dass mit dem Sensor alles in Ordnung ist. Mit diesen Maßnahmen lässt sich beispielsweise die Gefahr für Spoofing reduzieren, aber es gilt auch, Denial-of-Service-Attacken und ähnliches zu verhindern. Cybersecurity ist allgegenwärtig als Thema in der Branche. Wir greifen das auch im Sensorbereich aktiv auf und arbeiten beispielsweise an dem neuen Standard ISO21434 mit.

Auf der Website von ON Semiconductor steht „World‘s first sensor with integrated Cyber Security”. Was heißt das konkret?

Karsten Penno: Der AR0825-Sensor ermöglicht eine sichere Übertragung von Daten zwischen dem Bildsensor und dem Prozessor, bei der die wichtigsten Steuerungsdaten verschlüsselt übertragen und die Nutzdaten authentifiziert werden. Es handelt sich hier sicherlich um den komplexesten Bildsensor der Branche. Genau genommen besteht er aus zwei Chips, die aufeinander gebondet sind, dem eigentlichen Bildsensor und einem digitalen Chip zur Datenverarbeitung, der spezielle Blöcke zur Fehlerkorrektur, funktionalen Sicherheit, Unterstützung von Mehrfachbelichtungen sowie zu der bereits erwähnten Cybersecurity-Unterstützung umfasst. Beide Chips werden natürlich für den entsprechenden Zweck in der optimalen Technologie gefertigt.

Cybersecurity ist sehr wichtig, aber wie sieht es mit der Ausfallsicherheit bei der Stromversorgung aus?

Karsten Penno: Mit den passenden Halbleitern lässt sich ein Failsafe-Design viel einfacher implementieren. Sie überwachen kontinuierlich Referenz-, Eingangs- und Ausgangsspannungen sowie Konfigurationsdaten, um dann per SPI oder über andere dedizierte Signale mögliche Fehlerzustände an den Safety-Mikrocontroller zu berichten und gegebenenfalls selbst Fail­safe-Mechanismen auszulösen. Neben speziellen Power­management-Lösungen für die bereits erwähnten Prozessoren von Intel und Nvidia, haben wir auch flexibel einsetzbare DC/DC-Wandler mit ASIL-Unterstützung bis Level C. Per Design bringen diese die entsprechenden Security- und Safety-Features mit, die auf Systemebene ASIL-Level D ermöglichen. ON Semiconductor unterstützt in diesem Zusammenhang auch FMEDA-Analysen, um die entsprechenden FIT-Raten des Systems abzuschätzen.

Was tut sich denn im Bereich LED-Lösungen im Fahrzeug?

Karsten Penno: Neue, auch laserbasierte, LED-Technologien ermöglichen den Autoherstellern neue Designoptionen, zum Beispiel durch kleinere Linsenöffnungen. Außerdem geht es auch in diesem Segment um weitere Effizienzsteigerungen, also um mehr Licht auf der Straße bei geringerer Leistungsaufnahme. Aufgrund unseres langjährigen Engagements bei adaptiven Frontscheinwerfern mit LIN-­Stepper-Motor-Treibern sowie ASICs für HID-Scheinwerfer können wir auch hier auf ein umfangreiches Portfolio zurückgreifen, das wir unter anderem mit Lösungen für LED-Matrixlicht ergänzt haben. Neben neuen LED-Technologien spielt die Integration von Bauteilen eine wichtige Rolle. Sie ermöglicht es, intelligentere und kosteneffizientere Lösungen anzubieten – auch im Entry-Segment: sowohl für Frontscheinwerfer als auch für Rückleuchten.

Wie sich das Matrix-Frontlicht weiterentwickelt und was sich im Bereich Elektromobilität tut, lesen Sie auf der nächsten Seite.

Wie entwickelt sich das Matrix-Frontlicht?

Karsten Penno: Der Trend geht hin zu einer besseren und flexiblen Konfigurierbarkeit. Jedes Automodell soll einen unverwechselbaren Charakter haben – vom Tagfahrlicht über das Abblendlicht bis zum Fernlicht und neuerdings auch beim Rücklicht. Aufgrund der steigenden Sicherheitsanforderungen werden Matrix-Lösungen immer häufiger angefragt. Im High-End-Bereich reden wir hier von Varianten mit HD-Auflösung, also mehr als 50.000 Pixeln, im Mainstream-Segment sind es eher 10 bis 100 Pixel.

Was tut sich im Bereich Elektromobilität?

Karsten Penno: Der Markt zieht im Bereich Elektromobilität deutlich an. Die unterschiedlichen Varianten der Hybridisierung in all ihren Facetten sind sicherlich ein Riesenthema bei allen OEMs und auch bei unserer Kunden. Das beginnt bei der Teilumstellung einzelner Steuergeräte auf 48 V und reicht bis hin zur vollen Elektrifizierung des Antriebsstrangs mit 800-V-Systemen.

Welche Spannungsbereiche fragen Ihre Kunden im Bereich Hochvolt denn momentan am meisten für Neuentwicklungen an?

