- Bauelemtene FPGA mit vielen Transceivern für Infotainment-Systeme
- Smartphone-basierte Systemarchitektur im Fahrzeug
- Einwilligung in die Verwendung von Daten zu Werbezwecken
- FPGA in neuen UI für Fahrzeuge
- Chinesischer Markt im Fokus
Bauelemtene FPGA mit vielen Transceivern für Infotainment-Systeme
Bei einem Elektrofahrzeug spielt nicht nur die Reichweite eine wichtige Rolle für den Endverbraucher, sondern auch das Fahrerlebnis im Innenraum. Hier möchte er die gleichen Features und Funktionen, die er von seinem Smartphone gewohnt ist. Eine Voraussetzung für das Smartphone auf Rädern sind leistungsstarke Bausteine für Infotainment-Systeme.
Die für Stromer in China, beispielsweise BYD, entwickelten Produktneuheiten und Technologien werden auch Eingang in die Fahrzeugentwicklungen in weiteren Teilen von Asien sowie in Europa und den USA finden. (Bild: BYD)
Die Automobilindustrie steckt mitten im Wandel vom Verbrennungsmotor zum Elektroantrieb und die Basis des Wettbewerbs in diesem Markt ändert sich grundlegend. In der bisherigen automobilen Welt unterschieden sich die Segmente vorrangig beim Antriebsstrang. Für den Endverbraucher war der Unterschied bei Kosten und Attraktivität, beispielsweise zwischen einem Kleinwagen mit 1-Liter-Benzinmotor, einer Familienlimousine mit 2-Liter-Dieselmotor und einem Fahrzeug der Oberklasse mit einem aufgeladenen 4-Liter-Benzinmotor klar erkennbar.
Eine solche Hierarchie gibt es beim Elektroantrieb nicht mehr. Stattdessen dreht sich der Wettbewerb im Markt für Elektrofahrzeuge um andere Faktoren: Styling, Reichweite und im Besonderen das Fahrerlebnis im Innenraum. So zeigt sich, dass der Endverbraucher Informations-, Unterhaltungs- und Benutzerschnittstellen sowie die Audiofunktionen und Anzeigen im Fahrzeug verlangt, die er auch außerhalb des Fahrzeugs nutzt.
Besonders eindrucksvoll zeigt sich die Designphilosophie eines Smartphones auf Rädern beim 2024 vorgestellten Xiaomi SU7, dem ersten Fahrzeug des für Smartphones und Consumer-Elektronik bekannten Herstellers. Beim Smartphone bleiben die Wiedergabe von Videoinhalten und die Benutzerschnittstelle jedoch auf das kleine Display beschränkt. Im Fahrzeug können Informationen und Unterhaltung auf mehreren Bildschirmen in verschiedenen Größen, Formaten und Auflösungen angezeigt werden.
Damit werden Anzahl und Leistung der Displays zu einem der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale. Das führt wiederum zu einem Bedarf an einer neuen Generation von Bauteilen für Video-Bridging und Signalverarbeitung, um im Fahrzeug einen Innenraum zu schaffen, der eher einer Umgebung mit Geräten der Consumer-Elektronik entspricht.
Smartphone-basierte Systemarchitektur im Fahrzeug
Im Markt für Elektrofahrzeuge werden – über die reine Mobilität hinaus – Funkionen verlangt, die immer mehr denen eines Smartphones ähneln, wie.:
- Kommunikation mit Menschen und Geräten
- Audio- und Videounterhaltung
- Navigation
- Internetrecherche und andere Formen der Informationsbereitstellung
- Arbeitsbezogene Funktionen mit Produktivitäts-Apps für Tabellenkalkulationen und Dokumente
Doch die Architektur dieser Smartphone-SoC von Qualcomm, MediaTek und anderen Herstellern lässt sich nicht ohne Weiteres auf die Hardware-Konfiguration im Innenraum von Fahrzeugen übertragen. Der Display-Ausgang des SoCs ist für einen einzelnen kleinen Bildschirm optimiert, gewöhnlich mit einem HD-Signal über MIPI DSI oder einen Embedded DisplayPort (eDP).
Der starke Wettbewerb im Markt für Elektrofahrzeuge führt zu Innovationsschüben im Innenraum, bei denen die Hersteller immer mehr und größere Displays verbauen, beispielsweise:
- ein größeres Display in der Mittelkonsole, dass sich teilweise über die gesamte Breite des Armaturenbretts ausdehnt
- eine digital erzeugte virtuelle Instrumenteneinheit
- ein holografisches Head-up-Display vor dem Fahrer
- 4K-Displays in der Rückseite der vorderen Kopfstützen
- ein großes am Fahrzeugdach montiertes zentrales 4K-Display für die Personen auf den Rücksitzen
Diese Displays haben verschiedene Spezifikationen zu ihrer Auflösung und Aktualisierungsrate, Größe und Seitenverhältnis. Ein Smartphone-SoC mit nur einer DSI- oder eDP-Schnittstelle reicht nicht für vier oder mehr verschiedene Displays im Innenraum eines modernen Elektrofahrzeugs aus.
