Leistungsexplosion bei Infotainment-Bausteinen Die SoC-Revolution

Leistungsexplosion in speziellen System-on-Chip-Anwendungen
Infotainment-Systeme werden von leistungsstärkeren SoCs profitieren.

Eine Leistungsexplosion bei auf Infotainment-Anwendungen spezialisierten System-on-Chips wird in den kommenden Jahren dafür sorgen, dass sich der Funktionsumfang von Infotainment-Lösungen erheblich erweitert – quer durch alle Fahrzeugklassen.

In letzter Zeit sind die Leistungsanforderungen an die IT-Systeme von Fahrzeugen drastisch gestiegen, ein Ende der Nachfrage nach immer mehr Rechenleistung ist nicht abzusehen. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die gesamten Produktions- und Entwicklungszyklen der Halbleiter- und Automobilbranche. Große Zulieferer wie Harman sitzen an der Nahtstelle zwischen den klassischen Automobilfirmen und den System-on-Chip (SoC)-Herstellern. Als langjährige Mittler zwischen den Branchen haben sie Einblick in beide Produkt- und Produktionswelten und kennen die jeweiligen Entwicklungen, Bedürfnisse und Fähigkeiten sehr genau.

Bei der Entwicklung von Infotainment-Systemen ist Harman nicht nur am Herstellungsprozess beteiligt, sondern entwickelt auch die nötige Software und stimmt die einzelnen Hardware-Module aufeinander ab. Voraussetzung dafür sind umfassende Kenntnisse sowohl über aktuelle Techniken und Leistungsdaten bei den Infotainment-SoCs als auch darüber, wie sich diese Kenndaten in den nächsten Jahren entwickeln werden und wann welche Technologien in welchem Marktsegment umsetzbar beziehungsweise erhältlich sein werden. Auf Basis der vorliegenden Daten lässt sich schon heute die Entwicklung der Infotainment-SoCs für die nächsten drei bis vier Jahren präzise vorhersagen: Die Leistungsfähigkeit dieser Bausteine wird im genannten Zeitraum so stark steigen, dass man von einer echten SoC-Revolution sprechen kann – gerade im Vergleich zur bisherigen Entwicklung.

Das Ende der Zwei-Klassen-­Gesellschaft

In der Vergangenheit blieben die grundlegenden IT-Konzepte über lange Zeiträume gleich, lediglich die vorhandene Rechen-Hardware wurde mit jeder Fahrzeuggeneration an die aktuell benötigten Leistungsparameter angepasst. Dies erforderte keinen besonders hohen Aufwand und reichte vollkommen aus, solange lediglich – aus heutiger Sicht – relativ einfache Audio-, Navigations- und Display-Lösungen zum Einsatz kamen. Da die technische Entwicklung der Infotainment-Komponenten noch nicht die aktuelle Dynamik hatte, waren auch die Nutzungszyklen länger. Wirkliche Neuerungen gab es daher in der Regel erst mit neuen Fahrzeugbaureihen.

Durch die sehr schnelle technische Entwicklung im Konsumgüterbereich stiegen jedoch die technischen Möglichkeiten und damit auch die möglichen Anwendungen in der Automotive-Branche rasant an. Die Entwicklungszyklen der IT wurden dabei immer kürzer, während die Autohersteller weiterhin sehr lange Modelllebenszeiten hatten. Dies führte dazu, dass die fest verbauten Komponenten der Fahrzeuge immer schneller veralteten und aufgrund der starren IT-Strukturen auch nur bedingt nachgerüstet werden konnten. Bei der Infotainment-Ausstattung der Fahrzeuge entwickelte sich daher eine Art Zwei-Klassen-Gesellschaft. Komponenten mit gleich bleibenden, relativ niedrigen Anforderungen an die SoC-Leistung wie Audio, Tuner oder Verstärker waren nach wie vor in allen Fahrzeugen auf relativ hohem technischen Niveau verfügbar und veralteten auch nicht innerhalb kurzer Zeit. Komplexe Systeme mit hohem Leistungsbedarf blieben dagegen häufig Oberklassefahrzeugen vorbehalten. Nur dort lohnten sich die hohen Investitionen in eine hochwertige IT-Infrastruktur, da die SoCs ja einige Jahre nutzbar bleiben und deshalb in der Systemleistung entsprechend zukunftssicher dimensioniert sein mussten. Konkret werden heute am unteren Ende der Leistungsskala SoCs mit 2000 DMIPS, 32-bit-DDR3L-Schnittstelle, 40-nm Planar-Technologie und ARM Cortex-A9 produziert. Die Speichergröße liegt bei 256 MB. Diese Systeme sind ausreichend für den Betrieb einfacher Radio-, Audio- und Netzwerklösungen. Die Navigation erfolgt über Smart­phone, das Display dient mehr oder weniger nur dazu, um Inhalte vom Smart­phone darzustellen – mit Lösungen wie beispielsweise MirrorLink oder Apple CarPlay. Am oberen Ende der Leistungsskala stehen aktuell SoCs, deren Leistungscharakteristika eine Anpassung an die zunehmend hochperformanten Infotainment-Komponenten erlauben. In der aktuellen Konfiguration basieren diese Premium-SoCs auf 28-nm-Planar-Technologie, ARM Cortex-A15 und 64-bit-DDR3L-Schnittstelle. Die Leistung liegt bei 10.000 DMIPS und 35 GFLOPS, die Arbeitsspeicher sind bis zu 4 GB groß, ihre Bandbreite liegt bei 8,5 GB/s. Die leistungsstärksten Infotainment-Systeme verfügen zusätzlich über interne Beschleuniger wie multiple kleine M4-Cores, DSPs zur Audio- und Videoverarbeitung sowie separate Hardware zur Videokodierung und Darstellung. Manche Premium-Lösungen verfügen sogar über zwei SoCs, die sich die Rechenarbeit teilen. Diese aktuell verfügbaren SoC-Premium-Lösungen decken zwar den kompletten IT-Bedarf heutiger Systeme ab. Aber es ist bereits erkennbar, dass bei den Infotainment-SoCs erhebliche Änderungen nötig sind, um auch zukünftig mit der immer rasanteren technologischen Entwicklung Schritt halten zu können. Der nächste Entwicklungsschritt in der Branche ist daher keine Anpassung bestehender Systeme mehr, sondern eine Revolution.