Interview mit NXP Semiconductors Merger-Synergien sind für den MCU-Bereich wertvoll

Geoff Lees, Freescale Semiconductor

»Ich glaube, dass unsere 
Industrie zu viele verschiedene 
Controller anbietet, aber dieser Trend ist schwer umkehrbar.«
Geoff Lees, NXP Semiconductors: »Wir müssen in Hinblick auf Security immer an vorderster Front stehen, und das haben wir durch den Merger auf alle Fälle erreicht.«

Freescale war einer der größten MCU-Hersteller, NXP eher klein. Markt&Technik sprach mit Geoff Lees, Senior VP & GM Microcontrollers von NXP Semiconductors, was er sich vom Merger verspricht. Lees muss es wissen, denn bevor er 2011 zu Freescale kam, war er »General Manager Microcontroller« bei NXP.

Beim Zusammenschluss von NXP und Freescale wurde immer wieder betont, dass das neue Unternehmen sein Know-how im Processing-Bereich mit dem Know-how aus dem Chipkarten-Bereich kombinieren kann. Freescale hatte aber schon eigene Security-Elemente entwickelt, und auch in Zukunft werden ja nicht alle MCUs mit Security-Maßnahmen aus dem Chipkarten-Segment versehen. Wo liegt also der Vorteil?

Geoff Lees: In mehreren Bereichen. Wir werden in Zukunft bei allen Processing-Komponenten auf höhere Security achten, das gilt für die i.MX-Prozessoren genauso wie für die Kinetis-Controller und die Netzwerkprozessoren. Nehmen Sie den QorIQLS1012A als Beispiel. Dieser Prozessor basiert auf dem Cortex-A53-Prozessorkern und ist mit diversen Sicherheitsfunktionen ausgestattet, wie ARM Trust Zone, Secure Boot, einem Security-Monitor und einer Security-Engine. Es gibt viele unterschiedliche Security-Maßnahmen, die je nach Anforderungsprofil implementiert werden. Wir sind überzeugt, dass Security ein wichtiges Differenzierungsmerkmal darstellt. Man muss sich nur vorstellen, wenn aufgrund fehlender Security-Maßnahmen etwas passieren würde, das hätte fatale Auswirkungen. Die verschiedenen Anwendungen benötigen ein unterschiedliches Maß an Security und damit unterschiedliche Funktionen, wie beispielsweise Authentifikationsmechanismen, Manipulationsschutz, Secure Boot, Secure Execution etc. Aber auch ob ein heruntergeladener Code nicht von irgendjemand dazwischen abgefangen und modifiziert wurde, muss in manchen Fällen überprüft und abgesichert werden, alles nur Beispiele. Ihre Frage, ob wir Mechanismen, die die Sicherheitsvorgaben seitens Regierungen erfüllen, überall implementieren, kann ich nur sagen: Das glaube ich nicht, aber wir müssen auf alle Fälle die Security erhöhen, und das über alle Plattformen hinweg.

Alle Funktionen, die sie eben beschrieben haben, hatte Freescale auch schon selbst entwickelt, wo liegen die Unterschiede?

Security ist ein bewegliches Ziel, alles ist "secure", bis es gehackt wurde. Wir müssen also in Hinblick auf Security immer an vorderster Front stehen, und das haben wir durch den Merger auf alle Fälle erreicht. NXP verfügt beispielsweise über sehr kleine und leistungseffiziente Technologien für die Authentifizierung, Verschlüsselung etc. Freescale hatte hier eigene Module, aber die waren speziell für hoch performante Networking-Prozessoren ausgelegt. Durch den Merger haben wir jetzt Zugriff auf sehr kleine, hochgradig optimierte und bewährte Security-Elemente, die alle im Feld schon lange getestet wurden. Und diese Elemente können wir auch noch schneller integrieren, weil NXP über extrem viel Systemwissen verfügt.

Gibt es noch andere Technologien aus dem NXP-Haus, die für die Mikrocontroller nützlich sein könnten?

Ja, zum Beispiel NFC in Zusammenhang mit BLE oder 802.15.4. Wir arbeiten gerade daran, diese speziellen Funktionen von NXP in unsere Produkte einzudesignen.

