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STMicroelectronics

Da ist aber so einiges in der Pipeline

13. Februar 2018, 10:13 Uhr | Iris Stroh

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Systemvorteile sind entscheidend

Die Vorteile von SiC sind bekannt: Im Vergleich zu Silizium kann bei höheren Spannungen, höheren Temperaturen und höheren Frequenzen mit weniger Verlusten geschaltet werden. Und was bringt das konkret für die E-Mobilität? Laut Anfang haben Untersuchungen gezeigt, dass SiC speziell im typischen Fahrzyklus – also weniger im Hochlastbereich – enorme Verlustleistungseinsparungen ermöglicht. Es sei zwar schwierig, hier eine allgemeingültige Zahl zu nennen (das hängt zu stark von der Systemimplementierung ab), aber eigene Tests hätten ergeben, dass die Verlustleistung mit SiC um ungefähr 8 Prozent verringert werden kann. Anfang: »Die Konsequenz sind größere Reichweiten oder kleinere Batterien, deutlich niedrigere Kosten und eine höhere Lebensdauer der Batterien.« Dazu kommt noch ein weiterer Vorteil von SiC: Damit ist ein schnelleres und effizienteres Laden möglich.

Für Anfang liegen die Vorteile von SiC aber auch auf der Systemseite. Denn mit SiC fällt die Kühlung einfacher aus und es sind kleinere passive Komponenten möglich. Ergo: Der Bauraum fällt deutlich geringer aus. ST hat als Referenz-Beispiel einen 11-kW-Onboard-Charger mit SiC realisiert und im Vergleich zu einer Si-Lösung den Bauraum bei gleicher Leistungsfähigkeit von 6 auf 2 l reduziert, sprich um den Faktor 3. Anfang weiter: »Das Leistungsregler-Modul für einen Inverter kann um 80 Prozent verkleinert werden. Das sind Zahlen, die wir in Leitprojekten sehen. Das hat natürlich auch Auswirkungen auf das Gewicht.«

Dass SiC im Vergleich zu Si aufgrund der noch geringeren Fertigungsausbeute und der aufwendigeren Tests teurer ist, spielt laut Anfang nicht die entscheidende Rolle: »Die Systemvorteile werden langsam bekannt und es wird den Anwendern bewusst, dass es sinnlos ist, die Komponentenkosten zu vergleichen; die Systemkosten sind viel entscheidender.« Und wie sieht es mit der Zuverlässigkeit von SiC aus? Hier wurden laut Anfang deutliche Fortschritte erzielt und mit der jetzt anlaufenden Serienfertigung in hohem Volumen sollten die letzten Hürden auch noch genommen werden, weshalb Anfang überzeugt ist, »dass SiC bei der Elektrifizierung des Antriebsstrangs in den nächsten Jahren eine wesentliche Rolle spielen wird; wahrscheinlich schon viel früher als noch vor Kurzem gedacht – die Systemvorteile sind einfach überzeugend. Die ersten Autos mit SiC-MOSFETs sind bereits auf der Straße.«

Mikrocontroller: Power-Architektur und Cortex-R52

Neben den Leistungshalbleitern ist in den von ST adressierten Anwendungsbereichen natürlich auch jede Menge Intelligenz gefordert. Bereits im letzten Jahr hatte ST angekündigt, dass das Unternehmen in Zukunft für General-Purpose-MCUs zweigleisig fährt: Power-Architektur und Cortex-R52. Wie damals betont Anfang auch jetzt, dass das Unternehmen weiterhin an der Power-Architektur festhält. Ein Beweis dafür: Die im letzten Jahr angekündigte Chorus-Familie wird mittlerweile in Volumen gefertigt; anfänglich wollte ST eine skalierbare Familie auf den Markt bringen, die einen Speicherbereich von 512 kB Flash bis 6 MB abdeckt. Der Markt wollte es aber anders. Also kommt jetzt eine 10-MB-Flash-Variante auf den Markt.

ST hat den Flash-Speicher in drei Blöcke unterteilt (4 + 4 + 2). Der zweite 4-MB-Block dient als Schattenblock, um OTA-Updates (Over the Air) sicher durchführen zu können: Geht das Update schief, wird einfach das Image aus dem Schattenblock wieder eingespielt. Der neue Controller wird mit Hilfe einer 40-nm-Technologie gefertigt. Zu den 10 MB Flash kommen noch 1,3 MB RAM sowie neue Speicher-Schnittstellen wie eMMC und Hyperbus. Anfang: »Wir sind überzeugt, dass die Hyperbus-Schnittstelle besonders in Gateway-Anwendungen sowie in der Karosseriesteuerung zum Einsatz kommen wird.« Dazu kommen noch 24 LIN-, 12 CAN-FD- und Flexray-Controller sowie ein 100‑Mbit/s- und ein 1-Gbit/s-Ethernet-Controller. Der Controller unterstützt die EVITA-Safety-Anforderungen und er ist Hardware- und Software-kompatibel mit anderen Chorus-Familienmitgliedern. Samples soll es im zweiten Quartal 2018 geben.

Bislang ist nicht geplant, die Power-Architektur auf 28 nm zu bringen; das ist den ARM-Varianten vorbehalten. Laut Anfang hat ST mittlerweile die zugrunde liegende Architektur mit Cortex-R52 klar definiert, auch die Entwicklungsplattform ist fertig und das erste Produkt wird entwickelt. Anfang: »Der erste Controller wird 16 MB Flash haben und sechs Kerne.« Der neue Controller soll von der Rechenleistung her um den Faktor 2 über den bisherigen MCUs liegen. Muster sollen im zweiten Halbjahr 2018 verfügbar sein. Zielanwendungen sind Antriebsstrang, Chassis und ADAS/AD-Anwendungen. Anfang betont, dass ST wie alle anderen Hersteller auch bei diesem Technologieknoten auf die Entwicklung unzähliger Derivate verzichten wird; die Kosten sind einfach zu hoch.

Das heißt, dass das Unternehmen die geringere Anzahl an Derivaten durch mehr Einsatzmöglichkeiten ausgleichen wird. Denn das wiederum ist der Vorteil von 28-nm-Strukturen: Es macht keinen Unterschied, ob 12 oder 16 CAN-FD-Schnittstellen integriert werden. Bis nächstes Jahr soll die Roadmap für die Cortex-R52-Serie feststehen und die Derivate definiert sein. Die Familie wird nach oben und unten skaliert, im nächsten Schritt aber wahrscheinlich nach unten, wobei Anfang erklärt, dass keine Variante mit weniger als 4 MB geplant ist. Anfang: »Wir arbeiten mit Leitkunden zusammen. Und auch wenn wir noch keine Hardware haben, dank der Virtualisierung konnte mit der Software-Entwicklung bereits begonnen werden.«