Zukunft der Chips: Heiße Ware auf dem Weg zur Vision Zero!

Die Ziele sind hoch gesteckt: null CO2-Ausstoß und null Unfalltote idealerweise bis 2050 plant man für die EU. Doch nach oder wegen der Corona-Pandemie hat die Automobilbranche mit mehreren, teils nicht vorhersehbaren Problematiken zu kämpfen: Stichwort Chipmangel. Gründe dafür gibt es diverse, die sich noch dazu teils überlagern respektive verstärken.

Viele Branchen brauchen immer mehr Chips

Erstens der gestiegene Bedarf aller Branchen weltweit und dazu gehören vor allem Consumer Electronics und die Infrastruktur: Denn sowohl Solar- und Smart-Grid-Lösungen als auch Windräder werden von Halbleitern gesteuert. Noch relativ jung ist der Bedarf der Krypto- und Sicherheitsbranche, die hier Digitalwährungen „schürft“ und absichert. Durch Covid-19 zerrissen dann einige Lieferketten – unter anderem auch für Rohmaterialien wie das für Halbleiter wichtige Silizium. Jetzt ist dieses ohnehin schon sehr aufwendig zu erzeugen, zu transportieren und weiterzuverarbeiten, sodass sich hier weitere Flaschenhälse auftaten. Was die Fahrzeugindustrie anfangs nicht weiter störte, da man ebenfalls mit massiv einbrechender Nachfrage kalkulierte und viel Bestellungen stornierte oder drastisch zusammenstrich, womit wir bei Problem Nummer 2 wären.

Die Halbleiterherstellung ist sehr aufwendig

Da die Pandemie gerade im Bereich Consumer Electronics für steigenden „Hunger“ nach Chips sorgte, lenkten die Hersteller ihre Kapazitäten eben dorthin um. Doch so schlimm wie gedacht war der Absatzeinbruch im Fahrzeugbereich dann doch nicht. Aber die Kapazitäten der Fabriken sind nicht beliebig erweiterbar, denn: Die Chipherstellung ist der Akkuerzeugung ähnlich, mit komplizierten chemischen Prozessen. Solche hochspezialisierten Fertigungsstraßen erfordern hohen Invest und bringen nur dann Gewinne, wenn sie so gut wie möglich ausgelastet sind.

Womit wir bei Problem Nummer 3 wären, den Herstellern von Chipfertigungsstraßen, die eher selten sind, weshalb man nicht beliebig schnell neue Kapazitäten aufbauen kann. Und last but not least hat die Automobilindustrie extrem hohe Ansprüche (Hitze- und Kältebeständigkeit, Crashnormen), benötigt in Summe aber nur einen vergleichsweise kleinen Teil der Gesamtproduktion. Dazu kommt als weiterer Baustein die Zukunftsfähigkeit der Halbleiter, die, siehe oben, in möglichst langen Zeiträumen in möglichst hohen Stückzahlen identisch produziert werden müssen. Man sieht schon, auf wie viele Eventualitäten hier Rücksicht genommen werden muss, weshalb wir bei einem Profi nachgefragt haben: Enrico Salvatori, Senior Vice President & President of Qualcomm Europe, stand uns zum Thema Chipmangel und -entwicklung Rede und Antwort.

Woher kommt aktuell der Chipmangel in vielen Branchen? Dass hier die Bedarfe steigen werden, war doch absehbar?

Salvatori: Es gab hier eine Entwicklung paralleler Situationen, die tatsächlich so nicht vorhersehbar war. Denn der Chipmangel betrifft viele Branchen in gleichem Maße. Durch Covid-19 und den Wechsel ins Homeoffice wurde die Nachfrage extrem verstärkt, was Voraussagen sehr erschwert hat. Auf der einen Seite wurde der Bedarf durch die Einführung zahlreicher Homeoffice-Arbeitsplätze über Nacht fast verdoppelt. Ohne Vorhersage benötigte man plötzlich viel mehr PCs, Router oder Gateways. Gleichzeitig meldete unter anderem die Fahrzeugindustrie eine massiv nachlassende Nachfrage. Dazu kommt, dass viele Branchen, unter anderem Automotive, just in time arbeiten, es also kaum Puffer oder gar Lager gibt. Hier brachen also zur selben Zeit gleich mehrere Vorhersagen zusammen, sodass wir als Reaktion darauf sozusagen einen „eigenen Forecast“ über alle Branchen mit mehreren Eventualitäten entwickelt haben. Aufgrund dessen wollen wir bis Ende 2021 auch unsere Kapazitäten entsprechend anpassen. Wir haben hier mittlerweile unsere eigene Roadmap aufgesetzt.

Die wie aussieht?

Sie rückt Automotive stärker in den Vordergrund. Denn künftig ist jedes Fahrzeug quasi auch ein „Rechner“. Was einst Themen der Telematik oder der Smartphones waren, wandert jetzt auch ins Fahrzeug. Deshalb haben wir ein digitales Chassis-Konzept entwickelt samt einem initialen Chipset, das neue Evolutionsstufen ermöglicht.

Inwieweit sind die neuen Chipgenerationen für steigende Datenvolumina gerüstet, ohne auch am Chip wieder nachlegen zu müssen?

Ein neues Chipset zu entwickeln, ist nicht so einfach! Rund 20 Prozent unseres Gewinns stecken wir in unsere neue Roadmap. Deshalb braucht man auch das Volumen respektive die Economy of Scale, um ein solches Invest zu stemmen.