NFC ist ja nun keine neue Technik. Welchen Vorteil versprechen Sie sich für die MCUs?

Bislang wurde NFC speziell beim bargeldlosen Bezahlen via Smartphone eingesetzt. Aber die Technik eignet sich für viel mehr Anwendungen, beispielsweise die Netzwerkentwicklung, prinzipiell eigentlich immer dann, wenn es um verbundene Geräte geht. Wir realisieren mit Kunden derzeit Systeme, bei denen NFC in einfachen Geräten integriert ist. NFC übernimmt in dem Fall die Identifizierung des Geräts. Das kann auch in Gateways oder Routern im häuslichen Umfeld genutzt werden. NFC kann auch hier die Identifizierung verschiedener Geräte übernehmen, wobei diese Technik ein sehr hohes Security-Niveau bietet und darüber hinaus auch noch sehr einfach ist. Früher wäre der Einsatz von NFC in solchen Anwendungen nicht möglich gewesen, weil die Technologie noch teuer war. Aber mittlerweile kann NFC in ganz viele Produkte integriert werden, und das zu ganz geringen Kosten. Das heißt mit NFC können wir für eine Vielzahl von Produkten das Security-Level deutlich erhöhen. Auch wenn jetzt noch nicht klar ist, wo überall, bin ich mir in einem Punkt sicher: Sobald NFC in General-Purpose-MCUs verfügbar ist, eröffnen sich für diese Technik ganz neue Möglichkeiten.

Gibt es noch andere Bereiche, die vom Merger profitieren?

Ja klar, zum Beispiel steht unser MCU-Definition-Team in engem Kontakt mit dem Technologieentwicklungs-Team von NXP, die beispielweise wichtige analoge oder digitale IPs entwickeln. In unserer nächsten 40-nm-Generation von MCUs werden Sie die Einflüsse seitens der IP-Entwicklung von NXP ganz deutlich sehen. Ich kann noch keine konkreten Beispiele geben, weil wir noch keine Details zur nächsten Kinetis-Generation bekanntgeben, aber ich kann Ihnen versprechen, dass der NXP-Einfluss signifikant ist. Wir nutzen einen hohen Prozentsatz von neuen Technologien, beispielsweise was Low Power anbelangt, und IPs von NXP, hinzu kommt noch grundlegendes Enablement, wie Stacks, Betriebssysteme, etc., das auch aus der NXP Technologieentwicklung kommt.

Findet auch umgekehrt ein Fluss der Kompetenzen statt, also von Freescale zu NXP?

Ja, der Austausch findet in beiden Richtungen statt.

Apropos 40 nm. Beide Unternehmen hatten an der Entwicklung von 40-nm-Prozessen gearbeitet? Wie schaut hier der Status-Quo aus?

NXP war im Vergleich zu Freescale bei der Prozessentwicklung schneller, dafür war Freescale mit seinen Bibliotheken schon weiter und mit seiner Embedded-Flash-Technologie. Wir können jetzt den Qualifizierungsprozess für die Flash-Technik beschleunigen und werden in zwei bis drei Jahren mit ersten Produkten auf den Markt kommen.

Sie halten die FD-SOI-Technik für eine hervorragende Prozesstechnologie. Welche konkreten Vorteile erwarten Sie? Wie weit sind hier die Entwicklungen schon vorangeschritten?

Mit dem Wechsel von einem 28-nm-LPP-HKMG-Prozess auf eine 28-nm-FD-SOI-Technik sinkt die Leistungsaufnahme um den Faktor 10. Samsung hat schon erste Tape-outs gemacht, und wir verfügen über Testchips aus der i.MX 7-Familie auf Basis dieser Technik. Wir entwickeln neue IPs für diese Technik, die einerseits in Applikationsprozessoren, andererseits aber auch in Mikrocontrollern genutzt werden.

Embedded Flash ist im MCU-Bereich eine wichtige Technik, aber das Ende der Technologie naht . . .

