Halbleiterwachstumsmarkt Automotive Drei Megatrends treiben Speicherbedarf moderner Autos in die Höhe

1 Milliarde Programmzeilen: Autonom fahrende Oberklasse-Fahrzeuge werden in wenigen Jahren etwa 4 Terabyte DRAM- und NAND-Speicher für opulente Softwareprogramme an Bord haben, schätzt S&P Global Mobility in seinem neuen Bericht. Drei Megatrends pushen den rasant wachsenden Speicherbedarf.

Die Automobilindustrie ist eines der am schnellsten wachsenden Segmente in der Halbleiterindustrie. Im Jahr 2025 werden über 97 Millionen Autos verkauft, die jeweils mit 90 Gigabytes (GB) RAM + NAND ausgestattet sein. Es wird erwartet, dass der Software-Fußabdruck bald von 100 Millionen Codezeilen in einem heutigen High-End-Fahrzeug auf 1 Milliarde Zeilen anwachsen wird – 1.000 Mal mehr als bei Apollo 11. Hier reichten rund 145.000 Programmzeilen, um die Astronauten zum Mond und sicher zurück zu bringen.

Kein Wunder also, dass S&P Global Mobility in dem kürzlich von Micron in Auftrag gegebenen Bericht „Bits, bytes, and the connected car“ schätzt, dass der Arbeits- und Datenspeicherumsatz in der Automobilindustrie bis 2026 auf 11,6 Milliarden US-Dollar steigen wird, was eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (Compound Annual Growth Rate, kurz: CAGR) von 20 Prozent bis 24 Prozent darstellt.

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Mit der Einführung von datenintensiven Funktionen wie Infotainment im Fahrzeug (IVI), Autonomie, Abonnementdiensten und mehr werden sich die Anforderungen an Arbeits- und Datenspeicher in den nächsten sieben Jahren fast verzehnfachen. Hier sind einige der Kernaussagen des Berichts:

• Heutzutage verwendet ein durchschnittliches Fahrzeug 90 GB RAM + NAND. Bis zum Jahr 2026 wird ein durchschnittliches Fahrzeug etwa 278 GB DRAM und NAND verbrauchen, wobei diese Zahl bei Fahrzeugen der oberen Preisklasse auf 2 Terabyte (TB) steigt. Es wird erwartet, dass diese Kapazität bis 2030 auf bis zu 4 TB zunimmt.

• Das vernetzte Auto ist heute die komplexeste softwaregesteuerte Maschine mit 80 bis 100 Millionen Zeilen Code, bei selbstfahrenden Autos sogar 250 bis 300 Millionen Zeilen.

• Die Speicherkapazität wird um etwa 445 Prozent von über 385 Millionen GB (ca. 385.000 TB) bis Ende 2022 auf 2,1 Milliarden GB (ca. 2.100.000 TB) bis 2026 für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS), elektronische Steuergeräte (Electronic Control Units (ECUs) und Analog-Digital-Wandler (Analog-to-Digital Converter) steigen.

• Bis Ende 2023 werden rund 73 Millionen neue PKWs mit einem Infotainment-Hauptgerät ausgestattet sein. Diese Zahl wird bis 2026 auf über 82 Millionen ansteigen.

• Es wird erwartet, dass die Zahl der IVI-Arbeits- und Datenspeicher von 6 Mrd. GB Ende 2022 auf 7,2 Mrd. GB im Jahr 2026 steigen wird, was einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 19,3 Prozent entspricht.

• Etwa drei Millionen Neufahrzeuge werden in diesem Jahr mit Cockpit Domain Controllern ausgestattet, bis 2026 werden es 16,5 Millionen sein.

Da Autos immer intelligenter und zunehmend durch Software gesteuert werden, sind Arbeits- und Datenspeicher die Bausteine, die für zukunftsweisende Innovationen benötigt werden. Der S&P-Bericht stellt auch eine aktuelle Verschiebung fest. In der Vergangenheit wurden für Autos ausgereifte Halbleitertechnologien verwendet, die vielleicht ein Jahrzehnt früher entwickelt wurden. Aufgrund des rasanten Innovationstempos bei Fahrzeugen werden heute jedoch hochmoderne Multicore-System-on-Chip (SoC)-Prozessoren für Fahrzeuge entwickelt, die innerhalb der nächsten zwei Jahre auf die Straße kommen.

