Zukünftige Mobilität Über CASE hinaus: Die SDV-Revolution

Die unter Connected, Autonomous, Shared und Electrified, kurz CASE, bekannten Megatrends haben eine globale Transformation in der Automobilindustrie ausgelöst und treiben den Wandel hin zu Software-definierten Fahrzeugen. Software ist mittlerweile kein „Add-on“ mehr, das die Funktionen der Hardware gewährleistet. Sie ist die treibende Kraft, die die Zukunft der Automobilindustrie bestimmen wird.

Analysten prognostizieren für die nächsten Jahre ein exponentielles Wachstum des Marktes für Software-definierte Fahrzeuge (Software-defined Vehicles, SDVs) – angetrieben durch Fortschritte in der künstlichen Intelligenz (KI), Vernetzung und vor allem die steigende Nachfrage der Verbraucher nach intelligenten und nahtlos aufrüstbaren Fahrzeugen. Drei Hauptfaktoren prägen diesen globalen Wandel: technische Grundlagen, organisatorische Transformation und sich wandelnde Markterwartungen.

Die Fahrzeugentwicklung neu denken

In einem SDV ist die Software das zentrale Produkt. Sie ermöglicht Funktionen wie Over-the-Air-Updates, personalisierte Fahrerlebnisse und automatisiertes Fahren (autonomous Driving, AD). Um das zu ermöglichen, muss die Art und Weise, wie Fahrzeuge entwickelt und konstruiert werden, grundlegend neu gedacht werden – vom ersten Konzept bis zum After Sales Service. Konkret heißt das: Statt der traditionellen E/E-Architekturen kommen zonale Architekturen zum Einsatz, die mit Hochleistungscomputern (HPCs) komplette Fahrzeugzonen verwalten. Diese Architektur erhöht die Skalierbarkeit und verringert gleichzeitig die Komplexität des Systems. Im Grunde genommen werden SDVs zu anpassbaren digitalen Plattformen, die sich durch Cloud-gesteuerte Software-Updates weiterentwickeln. Diese kontinuierliche Weiterentwicklung ermöglicht es, Fahrzeuge auch nach dem Verkauf zu verbessern und ihren Wert im Laufe der Zeit zu erhalten oder sogar zu steigern.

Technische Grundlagen: Zonale Architekturen und HPCs

Mit dem Übergang von Fahrzeugen zu Software-definierten Plattformen verändert sich auch das Hardware-Backbone. Dutzende oder sogar Hunderte von einzelnen elektronischen Steuergeräten (ECUs) werden ersetzt durch zentralisierte Rechenknoten, die ganze Fahrzeugzonen verwalten. Diese zonale Architektur reduziert die Komplexität der Verkabelung um bis zu 30 Prozent. Sie senkt das Fahrzeuggewicht und vereinfacht die Integration von Schlüsselsystemen wie Fahrerassistenzsystemen (ADAS), In-Vehicle Infotainment (IVI) und Telematik.

Aber dieser Wandel ist nicht nur technisch. Er erfordert auch ein Umdenken bei der Art und Weise, wie ein Fahrzeug entwickelt wird. Die Entwicklungsteams in der Automobilindustrie sind aufgerufen, funktionsübergreifende, agile Praktiken anwenden und ähnlich wie Start-ups zusammenarbeiten.

Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass die Software-Entwicklung nicht wie bisher mit dem Start der Produktion (SOP) endet. In der SDV-Ära erfordert die Software eine kontinuierliche Wartung und iterative Verbesserungen. Dieser fortlaufende Entwicklungszyklus ermöglicht die Bereitstellung von Updates und neuen Funktionen, optimalerweise über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs.

Software läuft auf robuster Hardware

Die System-on-Chips (SoCs), die in den kommenden Fahrzeuggenerationen zum Einsatz kommen werden, sind so konzipiert, dass sie mehrere, potenziell kritische Arbeitslasten auf einem Chip bewältigen. Hersteller wie Qualcomm, Nvidia und Renesas haben SoCs wie Snap-dragon Ride Flex, Nvidia Drive Thor und Renesas R-Car X5H auf den Markt gebracht. Diese unterstützen zentralisierte Rechenplattformen und Funktionen wie automatisierten Fahren, Fahrerassistenzsysteme, digitale Cockpits und In-Vehicle Infotainment. Diese Komponenten schaffen die Basis, auf der die Automobilhersteller robuste SDV-Ökosysteme entwickeln können. Isolationsmechanismen stellen sicher, dass Ausfälle in einem Bereich keine Auswirkungen auf andere Bereiche haben. Die Entwicklung solcher Systeme erfordert einen Co-Design-Ansatz für Hardware und Software, der mehrere Vorteile bietet:

• Hardware bildet die Grundlage für Isolierung, Leistung und Sicherheitszertifizierung.