Für 28-nm-Strukturen ist die Freescale-Technologie "TFS" aber auch SiN-Flash-Technologien von anderen Herstellern noch nutzbar. Bei konventionellem Silizium-basierten Floating-Gate-Flash ist es eher unwahrscheinlich, dass sich diese Technik noch mit 28-nm-Strukturen fertigen lässt. Ich will nicht sagen, dass es unmöglich ist, aber ich kenne keine Foundry, die diese Technik bei 28-nm-Strukturen nutzen will. Hier besteht eher die Tendenz, TFS oder SiN zu verwenden oder direkt zur nächsten Speichertechnologie wie MRAM und RRAM zu wechseln. Welche Technologie hier den Vorrang hat, wird jede Foundry für sich selbst entscheiden. Aber die konventionelle Floating-Gate-Flash-Technik steht vor dem Aus. Flash war schon immer eine Technologie, die auf Gate-Ebene disruptiv war. Die Gate-Level-Strukturen mussten redesignt und neu qualifiziert werden. Das heißt, Flash war also immer teurer als der Baseline-CMOS-Prozess. Brachte man IP auf eine Flash-Technologie, waren die Kosten, verglichen zu Baseline-CMOS, immer höher, plus unterschiedliche Performance und Charakterisierung. Das passt grundsätzlich nicht zur Strategie von Foundries, die typischerweise auf Standardprozesse setzen. Der Vorteil von Backend-Technologien wie MRAM besteht darin, dass diese Speicher mit Baseline-CMOS-Prozessen gefertigt werden können. Wenn man das dann noch mit der FD-SOI-Thematik kombiniert, gibt es sogar noch mehr Gründe, warum die nächste NVM-Technologie eine Backend-Technik und nicht Flash sein wird. Dass Flash keine wirkliche Zukunft hat, ist kein Problem, weil es viele neue Anwendungen gibt, bei denen mindestens genauso viel SRAM wie nicht flüchtiger Speicher gefordert ist. Früher war ein Controller durch große Flash-Speicher und so viel SRAM wie möglich definiert. Aber das ändert sich grundlegend, und zwar bei der Mehrheit der Anwendungen. In den nächsten zehn Jahren wird sich die Charakteristik von Controllern grundlegend wandeln. Es wird immer mehr SRAM auf die Controller wandern, um den Anforderungen an hohe Rechenleistung, Security und große Stacks gerecht zu werden, dafür weniger Firmware-basierte MCUs mit Programmspeicher.

Wo kommt der erhöhte SRAM-Bedarf her?

Dafür sind vorwiegend zwei Treiber verantwortlich: Displays und IP-basierte Protokolle. Früher hatten die meisten Geräte, wenn überhaupt, nur einfache, kleine Displays. Doch dank Smartphone will heute keiner mehr ein Gerät mit schlechtem Display und geringer Auflösung. Und Displays mit höherer Auflösung brauchen mehr Speicher. Bei der Connectivity hat in den letzten 18 Monaten ein Wechsel zu IP-basierten Protokollen stattgefunden, ein Beispiel ist Thread. Das trifft nicht für alle Geräte zu, aber der Anteil ist deutlich gestiegen. Die früheren Protokolle waren proprietär, hochgradig optimiert und sehr klein hinsichtlich ihres Speicherbedarfs. Aber mit IPv6, Over the Air, Cloud etc. sind Speicherkapazitäten notwendig, die um Faktoren höher liegen.

Wie sieht die Automobilindustrie diese Entwicklung? immerhin war der Automotive-Markt immer Treiber für noch mehr Flash-Kapazitäten auf dem Chip.
Guter Punkt, ich denke im Antriebsstrang werden auch weiterhin Flash-Controller Vorrang haben, zumindest solange es die Technologie noch hergibt. Aber der Antriebsstrang im Fahrzeug ist nicht der Wachstumsmarkt. Bereiche wie ADAS und Infotainment sind hingegen Segmente, die enorme Wachstumsraten vorweisen. Und hier findet ein Wechsel in Richtung System-SoC statt, bei dem viele Funktionen wie Video, Grafik, Bildverarbeitung etc. auf einem Chip zusammengefasst werden, und das bedarf hoher SRAM-Kapazitäten.