Mehr Rechenleistung für die Ära softwaredefinierter Fahrzeuge

Softwaredefinierte Fahrzeuge (SDVs) verändern grundlegend, wie elektronische Systeme im Automobilbereich entworfen, entwickelt und über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs hinweg weiterentwickelt werden. Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme, KI-basierte Sensorik und Entscheidungsfindung, zunehmend komplexere Cockpit-Funktionen sowie die Forderung nach kontinuierlichen Over-the-Air-Updates treiben die Rechenanforderungen erheblich in die Höhe. Sie gehen damit weit über das hinaus, was traditionelle, weit verteilte ECU-Architekturen effizient unterstützen können. Gleichzeitig werden die Grenzen der klassischen Skalierung von Prozesstechnologien in der Halbleiterindustrie zunehmend sichtbar. Jede neue Prozessgeneration bringt geringere Leistungs- und Effizienzsteigerungen, während Kosten, Designkomplexität und Qualifizierungsaufwand deutlich zunehmen.

Für OEMs und Tier-1-Zulieferer ergibt sich daraus ein strukturelles Missverhältnis: Die Komplexität der Software und die Leistungsanforderungen steigen rasant an, während der traditionelle Ansatz, auf immer größere monolithische SoCs auf den neuesten Fertigungsprozessen zu setzen, wirtschaftlich und technisch an seine Grenzen stößt. Infolgedessen entwickeln sich die Architekturen der Fahrzeugelektronik hin zu zentralisierten Rechenplattformen in Kombination mit Software-First-Entwicklungsmodellen. In diesem Zusammenhang fungiert die R-Car Gen5 von Renesas als zentrale Rechenplattform für SDVs. Sie kombiniert die Integrationsvorteile eines monolithischen SoC mit Chiplet-basierter Skalierbarkeit sowie einem offenen SDK und einer Toolchain, um die Anforderungen auf Systemebene im Automobilbereich zu adressieren.

Wie zentrale Rechenplattformen die SDV-Architektur verändern

Die zentralisierte Datenverarbeitung ist ein entscheidender Faktor für SDVs, da sie die Konsolidierung mehrerer Fahrzeugdomänen auf einer gemeinsamen Hardware- und Software-Grundlage ermöglicht. Anstatt zahlreiche dedizierte Steuergeräte mit isolierten Software-Stacks zu betreiben, kann eine zentrale Rechenplattform ADAS-, Cockpit-, Gateway- und Karosseriefunktionen auf einem einzigen System hosten. Dies setzt jedoch voraus, dass die Anforderungen mit unterschiedlichen Sicherheits- und Echtzeitanforderungen korrekt umgesetzt werden. Diese Konsolidierung reduziert die Systemkomplexität, den Verkabelungsaufwand und den Integrationsaufwand und ermöglicht gleichzeitig eine kohärentere Softwarearchitektur im gesamten Fahrzeug.

R-Car Gen5 ist als solches zentrales Rechnersystem konzipiert. Es kombiniert hochleistungsfähige Anwendungsprozessoren mit Echtzeit- und sicherheitsrelevanten Prozessorkernen. Dadurch können Anwendungen mit sehr unterschiedlichen Anforderungen an Timing, Sicherheit und Verfügbarkeit auf einer einzigen Plattform koexistieren. Der Fokus der Architektur liegt dabei nicht nur auf Spitzen-Rechenleistung, sondern auch auf vorhersehbarem Verhalten, langfristiger Verfügbarkeit und der Fähigkeit, die Softwareentwicklung über viele Jahre hinweg zu unterstützen. Für SDVs ist dies entscheidend: Software ist zum Produktionsstart nicht mehr statisch, sondern entwickelt sich über den gesamten Fahrzeuglebenszyklus hinweg weiter.

Aus Systemperspektive können die OEMs dank der zentralen Rechenarchitektur zudem eine gemeinsame Hardware- und Software-Basis für mehrere Fahrzeugbaureihen definieren. Dies reduziert die Fragmentierung und ermöglicht eine effektivere Wiederverwendung von Softwarekomponenten, Tools und Prozessen. Das Ergebnis sind nicht nur niedrigere Entwicklungskosten, sondern auch eine höhere Qualität und eine schnellere Einführung neuer Funktionen. 