• Software erleichtert das dynamische Ressourcenmanagement, die Sicherheit und die Einhaltung von Vorschriften.

Letztendlich kann die Software ohne robuste Hardware das erforderliche Sicherheitsniveau nicht gewährleisten. Daher ist der Übergang der Industrie zu Software-definierten Fahrzeugen von Fortschritten in beiden Bereichen – Hardware und Software – abhängig.

Die neuen SoCs ermöglichen leistungsstarke, energieeffiziente Lösungen, die speziell auf SDVs zugeschnitten sind. Während Hardware-Neuheiten die Grundlage für gemischt-kritische Systeme bilden, sind Software-Frameworks unerlässlich für die Abbildung der erforderlichen Komplexität und die Gewährleistung der Übertragbarkeit auf andere Plattformen.

Shift left: Virtualisierung als Game Changer

Bei der Entwicklung von Software-definierten Fahrzeugen hat sich die Virtualisierung als entscheidender Faktor erwiesen. Sie setzt neue Maßstäbe, wie Software entwickelt, getestet und eingesetzt wird. Die aktuellen Cloud-First-Engineering-Ansätze, gekoppelt mit dem "Big-Loop-Zyklus", einer kontinuierlichen Feedback-Schleife vom Konzept zur Produktion und zu-rück, lassen sich unter dem Begriff Shift left subsummieren. Dieser Ansatz beschleunigt Entwicklungszeiten, indem Tests und Validierungen in frühere Phasen des Software-Lebenszyklus verlegt werden. Das heißt: Selbst, wenn noch keine Prototyp-Hardware verfügbar ist, lassen sich schon Entwicklungs-Loops durchführen. Mit virtuellen elektronischen Steuereinheiten (vECUs) lassen sich Hardware-Interaktionen simulieren. Das spart Zeit und Kosten.

Durch Virtualisierungs- und Containerisierungs-Technologien können Entwickler die Software parallel zum Hardware-Design erstellen und verfeinern. Hier kommt der Digitale Zwilling ins Spiel: eine virtuelle Nachbildung eines Fahrzeugs oder Systems, mit dem sich das Verhalten eines realen Fahrzeugs simulieren, analysieren und optimieren lässt.

Außerdem sorgt Virtualisierung für eine bessere Qualität und höhere Sicherheit. Die frühzeitige Erkennung von Fehlern führt zu stabileren Versionen, und die Isolierung des Systems gewährleistet, dass sicherheitskritische Bereiche wie ADAS vor potenziellen Schwachstellen in nicht kritischen Bereichen wie Infotainment geschützt bleiben.

Mit diesem Eigenschaftspaket ist Virtualisierung nicht nur ein unterstützendes Werkzeug, sondern ein strategischer Wegbereiter. Sie verwandelt die SDV-Entwicklung in einen agilen, skalierbaren und kosteneffektiven Prozess, der die Lücke zwischen Konzept und Produktion überbrückt.

Middleware: Das Rückgrat der SDV-Entwicklung

Die Entwicklung eines SDV basiert auf einem vielfältigen Middleware-Ökosystem. Die Grundlage bilden Echtzeit-Betriebssysteme (Realtime Operational Systems, RTOS) wie QNX RTOS, Green Hills Integrity RTOS oder das zunehmend häufiger genutzte Open Source-System Zephyr RTOS, das deterministische Leistung und robuste Partitionierung bietet und sich damit ideal für sicherheitskritische Funktionen eignet. Standards wie Autosar Classic und Adaptive ermöglichen darüber hinaus eine modulare, skalierbare Entwicklung sowohl für Embedded ECUs als auch für High-Performance-Computing-Domänen, die vielfältige Anwendungen unterstützen – von der Karosserieelektronik bis zum automatisierten Fahren.

Darauf aufbauend erweitern diverse Linux-basierte Betriebssysteme die Flexibilität und Skalierbarkeit auf breitere Anwendungsfälle. Das von Elektrobit entwickelte EB corbos Linux und das Red Hat In-Vehicle Operating System bieten quellenoffene, sicherheitszertifizierte Plattformen, die für Containerisierung und Cloud-Integration optimiert sind. Andere Systeme wie Android Automotive OS (AAOS) und Automotive Grade Linux (AGL) bringen Linux in den Bereich Infotainment und vernetzte Dienste und ermöglichen schnelle Entwicklung und App-Integration.

Auf der höchsten Abstraktionsebene entstehen umfassende SDV-Stacks. Die Eclipse SDV-Initiative schafft mit Projekten wie Safe Open Vehicle Core (S-CORE) Open-Source-Grundlagen für eingebettete Hochleistungssteuergeräte. Der SDV-Stack von AGL erweitert seinen Anwendungsbereich um Virtualisierung und Cloud-native Funktionen. Darüber hinaus bietet das Halo OS von Li Auto eine Chip-agnostische, modulare Software-Plattform für intelligente Fahrzeuge.