Hier werden neue Lösungen verlangt, die die Ausgabe des SoCs auf mehrere Displayeingänge verteilen. Die technischen Herausforderungen werden noch komplizierter, weil die Verbraucher im Fahrzeug Inhalte und Apps aus ihren anderen Geräten nutzen wollen. Das zeigt sich auch bei der Umstellung der USB-Ports im Fahrzeug von USB 2 auf USB 3 und USB Type-C. Insbesondere können die Personen auf den Rücksitzen 4K-Inhalte von einem Tablet, Notebook oder Smartphone über eine Display-Port-over-USB- Type-C-Schnittstelle auf dem großen Zentral-Display am Fahrzeugdach wiedergeben. Ebenso lässt sich das Display als Bildschirm für ein Notebook nutzen, um den Innenraum zu einem Arbeitsbereich für die Personen auf den Rücksitzen aufzuwerten. Gleichzeitig muss das hintere Zentraldisplay weiterhin eine Schnittstelle für das fahrzeugeigene Infotainment-SoC als Standardquelle für Inhalte bereitstellen, wenn kein USB Type-C-Gerät angeschlossen ist (Bild 1).
Das hintere, am Dach montierte Display kann Eingangssignale von einem USB Type-C-Gerät oder dem Infotainment-SoC des Fahrzeugs übernehmen. (Bild: Gowin)
Diese Zunahme der Anzahl, Größe und Qualität der Displays im Innenraum des Fahrzeugs hat grundlegende Auswirkungen auf die Philosophie der Gestaltung dieses Raums. Aus dem Fahrzeug als Mobilitätsprodukt wird ein Unterhaltungs- und Arbeitsbereich. Weil es sich hierbei um eine neue Philosophie als Reaktion auf tiefgreifende und rasch fortschreitende Verschiebungen der Geschmäcker und Präferenzen der Verbraucher handelt, wird die Implementierung eine Reihe von Iterationen erfordern, während die Fahrzeughersteller herausfinden, was der Endverbraucher wünscht und als sinnvoll erachtet.
Stand vom 15.04.2021
Einwilligung in die Verwendung von Daten zu Werbezwecken
Ich bin damit einverstanden, dass die Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7/9, 97082 Würzburg einschließlich aller mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen (im weiteren: Vogel Communications Group) meine E-Mail-Adresse für die Zusendung von redaktionellen Newslettern nutzt. Auflistungen der jeweils zugehörigen Unternehmen können hier abgerufen werden.
Der Newsletterinhalt erstreckt sich dabei auf Produkte und Dienstleistungen aller zuvor genannten Unternehmen, darunter beispielsweise Fachzeitschriften und Fachbücher, Veranstaltungen und Messen sowie veranstaltungsbezogene Produkte und Dienstleistungen, Print- und Digital-Mediaangebote und Services wie weitere (redaktionelle) Newsletter, Gewinnspiele, Lead-Kampagnen, Marktforschung im Online- und Offline-Bereich, fachspezifische Webportale und E-Learning-Angebote. Wenn auch meine persönliche Telefonnummer erhoben wurde, darf diese für die Unterbreitung von Angeboten der vorgenannten Produkte und Dienstleistungen der vorgenannten Unternehmen und Marktforschung genutzt werden.
Falls ich im Internet auf Portalen der Vogel Communications Group einschließlich deren mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen geschützte Inhalte abrufe, muss ich mich mit weiteren Daten für den Zugang zu diesen Inhalten registrieren. Im Gegenzug für diesen gebührenlosen Zugang zu redaktionellen Inhalten dürfen meine Daten im Sinne dieser Einwilligung für die hier genannten Zwecke verwendet werden.
Recht auf Widerruf
Mir ist bewusst, dass ich diese Einwilligung jederzeit für die Zukunft widerrufen kann. Durch meinen Widerruf wird die Rechtmäßigkeit der aufgrund meiner Einwilligung bis zum Widerruf erfolgten Verarbeitung nicht berührt. Um meinen Widerruf zu erklären, kann ich als eine Möglichkeit das unter https://contact.vogel.de abrufbare Kontaktformular nutzen. Sofern ich einzelne von mir abonnierte Newsletter nicht mehr erhalten möchte, kann ich darüber hinaus auch den am Ende eines Newsletters eingebundenen Abmeldelink anklicken. Weitere Informationen zu meinem Widerrufsrecht und dessen Ausübung sowie zu den Folgen meines Widerrufs finde ich in der Datenschutzerklärung, Abschnitt Redaktionelle Newsletter.
Dazu brauchen Automobilhersteller etwas, das die Verbindung zwischen den eingeschränkten Displayausgängen der SoC und den vielen Displays im Fahrzeug schafft und gleichzeitig die hohen Geschwindigkeiten von USB 3, LVDS und MIPI D-PHY oder C-PHY beherrscht. Und sie müssen weiterhin schnell auf Änderungen bei den Ansprüchen der Kunden reagieren und ihre Entwürfe mehrmals mit möglichst geringem Aufwand bei der Hardwareentwicklung überarbeiten können.