Immer mehr Hersteller entwickeln auch eigene Chips speziell für ihre Anforderungen – mal sind das hochbeständige Automotive-Chips, mal sind es Chips mit extrem viel Leistung, um für die Zukunft gerüstet zu sein – wie reagiert Qualcomm darauf?

Wir präferieren hier klar das horizontale Modell. Heißt: Wir setzen auf eine Chipset-Plattform, die sich um neue Elemente erweitern lässt. Das war bisher ein Erfolg, zumal Vorhersagen bezüglich der zukünftigen Marktentwicklung sehr schwer zu treffen sind. Zugleich sahen wir viele vertikale Initiativen, die nicht immer von Erfolg gekrönt waren, weshalb wir das noch neue, horizontale Innovations- und Integrationsmodell bevorzugen.

Welche Rechenleistung wird künftig benötigt? Und frisst diese nicht Vorteile beim Energieverbrauch wieder auf? Ich habe einmal gehört, dass vollautonomes Fahren den Energiebedarf des Fahrzeuges aufgrund der benötigten Datenmenge verdoppeln wird?

Stimmt, die Herausforderungen wachsen: Die Grafik wird im Automotive-Bereich immer höher auflösend und komplexer und statt zwei bis drei verbaut man eher drei bis vier Displays im Fahrzeug. Dafür weichen aber viele Microcontroller einer Zentralarchitektur, sodass mehr Funktionen in der gleichen Zeit verarbeitet werden können. Deshalb setzen wir hier an mehreren Punkten an. Das Silizium muss leistungsfähiger werden. Gleichzeitig fordern die ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) eine weitere Evolution. Wir setzen hier auf eine Hybridarchitektur, die auf Basis von CPU (central processing unit), GPU (graphics processing unit) und DSP (digital signal processor) arbeiten, eine Hybridarchitektur „on demand“ sozusagen. Doch da im Automotive-Bereich die Zahl der Steuergeräte zurückgeht, benötigt man auch weniger CPUs und weniger Energie.

Lassen sich hier wirklich auch große Unfälle verhindern oder großräumig umfahren? Ich selbst erlebte erst wieder einen Unfall auf der A8, wo sich ein Lkw am Irschenberg über beide Spuren quergelegt hat – aufgrund des hohen Reiseaufkommens und der bergigen Topografie brach der Verkehr auch auf allen Ausweichrouten schnell komplett zusammen. Die Verkehrsmenge kann Digitalisierung ja nicht reduzieren?

Wir müssen hier zwischen V2X- und V2-Cloud-Architekturen unterscheiden. C-V2X ist eine wichtige Technologie für Fahrzeuge, um miteinander und mit allem um sie herum zu kommunizieren, wie beispielsweise mit anderen Autos, der Infrastruktur (z. B. Ampeln), Fußgängern und Radfahrern. Diese Technologie unterstützt die Fahrzeuge von morgen, um sie noch sicherer und autonomer zu machen. 5G wird es Fahrzeugen ermöglichen, reichhaltige Echtzeitdaten auszutauschen, die ein vollständig autonomes Fahrerlebnis unterstützen und die Verkehrssicherheit sowie die Verkehrseffizienz verbessern. Die Abwicklung von zeitkritischen Entscheidungsprozessen im Auto erfordert einen Datenaustausch mit geringer Latenz mit externen Quellen, wie z. B. Objekten in der Umgebung, sowie den Zugriff auf Edge-Computing-Funktionen. 5G bietet eine solche zeittransparente Kommunikation, die es lokalen Compute-Engines ermöglicht, mit geringer Latenz auf entfernte Quellen zuzugreifen und Daten auf extrem zuverlässige Weise auszutauschen. Auf Basis des Datenaustauschs zwischen Fahrzeugen lassen sich neue Warnsysteme realisieren, die eine Kommunikation und Auswertung von Daten zur Bestimmung kritischer Fahrzustände ermöglichen. Während klassische Radsensoren rutschige Fahrbahnen erkennen können, lassen sich mithilfe von Frontkameras Straßensperren frühzeitig erkennen und können umliegende Fahrzeuge informieren und eventuell sogar Pannenhilfseinheiten aktivieren, die alle Verkehrsteilnehmer warnen. Entsprechend haben wir auch einen Wifi-fähigen Chipsatz entwickelt. Allerdings muss man berücksichtigen, dass die einzelnen Regionen hier unterschiedlich denken: China setzt klar auf zellulares V2X, während Europa eher technologieneutral ist. Ich rechne mit der ersten 5G-Implementierung im Auto im Jahr 2022.

Wann kommen endlich Fahrzeuge mit intelligenter Anbindung an die Infrastruktur? Immer noch haben wir hier Ampelschaltungen, die den Fahrer zuverlässig in Rotphasen schicken? Ist denn das Ziel, bis 2050 keine Toten mehr durch Verkehrsunfälle zu haben, überhaupt realisierbar?

Puh, das ist eine große Frage! Durch Edge-Computing und die Cloud-Technologie entwickelt sich die Technik hier merklich weiter. Außerdem werden die Daten nicht mehr auf zentralen Servern gespeichert, was die Sicherheit unserer Meinung nach künftig erhöhen wird. Trotzdem traue ich mir hier keine definitive Antwort zu – nur so viel: Dank intelligenterer Chips und gesteigerter Rechenleistungen werden sich Unfälle noch besser vorhersehen und auch vermeiden lassen!