Chiplet-Architekturen für skalierbares Automotive-Computing

Zwar vereinfacht die zentrale Rechenverarbeitung die Architektur, jedoch bleibt die Notwendigkeit einer Leistungsskalierung bestehen. Insbesondere die Rechenlast von ADAS und KI nehmen weiterhin rasant zu. Dies ist auf eine steigende Anzahl an Sensoren, höhere Auflösungen, den zunehmenden Einsatz von KI im Fahrzeuginnenraum und immer komplexere Modelle zurückzuführen. Die Skalierung der Leistung durch eine kontinuierliche Erhöhung der Größe und Komplexität monolithischer SoCs stößt jedoch an praktische Grenzen. Einschränkungen bei der Maskengröße, eine Verschlechterung der Ausbeute bei großen Chips und Herausforderungen hinsichtlich der Leistungsdichte machen diesen Ansatz zunehmend unattraktiv. Dies gilt insbesondere für Automobilanwendungen mit strengen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Qualifizierung.

Chiplet-Architekturen bieten einen alternativen Ansatz. Durch die Aufteilung eines Systems in mehrere Siliziumchips innerhalb eines einzigen Gehäuses lässt sich die Leistung flexibler und kostengünstiger skalieren. Für den Einsatz im Automobilbereich liegt der Hauptvorteil nicht in der maximalen Modularität als Selbstzweck, sondern in der Möglichkeit, Rechenleistung gezielt dort hinzuzufügen, wo sie benötigt wird, ohne das gesamte SoC neu zu entwerfen. R-Car Gen5 folgt dieser Philosophie, indem es ein leistungsstarkes Basis-SoC mit der Option kombiniert, die Leistung durch zusätzliche Chiplets zu erweitern, insbesondere für die KI-Beschleunigung.

AEK 2026: Hier entsteht die Zukunft des Autos

Der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK Kongress feiert 2026 sein 30-jähriges Jubiläum. In einer Phase tiefgreifender Transformation diskutieren führende Köpfe der Branche über Software-defined Vehicles, KI und neue Kooperationen und zeigen, wie aus Visionen konkrete Lösungen werden.

Dr. Martin Large

Dieser Ansatz ermöglicht es OEMs und Tier-1-Zulieferern, eine gemeinsame Hardwareplattform über verschiedene Fahrzeugklassen und Ausstattungsvarianten hinweg zu nutzen. Gleichzeitig können sie die Leistung über optionale Erweiterungen differenzieren. Einstiegsmodelle können auf der Basiskonfiguration aufbauen, während höherwertig ausgestattete Varianten oder spätere Aktualisierungen im Produktlebenszyklus zusätzliche Rechenressourcen integrieren können. Wichtig ist, dass diese Skalierbarkeit so konzipiert ist, dass sie die Anforderungen der Automobilindustrie wie funktionale Sicherheit, langfristige Zuverlässigkeit und vorhersehbares Verhalten berücksichtigt. Anstatt alle Chip-Dies über einen gemeinsamen Speicher eng miteinander zu verknüpfen, legt die Architektur den Schwerpunkt auf geregelte Kommunikation und klar definierte Grenzen zur Fehlerisolierung.

Warum braucht das softwaredefinierte Fahrzeug ein einheitliches Softwaremodell?

Hardware-Modularität schafft nur dann einen Mehrwert, wenn sie die Softwareumgebung nicht fragmentiert. Für SDVs sind die Wiederverwendbarkeit und Portabilität von Software von entscheidender Bedeutung, da der Aufwand für Validierung und Zertifizierung mit zunehmender Systemkomplexität rapide ansteigt. Eine zentrale Anforderung besteht daher darin: Die Skalierung der Hardware – sei es durch zusätzliche Prozessorkerne oder Chiplets – darf keine grundlegenden Änderungen an der Softwarearchitektur erzwingen.

R‑Car Gen5 und seine Chiplet-Erweiterungen sind so konzipiert, dass sie der Software ein einheitliches logisches System präsentieren. Standardisierte Schnittstellen, Virtualisierung und Abstraktionsschichten gewährleisten einen konsistenten Zugriff auf Beschleuniger. Dabei ist es unerheblich, ob diese im Basis-SoC integriert sind oder über ein Chiplet bereitgestellt werden. Aus Sicht des Betriebssystems und der Anwendungen erscheinen zusätzliche Rechenressourcen als Teil desselben Systems und nicht als Sonderlösungen.

Dieses einheitliche Softwaremodell reduziert den Integrationsaufwand und begrenzt den Bedarf an variantenspezifischen Softwarezweigen. Es vereinfacht zudem die langfristige Wartung, da Software-Updates und neue Funktionen auf Basis einer konsistenten Plattformabstraktion entwickelt und validiert werden können. Dies ist selbst dann möglich, wenn sich die zugrundeliegende Hardware weiterentwickelt. 

Offenes SDK und Toolchain für schnellere Markteinführung

Mit zunehmendem Softwareumfang wird eine effiziente Entwicklung zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Hardware-Leistung allein reicht nicht aus, wenn es zu lange dauert, Plattformen in Betrieb zu nehmen und Software zu integrieren. Renesas begegnet dieser Herausforderung mit einem offenen SDK und einer Toolchain, bekannt als RoX-Plattform (R-Car Open Access), deren Basiskonfiguration das Whitebox SDK bildet.