Karsten Penno: Der Standard liegt sicherlich im Bereich 600 bis 750 V, um Batteriespannungen von 400 V zu adressieren, aber manche OEMs wollen Spannungsbereiche bis 1200 V abdecken, um Batteriespannungen von 800 V zu ermöglichen. Natürlich ist es kein rein europäischer Markt. China treibt da ganz vorne weg die Elektrifizierung beziehungsweise die Vollelektrifizierung voran. Die Kunden entwickeln möglichst gut skalierbare Plattformen, die wieder verwendbar sein und verschiedene Performance-Klassen abdecken sollen.

Das zeigt sich besonders im Bereich der Traktions-Inverter. ON unterstützt Kunden bei dieser Herausforderung durch verschiedene Power Technologien sowie passende Packaging-Optionen. Diese reichen von der Bare-Die-Variante bis hin zu Power-Modulen mit ein- oder doppelseitiger Kühlung, die sowohl aufeinander gesetzt als auch parallel geschaltet werden können. So lässt sich bei nur geringfügig größerem Formfaktor eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte erreichen. IGBT-Module mit doppelseitiger Kühlfläche eignen sich da besonders gut. Mit Millionen bereits ausgelieferten automotive-qualifizierten Modulen bringen wir die hierfür notwendige Packaging-Expertise mit.

Welche Pläne haben Sie im Bereich Fertigung?

Karsten Penno: Schon jetzt fertigen wir über 1,4 Milliarden Bauteile pro Woche, den überwiegenden Teil hiervon an eigenen Assembly- und Frontend-Standorten. Wir investieren auch weiter sowohl in neue Prozesstechnologien als auch in neue Fertigungsstandorte. So planen wir, von Global Foundries eine 12-Inch-Fab in East Fishkill im US-Bundesstaat New York zu kaufen, und schon 2020 von dort aus die ersten Halbleiter an Kunden auszuliefern.

Letztendlich adressieren wir hierdurch zum einen das Thema Versorgungssicherheit, da wir insbesondere aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung des Antriebstrangs keine Entspannung auf dem Markt sehen, zum anderen hilft uns dieser geplante Zukauf natürlich auch unsere Kostenstruktur weiter zu optimieren. Ein weiterer Aspekt beim Thema Fertigung ist die Tatsache, dass ON Semiconductor auch weiterhin von der Substratherstellung bis hin zum fertigen Traktions-Inverter-Modul inhouse fertigt. Das ist ein Teil unserer Gesamtstrategie, denn so haben wir die gesamte Fertigungskette unter Kontrolle: mit entsprechenden Vorteilen bei der Versorgungssicherheit bis hin zur Qualitätssicherung beziehungsweise -verbesserung.

Wie sieht es mit Wide-Bandgap-Halbleitern aus?

Karsten Penno: Die Notwendigkeit immer höherer Wirkungsgrade aufgrund der Nachfrage nach immer höheren Reichweiten von Elektrofahrzeugen sowie der zunehmenden Energiedichten ist offensichtlich. Daher führt an Wide-Bandgap-Halbleitern mittelfristig aus unserer Sicht kein Weg vorbei, und daher verbreitern wir unser existierendes 650-V/1200-V-SiC-Dioden- und 900-V/1200-V-SiC-MOSFET-Portfolio immer weiter.

Karsten Penno, ON Semiconductor

"Es gibt einen eindeutigen Trend, Systeme mit 48 V verstärkt einzusetzen", sagt Karsten Penno, ON Semiconductor. Alfred Vollmer

Welche Rolle spielt 48 V in Zukunft?

Karsten Penno: Es gibt eigentlich kein Fahrzeugsegment mehr, in dem 48 V überhaupt keine Rolle spielt. Es gibt einen eindeutigen Trend, 48-V-Systeme verstärkt einzusetzen, da es eine kosteneffektive Möglichkeit darstellt, CO2-Emissionsziele zu erreichen, die vermutlich in Zukunft auch noch strikter werden. 48-V-Technologie kommt heute beispielsweise bereits in Mild-Hybrid-Fahrzeugen zum Einsatz und ist natürlich darüber hinaus insbesondere für Steuergeräte mit einem hohen Energiebedarf interessant. Ein weiterer treibender Faktor könnte das Thema 12-V-Redundanz in autonomen Fahrzeugen sein.

Warum mischt ON Semiconductor bei der Formel E mit?

Karsten Penno: Wir sind sowohl in der Formel 1 als auch in der Formel E aktiv. Bei Formel E sind wir eine Partnerschaft mit dem Mercedes-Benz EQ Formula E Team eingegangen; dort unterstützen wir die Entwicklungsmannschaft in England. Natürlich hat es einen positiven Marketingeffekt, dass die ganze Welt unser Logo auf den Fahrzeugen sieht, aber wir erhöhen durch unser Engagement in der Formel E auch unser Systemverständnis und sehen, wo Technik und Technologie an ihre Grenzen stoßen. So können wir gezielt daran arbeiten, die Technologie in punkto Wirkungsgrad, Leistungsdichte, EMV etc. noch weiter auszureizen. Weil die Formel E da sehr praxisnah ist, können wir viele Erkenntnisse direkt und schnell in Serienprodukte übernehmen.

Alfred Vollmer

Chefredakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK

(gk)

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