Was sind also die wichtigsten Trends, die die Fahrzeuge, wie wir sie kennen, verändern? Sie lassen sich im Kern zu einigen wenigen Megatrends zusammenfassen:

Megatrend 1: Autonomie

Die Society of Automotive Engineers definiert sechs Autonomiestufen, von Stufe 0 bis 5, wobei L0 kein aktives Assistenzsystem hat und L5 selbständig fahren kann. Bis zum Jahr 2030 werden voraussichtlich fast drei Millionen Autos vollständig autonom sein, und mehr als 15 Millionen werden L2+/L3 Autonomie unterstützen – was bereits jetzt deutlich mehr Arbeits- und Datenspeicher erfordert.

In jüngster Zeit hören wir bei Micron zunehmend von der Anwendung generativer KI in autonomen Fahrzeugen, bei denen KI-Modelle die Lernkurve des Fahrzeugs mit engeren Optimierungsschleifen in Bezug auf die Intelligenz der Fahrzeug-Reaktionssysteme beschleunigen. Tatsächlich nutzen Navigationssysteme wie Waze bereits generative KI, um hoch personalisierte Routenempfehlungen in Echtzeit zu liefern. In Gesprächen mit Micron-Kunden haben wir festgestellt, dass ein großes Interesse daran besteht, zu verstehen, wie viel Arbeits- und Datenspeicher für die Unterstützung von Sprachverarbeitung, natürlicher Sprachverarbeitung und umfangreichen Sprachmodellen benötigt werden – und wie Daten schneller vom Arbeits- und Datenspeicher zu Chipsätzen und Prozessoren übertragen werden können.

Generative KI verändert die Automobilbranche. Der Markt weist derzeit ein Volumen von 312 Mio. USD auf und wird bis 2032 auf 2,7 Mrd. USD wachsen. Mit der Ausweitung auf Anwendungen im gesamten Fahrzeug wird der Bedarf an mehr und schnellerem Arbeits- und Datenspeicher exponentiell steigen. Um ihre KI-Innovationen voranzutreiben, müssen OEMs sicherstellen, dass die Fahrzeuge mit der Bandbreite und den Kapazitäten ausgestattet sind, die den KI-Modellen den nötigen Spielraum und die nötige Leistung bieten, um zu wachsen.

Als Teil dieser Veränderungen ist es entscheidend, dass Arbeits- und Datenspeicher sowohl hochleistungsfähig als auch stromsparend sind, um energieintensive KI unterstützen zu können. Und das ist nur die Spitze des Eisbergs: Der Automobilspeicher wird auch strenge Prüfungen und Zertifizierungen der funktionalen Sicherheit erfordern, um die Sicherheit autonomer Fahrzeuge auf der Straße zu gewährleisten.

Megatrend 2: Konnektivität

Die Konnektivität ist in Fahrzeugen bereits heute weit verbreitet. Allein die Möglichkeit, Telefone mit Autosystemen zu verbinden, hat dazu beigetragen, das Fahrerlebnis zu optimieren. Künftig wird Konnektivität auch neuartige Technologien wie die Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug (V2V) und von Fahrzeug zu Infrastruktur (V2X) ermöglichen, sodass Fahrzeuge Informationen über Geschwindigkeit, Richtung, Standort, Abbiegeabsicht und andere Faktoren über Peer-to-Peer-Netze austauschen können. Diese Fähigkeiten werden den Fahrzeugen helfen, sich untereinander und mit der intelligenten Infrastruktur besser abzustimmen, um Kollisionen zu vermeiden und den Verkehrsfluss effizient zu optimieren.

Die meisten neuen Fahrzeugmodelle bieten auch Konnektivität mit Over-the-Air-Updates (OTA), um die Funktionalität zu verbessern, Softwareprobleme zu beheben und Diagnosedaten hochzuladen. OTA-Updates mögen trivial erscheinen, aber sie treiben die Innovationen in der Automobilindustrie voran, da sie es den Autoherstellern ermöglichen, neue Software-Updates, Funktionen und sogar Sicherheits-Patches auch nach dem Kauf eines Fahrzeugs bereitzustellen.

OTA-Updates sind sogar die Grundlage für die neuen Abonnement-Geschäftsmodelle im Automobilbereich, die mit dem Aufkommen von Mobility-as-a-Service an Bedeutung gewinnen, da sie es der Software ermöglichen, Funktionen im Fahrzeug auf Hardware-Ebene nach Bedarf zu aktivieren und zu deaktivieren. Beispielsweise Autofahrer, die auf dem Weg in den Skiurlaub eine Sitzheizung als Dienst hinzufügen oder Eltern, die ihren Kindern das Auto leihen und Ortungsdienste aktivieren, um zu überprüfen, ob sie rechtzeitig wieder zu Hause sind. Diese Funktionen ermöglichen den OEMs mehr Einnahmen aus Abonnements und den Verbrauchern mehr Flexibilität, um Dienste nach Bedarf hinzuzufügen oder zu deaktivieren, wenn sie nicht benötigt werden.