FPGA in neuen UI für Fahrzeuge
Für diese Entwicklungsvorgabe ist das FPGA die ideale Lösung. Mit FPGA lassen sich sehr schnelle Schnittstellen mit hohen Übertragungsraten realisieren. In Netzwerkumgebungen werden FPGA verbreitet als Schnittstellen eingesetzt, um neue Spezifikationen von Standards wie PCIe oder Ethernet zu erfüllen.
Weil ein FPGA programmierbar ist, bietet es die Flexibilität, um Entwicklungen schnell an geänderte Anforderungen anzupassen, ohne dass Änderungen an der Leiterplatte erforderlich werden. Das ist im heutigen Markt für Elektrofahrzeuge ein enormer Vorteil, denn die Produktentwicklungszyklen sind erheblich kürzer als zu Zeiten, in denen die Integration und Zusammenstellung komplexer Antriebsstränge mit Diesel- oder Benzinmotoren beim gesamten Entwicklungsprozess für neue Produkte ein viel gemächlicheres Tempo bedeutete.
Chinesischer Markt im Fokus
Gowin Semiconductor hat zu dieser steigenden Nachfrage eine besondere Perspektive, denn Planung und Entwicklung des FPGA-Herstellers sind in China angesiedelt. China hat es sich auf die Fahne geschrieben, im Bereich Elektrofahrzeuge eine führende Rolle zu spielen. Die für Stromer in China entwickelten Produktneuheiten und Technologien werden auch Eingang in die Fahrzeugentwicklungen in weiteren Teilen von Asien sowie in Europa und den USA finden.
Smartphone-SoC mit eingeschränkten Ausgangsfunktionen können mit speziellen FPGA auch mehrere Displays ansteuern. (Bild: Gowin)
Die Produktentwicklungen von Gowin bauen auf den Erfahrungen mit den chinesischen Herstellern von Elektrofahrzeugen auf. Dieser Ansatz liefert neue Lösungen für die Verarbeitung von SoC-Ausgangssignalen für Smartphone-Displays, so dass sie auch für Automotive-Displays geeignet sind.
So ist für den Automotive-Bereich eine neue FPGA-Baureihe entstanden, die sich beispielsweise in folgenden Anwendungen einsetzen lässt:
- Display-Ausgänge für mehrere Bildschirme mit Signalwandlung für lange Kabelwege. Ein einzelnes Infotainment-SoC, das aus einer Smartphone-Plattform abgeleitet ist, hat bei den Videoausgängen nur eingeschränkte Fähigkeiten. Bei neuen Fahrzeugen mit mehreren Displays im Innenraum müssen diese Ausgangssignale für die Displays im vorderen und hinteren Teil des Fahrzeugs aufbereitet und möglicherweise in das MIPI- oder LVDS-Format gewandelt werden (Bild 2).
- Bildschirmerweiterung – die Ausgangssignale eines Tablets oder Notebooks mit USB-Type-C-Schnittstelle müssen in ein MIPI- oder LVDS-Format umgewandelt werden, das auf einem großen Automotive-konformen Display angezeigt werden kann. Wenn keine externe Videoquelle angeschlossen ist, wird die Standard-Videoquelle des SoCs automatisch auf diese Bildschirme aufgeschaltet. Das erfordert eine Reihe von Logikfunktionen zur Quellenauswahl, zum Bridging beispielsweise von MPIP D-PHY nach LVDS und zur Videobearbeitung, wie zur Skalierung des Bildsignals).
- Video-Bridging, Signalaufteilung und Bildratenwandlung (Bild 3).
Typisches Beispiel der Anwendungen zur Videobearbeitung in neuen Infotainment-Systemen auf der Basis von Smartphone-SoC-Plattformen. (Bild: Gowin)
- FPGA für neue Bridging-Anwendungen
FPGA eignen sich im Allgemeinen gut für Anwendungen zum Video-Bridging und zur Bildbearbeitung. Als Reaktion auf die Nachfrage chinesischer Hersteller von Elektrofahrzeugen hat Gowin Semiconductor neue Automotive-Produkte entwickelt, die diese Anwendungen auf verschiedenen Wegen abdecken. Dazu gehören:
- Diie FPGA GW5AT-15 und GW5AT-60 mit mehreren Transceivern und fest verdrahteten MIPI C-PHY- und D-PHY-Schnittstellen für Datenraten bis 5,7 Gbit/s, einer USB Type-C-Schnittstelle und SerDes-Fähigkeit bis 12,5 Gbit/s.
- Das GW2A-LV18 als Automotive-Version mit MIPI D-PHY- und LVDS-Fähigkeit bis 1,0 Gbit/s
Alle automotiven FPGA-Produkte von Gowin Semiconductor werden von der Gowin EDA FPGA Entwicklungsumgebung unterstützt, die gemäß ISO 26262 zertifiziert ist. (se)
* Danny Fisher, Director of International Marketing, Gowin Semiconductor