Zusammen bilden diese Middleware-Technologien das Rückgrat der SDV-Revolution: Sie ermöglichen Modularität, Over-the-Air-Upgradefähigkeit, Sicherheitskonformität und bereichsübergreifende Integration in zunehmend komplexen Fahrzeugarchitekturen.

Strategische Entscheidung: Zusammenarbeit oder Wettbewerb?

Das Ökosystem des Software-definierten Fahrzeugs ist durch ein komplexes Zusammenspiel von Akteuren geprägt, die jeweils einzigartige Stärken mitbringen und vor unterschiedlichen Herausforderungen stehen. Traditionelle Automobilhersteller verfügen über Produktionskapazitäten, haben aber manchmal Probleme mit der Software-Entwicklung und -integration. IT-Technologieführer zeichnen sich durch ihre Cloud-Infrastruktur und KI-Kompetenz aus, haben aber nicht unbedingt Erfahrung mit Hardware in Automotive-Qualität und eingebetteten Systemen. Automobilzulieferer bringen fundiertes Fachwissen und Schlüsselkomponenten mit, müssen jedoch fragmentierte Software-Stacks und Integrationshürden überwinden.

In dieser fragmentierten Landschaft ist die Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung. Open-Source-Plattformen, gemeinsame Middleware-Standards und branchenübergreifende Allianzen erweisen sich als leistungsstarke Hilfsmittel. Sie helfen dabei, Lücken zu schließen, die Entwicklung zu beschleunigen und Innovationen in großem Maßstab voranzutreiben.

Vor diesem Hintergrund stehen Automobilhersteller an einem strategischen Scheideweg: Entweder sie bauen intern proprietäre Software-Plattformen auf, die kostspielig und komplex sind, die sie aber vollständig kontrollieren können. Oder sie setzen auf kollaborative Ökosysteme, die eine gemeinsame Infrastruktur, eine schnellere Bereitstellung und Standardisierung bieten. Es gibt keine Lösung, die für alle passt. Der Erfolg liegt in der Klarheit des Ziels, der Umsetzung und der Ausrichtung auf eine langfristige strategische Linie.

Generative KI, Multimedia und UX-Entwicklungen

Generative KI ist im Begriff, die Interaktion im Fahrzeug zu revolutionieren. Lösungen von SoundHound und Cerence ermöglichen natürliche Sprachbefehle und verändern die Art und Weise, wie Fahrer mit ihren Fahrzeugen interagieren. Diese Systeme reagieren nicht nur auf Anfragen, sondern passen sich auch proaktiv an das Nutzerverhalten an und optimieren die Einstellungen und Präferenzen im Fahrzeug in Echtzeit. Intellias hat im Rahmen einer Kooperation SoundHound AI als Sprach-basierten generativen AI-Assistenten in ihre IntelliKit-Demo integriert.

Multimedia-Plattformen entwickeln sich weiter, um personalisierte Unterhaltung und Konnektivität zu unterstützen. Das Unternehmen arbeitet hier mit 3SS zusammen, um die 3Ready Multimedia-Plattform in die IntelliKit Demo zu integrieren und damit neue Infotainment-Fähigkeiten zu präsentieren.

Augmented Reality (AR) hält ebenfalls Einzug in Fahrzeugcockpits und verbessert die Wahrnehmung und Interaktion des Fahrers. Unternehmen wie Basemark und Harman arbeiten an AR-basierten Lösungen, die kontextbezogene Informationen direkt auf die Windschutzscheibe oder die Display-Oberflächen einblenden.

Im Bereich UI/UX und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) verschärft sich der Wettbewerb zwischen den traditionellen Anbietern und neuen Marktteilnehmern aus der Spiele- und Software-Branche. Neben Plattformen wie Kanzi, Qt, Altia, CGI und DISTI sind auch Unity und Unreal Engine relevant. Sie bieten immersive Grafiken und Echtzeit-Rendering-Funktionen. Unreal Engine ermöglicht beispielsweise in Zusammenarbeit mit Qualcomm neuartige Erlebnisse in Fahrzeugen. Zusammen definieren diese Entwicklungen das Erlebnis im Fahrzeug neu. Sie machen SDVs intuitiver, immersiver und reagieren auf die individuellen Bedürfnisse der Fahrer und Passagiere. Weil sich SDVs zu intelligenten digitalen Plattformen entwickeln, werden User Experience (UX) und Multimedia-Fähigkeiten zum zentralen Faktor für Differenzierung und Wertschöpfung. (se)

* Adam Konopa ist Technology Director Automotive bei Intellias.

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