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"Progressive SemiConductor Program" (PSCP), Teil 1

Überblick über die Halbleiterstrategie bei Audi

15. Juni 2012, 10:03 Uhr | Von Berthold Hellenthal

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Innovationstreiber Halbleiter

Innovative kundenerlebbare Funktionen in Premiumfahrzeugen werden zunehmend erst durch neue Halbleiter ermöglicht. Ob neue multimediale Kundenfunktionen, aktive Fahrwerke, effizientere Motoren, neue Fahrerassistenzsysteme, erweiterte Sicherheitsfunktionen, elektrisches Fahren oder die Vernetzung mit der Umwelt – all diese Neuheiten und Verbesserungen basieren auf Halbleitern. Auch Themen wie Energieeffizienz und Gewicht von Fahrzeugen, mögliche CO2-Einsparungen oder die Reichweite elektrischer Fahrzeuge hängen maßgeblich vom Einsatz aktueller Halbleiter ab. Ein Rechenbeispiel: Bei einem Fahrzeug mit 60 Steuergeräten führt eine mittlere Betriebsstromeinsparung pro Steuergerät von 150 mA zu einer Gesamtbetriebsstromeinsparung im Fahrzeug von etwa 120 W.
Diese weniger benötigte elektrische Leistung zeigt sich wiederum in geringerem Kraftstoffverbrauch und damit geringerem CO2-Ausstoß. Die Energieeinsparung kann den Einsatz eines kleineren Generators und einer kleineren Batterie ermöglichen, was wiederum eine weitere Gewichtseinsparung bedeutet. So entwickelt sich eine abnehmende Gewichts- und Energiespirale.
In einem gut ausgestatteten Premiumfahrzeug finden sich aktuell etwa 6.000 bis 8.000 Halbleiter – Tendenz steigend. Für neue Funktionen, die neue Möglichkeiten und Innovationen bedeuten, werden vielfach neue Halbleiter benötigt. Die Technologiezyklen, in denen diese mit höheren Integrationsdichten gefertigt werden, bestimmen somit auch die Innovationsmöglichkeiten in Fahrzeugen. Höhere Integrationsdichten, d.h., eine steigende Zahl von Transistoren pro Quadratmillimeter, gehen dabei praktischerweise mit einer Kostenreduktion pro Transistor einher.
Innovation durch Halbleiter hat mehrere Dimensionen. Die höchste Ebene ist sicher die innovative kundenerlebbare Funktion. Darunter befinden sich diverse weitere Innovationsebenen. Durch Hochintegration, der Integration vieler einzelner elektronischer Bauelemente und Halbleiter in einem Baustein, lassen sich Bauraum und Kosten sparen und in vielen Fällen auch die Zuverlässigkeit und Qualität steigern. Hierdurch werden ebenfalls neue Architekturen mit beispielsweise dezentraler Intelligenz direkt an bzw. in Sensoren ermöglicht. Durch eine höhere Integrationsdichte lassen sich Funktionen einzelner Steuergeräte nun in weniger Steuergeräten darstellen – eine Kosten-, Bauraum- und Gewichtseinsparung. Durch Effizienzsteigerungen der Halbleiter, etwa durch die Einführung neuer Halbleiterprozesse mit geringerer statischer oder dynamischer Leistungsaufnahme, wird weniger Aufwand bei Kühlung der Halbleiter benötigt. Durch neue Technologien sind höhere Schaltgeschwindigkeiten möglich, was in Netzteilen beispielsweise kleinere Induktivitäten und schnellere Regelungen ermöglicht. Die Folgen sind auch hier Kosten-, Bauraum- und Gewichtseinsparungen.
Der Zeitraum zwischen zwei Fahrzeuggenerationen beträgt aktuell ca. sieben Jahre. Technologiezyklen der Halbleiterindustrie sind deutlich kürzer. Nach wie vor gilt hier das Mooresche Gesetz und damit eine Zykluszeit von 18 bis 24 Monaten. Bei MOSFETs verkürzt sich aktuell die Zykluszeit von 36 auf 24 Monate. Bei aktuellen Speicherhalbleitern, wie zum Beispiel „managed NAND-Flash“, beträgt der Zeitraum von Produktionsstart bis -ende derzeit nur noch 18 Monate. Danach werden die Produktionsanlagen auf die nachfolgende Technologie umgerüstet und die „alten“ Speicher nicht mehr hergestellt.