Um die Hardware im Auto zukunftssicher zu machen und sich auf die neuen Möglichkeiten vorzubereiten, die OTA-Updates mit sich bringen werden, sollten OEMs darüber nachdenken, Speicher mit hoher Kapazität und leistungsfähigeren Chipsätzen auszuwählen. So wird sichergestellt, dass die kritische Kfz-Hardware über genügend Spielraum verfügt, um mit den wachsenden Datenanforderungen Schritt zu halten, wenn während der Lebensdauer eines Fahrzeugs neue Dienste aktiviert werden.

Megatrend 3: Zonale Architektur

Da diese Trends sich durchsetzen, erleben wir bei Autos eine enorme Verschiebung von einfachen Subsystemen, die mit verschiedenen Bereichen koordiniert werden, hin zu einem stark vernetzten System mit zentraler Entscheidungsfindung.

Bei zonalen Architekturen sind die Systeme nach physischen Zonen gruppiert und befinden sich in der Nähe der Steuergeräte, die von ihnen gesteuert werden. Dieser Ansatz ist wesentlich effizienter als der herkömmliche Domänenansatz, bei dem die Systeme nach Funktionen gruppiert werden (z. B. Infotainment, Motor- und Getriebesteuerung und andere).

Obwohl dieser Ansatz bislang funktionierte, sind unsere Fahrzeuge immer komplexer geworden (mit mehr Sensoren, CPUs, Kameras und Systemen), und die Domänenarchitektur erfordert eine komplexere Verkabelung. Zonale Architekturen vereinfachen die Art und Weise, wie all diese Elektronik angeschlossen wird, und reduzieren so die Menge der erforderlichen Verkabelung und damit die Kosten und das Gewicht. Das Ergebnis ist eine bessere Kilometerleistung und eine schnellere Einsicht in die Fahrzeuge.

In dem Maße, in die zentrale Entscheidungsfindung in Autos immer wichtiger wird, wird der Speicher selbst immer komplizierter, da er Multitasking-fähig sein muss, um viele verschiedene Systeme bedienen zu können. Hier könnten sich neue Speicherstandards herausbilden, etwa virtualisierte Umgebungen für verschiedene Bereiche. Und in den nächsten Jahren (2025-2028) werden die Autos möglicherweise über vollständig zentralisierte Architekturen verfügen, was noch leistungsfähigere Arbeits- und Datenspeicherlösungen erfordern wird. Das Ökosystem wird möglicherweise Lösungen mit hoher Bandbreite wie Compute Express Link oder High-Bandwidth Memory in Betracht ziehen müssen, die einst dem Supercomputing vorbehalten waren, um all diese Intelligenz unterwegs und am Rande des Netzwerks zu betreiben.

Dies sind neben anderen Megatrends wie mit immer mehr Elektronik ausgestattete Fahrgasträume und Elektrifizierung nur einige, die Micron beobachtet.

Förderung der Innovationen im Automobilbereich

Die Automobilindustrie, die einst ein Nachzügler in Sachen Innovationen war, hat das Blatt gewendet und treibt Innovationen voran, die das Potenzial haben, andere Technologiesektoren zu beeinflussen. Es liegt auf der Hand, dass die Branche einen der bedeutendsten Wandlungsprozesse seit der Erfindung des Fahrzeugs selbst durchläuft.

Da Autos zunehmend durch Merkmale wie Intelligenz, Personalisierung und Autonomie und weniger durch Marke, Modell und Drehmoment definiert werden, muss das Automobil-Ökosystem Schritt halten, indem es für die richtigen Architekturen, den richtigen Arbeits- und Datenspeicher sorgt, um diese Innovation sicher und in großem Umfang zu betreiben.

Automobilhersteller können der Zeit voraus sein, indem sie direkt mit Halbleiterlieferanten zusammenarbeiten, um die sich entwickelnden Arbeits- und Datenspeicheranforderungen besser zu verstehen und zu erfüllen sowie letztendlich zukunftssichere Architekturen für die datenintensiven, bahnbrechenden Automobiltechnologien der Zukunft zu entwickeln. Die Schaffung dieses Hardware-Fundaments mit den richtigen Bausteinen wird mehr Möglichkeiten für Innovationen und neue Geschäftsmodelle eröffnen, wenn sich die Automobilindustrieakteure in dieser neuen Automobilära neu erfinden. (me)

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* Chris Jacobs ist Vice President & General Manager Embedded Market Segments, Micron Embedded Business Unit

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