Der Fokus liegt auf der Bereitstellung einer kohärenten, produktionsorientierten Entwicklungsumgebung statt auf einer Sammlung nicht zusammenhängender Tools. Linux und Android bilden die Grundlage für High-Level-Software, ergänzt durch Virtualisierungsunterstützung und Optionen für Echtzeitbetriebssysteme, wo dies erforderlich ist. Standard-APIs und offene Schnittstellen kommen zum Einsatz, um Lock-in-Effekte zu minimieren und die Portierbarkeit über Projekte und Hardwaregenerationen hinweg zu erleichtern.

Die Rolle von präziser Taktgebung im SDV

Softwaredefinierte Fahrzeuge stellen hohe Anforderungen an die Synchronisierung elektronischer Systeme. Präzise Taktgebung schafft die Grundlage für Sicherheit, Zuverlässigkeit und stabile Datenverarbeitung im Fahrzeug.

Sumeet Kulkarni

Ein besonders wichtiger Aspekt ist die Möglichkeit, bereits frühzeitig mit der Softwareentwicklung zu beginnen. Virtuelle Plattformen und cloudbasierte Entwicklungsumgebungen ermöglichen es Design-Teams, mit der Integration, dem Testen und CI/CD-Workflows zu beginnen, noch bevor die endgültige Hardware verfügbar ist. Dieser sogenannte Shift-Left-Ansatz reduziert das Risiko von Integrationsproblemen in späten Projektphase und verkürzt die Gesamtentwicklungszeit. Das ist ein zunehmend wichtiger Vorteil, da die Anzahl der Fahrzeugprogramme zunimmt und der Softwareumfang wächst.

Welche Vorteile haben OEMs und Tier-1-Zulieferer durch R-Car Gen5?

Die Kombination aus zentraler Rechenleistung, Chiplet-basierter Skalierbarkeit und einer offenen Toolchain hat bedeutende Auswirkungen auf die Systemebene. OEMs erhalten die Möglichkeit, stabile Rechen- und Softwareplattformen zu definieren, die mehrere Fahrzeuggenerationen umfassen. Dadurch lassen sich Softwareinvestitionen nachhaltig nutzen und häufige Architekturänderungen reduzieren. Tier-1-Zulieferer profitieren von klar definierten Integrationszielen und einer gemeinsamen Entwicklungsumgebung. Dies verringert Doppelaufwand und beschleunigt die Zusammenarbeit.

Aus Lebenszyklusperspektive unterstützt dieser Ansatz eine schrittweise Leistungsskalierung und Funktionserweiterung, ohne dass es in späten Programmphasen zu disruptiven Hardwareänderungen kommt. Er eignet sich zudem gut für die OTA-gesteuerte Bereitstellung von Funktionen, bei der neue Funktionen auch Jahre nach dem Produktionsstart eingeführt werden können. Dies setzt allerdings ausreichende Rechenkapazitäten oder modulare Upgrade-Pfade voraus. 

Warum wird Skalierbarkeit zur Schlüsselfrage für softwaredefinierte Fahrzeuge?

Der Übergang zu softwaredefinierten Fahrzeugen zeigt die Grenzen traditioneller Ansätze im Bereich Automotive-Computing auf. Zentralisierte Rechenplattformen werden unverzichtbar, müssen jedoch skalierbar, softwarefreundlich und für die langen Lebenszyklen im Automobilbereich geeigSnet sein. R-Car Gen5 kombiniert eine zentrale Rechenarchitektur mit Chiplet-basierter Skalierbarkeit sowie einem offenen SDK und einer Toolchain, um diese Anforderungen auf Systemebene zu erfüllen.

Wenn Hardware zu spät kommt – und Software zu früh ist

Die Automobilindustrie kämpft nicht nur mit Chipmangel, sondern mit einem strukturellen Timingproblem: Hardwarezyklen dauern Jahre, Software entwickelt sich in Monaten. Neue Entwicklungsansätze verschieben deshalb den Startpunkt der Fahrzeugentwicklung.

Stefan Nürnberger

Der Fokus verlagert sich von immer größeren monolithischen SoCs hin zu Modularität, Wiederverwendbarkeit und Entwicklungseffizienz unter realen Automotive-Rahmenbedingungen. Skalierbare Rechen- und einheitliche Softwareplattformen sind für OEMs und Tier-1-Zulieferer keine optionalen Optimierungen mehr, sondern grundlegende Elemente für wettbewerbsfähige SDV-Architekturen.