Das Automotive-Segment des Halbleitermarkts wächst 70 % schneller als der gesamte IC-Markt: die jährliche Wachstumsrate von 13 % ist damit höher als die jeweiligen Wachstumsraten in den Bereichen Server, PCs, oder Smartphones. Treiber dieses Wachstums sind einerseits die klassischen Mikrocontroller-Anwendungen, andererseits die Vernetzung der Fahrzeuge via 5G, neue sicherheitsrelevante Anwendungen (Radar, Video und deren Verarbeitung) sowie das (teil-) autonome Fahren.

Aufkommende Halbleiter-Anwendungen

Eck-Daten

Beim FeFET handelt es sich um eine aktive, temperaturstabile nicht-flüchtige Speicherzelle. FeFET skaliert hinunter auf die neuesten Technologieknoten. Damit lassen sich nicht nur Mikrocontroller bei 28 nm und kleiner implementieren, sondern auch High-Performance-Computing-Anwendungen lassen sich aufgrund der Möglichkeit zur Verteilung zwischen den Datenpfaden um mehrere Größenordnungen effizienter gestalten. Durch Performance, Temperaturstabilität und Skalierbarkeit ist FeFET ein interessanter Speicher für die Automobilindustrie.

Das klassische Beispiel für programmierbare Halbleiter im Automobilbereich ist der Mikrocontroller, der initial in der Powertrain-Steuerung zum Einsatz kam. Zu neu aufkommenden Halbleiter-Anwendungen gehören breitbandige, niedriglatente drahtlose Kommunikation, hochparallele Verarbeitung großer Datenmengen von Radar- und Videosensoren sowie die Erfassung und Klassifizierung von Objekten in der Umgebung von Fahrzeugen mittels Künstlicher Intelligenz (KI) als Basis für autonomes Fahren. Diese Anwendungen erfordern eine extrem hohe Anzahl von Rechenoperationen und sehr hohe Speicherbandbreiten.

Der Mikrocontroller

Bild 1: Treiber des Wachstums am Halbleitermarkt sind unter anderem die klassischen Mikrocontroller-Anwendungen.

Bild 1: Treiber des Wachstums am Halbleitermarkt sind unter anderem die klassischen Mikrocontroller-Anwendungen. FMC

Bild 2: Ist der Speicher auf der MCU nicht skalierbar, können Hersteller die Vorteile niedriger Technologieknoten nicht voll ausnutzen.

Bild 2: Ist der Speicher auf der MCU nicht skalierbar, können Hersteller die Vorteile niedriger Technologieknoten nicht voll ausnutzen. FMC

Mikrocontroller (Bild 1) enthalten Logiktransistoren, um Berechnung durchzuführen und eingebetteten nichtflüchtigen Speicher (embedded non-volatile memory, eNVM), um Daten zu speichern. Die Fertigung der meisten Mikrocontroller geschieht aktuell in 40-nm-Technologie. Kleinere Technologieknoten wie 28 nm versprechen geringere Leistung und niedrigere Kosten. Logik-Transistoren skalieren sehr gut bis 28 nm und darunter. Embedded Flash skaliert zu kleineren Technologieknoten jedoch nur um den Preis deutlich höherer Fertigungskomplexität. Die Vorteile von 28 nm hinsichtlich des Stromverbrauchs und der Geschwindigkeit sind MCU-Anbietern daher nur eingeschränkt zugänglich und in Konsequenz können auch automobile eingebettete Systeme von den Fortschritten der Halbleitertechnik nicht voll profitieren (Bild 2).

 

Warum die Skalierung des eingebetteten Speichers gerade für Anwendungen wie Künstliche Intelligenz wichtig ist, erklärt der Beitrag auf der nächsten Seite.

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