Eingebettete Systeme zählen trotz Krise zu den stabilsten Wachstumsträgern und sind Triebfeder vieler Produktinnovationen. Sie spielen eine zentrale Rolle für die Wertschöpfung der Anwendersektoren, die alleine in Deutschland ungefähr 15Mrd. Euro umsetzen. Deutsche Unternehmen sind bei Entwicklung und Integration von Embedded-Systemen mit hohen Anforderungen an die Sicherheit besonders gut positioniert. Verwendung finden Embedded-Systeme in nahezu sämtlichen Bereichen der Technik, so im Automobil (beispielsweise in der Zündsteuerung von Airbags oder in ABS-Systemen), in der modernen Büro- und Kommunikationselektronik, der Industrieautomatisierung, der Medizintechnik, in Telekommunikationsanlagen oder der Militärtechnik, in Haushaltsgeräten oder in der Sicherheitstechnik. Fast täglich kommen neue Geräte mit immer noch mehr Eigenschaften und Fähigkeiten auf den Markt. Diese stellen Herausforderungen an die Entwickler, denen sie nur mit leistungsfähigeren und energiesparenden Chiparchitekturen und Prozessor-Cores begegnen können. Klassische Mikrocontroller können die Rechenleistung häufig nicht mehr bieten, die moderne digitale Lösungen erfordern (beispielsweise bis eine Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde). Hier kommen häufig Bausteine mit einer Kombination von Mikrocontroller- und DSP-Cores zum Einsatz.
Mehr Möglichkeiten mit Multi-Core
Der Embedded-Markt befindet sich nach wie vor in einem Umbruch. Früher waren Embedded-Bausteine meist für den jeweiligen Einsatzzweck maßgeschneidert; sie arbeiteten selbstständig und waren allenfalls mit proprietären Netzen hartverdrahtet. Heute ist bei den immer kleineren Geräten mit Embedded-Kernen eine Anbindung ans Internet oder andere Rechnernetze unabdingbar. Bis 2015 soll es, nach fundierten Schätzungen, ungefähr 15 Milliarden vernetzte Embedded-Geräte geben, die über standardisierte Drahtlosschnittstellen miteinander in Wechselwirkung stehen. Zwar lässt sich drahtlose IP in die maßgeschneiderten Chips integrieren, doch deren Zuverlässigkeit ist mit der von standardisierten Embedded-Chip-Plattformen nicht vergleichbar, die zudem die Gesamtkosten (TCO) senken und die Entwicklungszeit verkürzen können. Auch die unablässig steigende Komplexität, immer rascher aufeinander folgende Änderungen sowie die Annäherung der Embedded-Chips an SoC-Modelle sprechen für eine standardisierte (heute meist Multicore-) Architektur. Das hat auch Intel erkannt: Der Chipmarktführer ist mit der Prozessorplattform „Atom“ durchaus erfolgreich in den Embedded-Markt eingestiegen und hat die Wettbewerbslandschaft – vor allem die ARM-Lizenznehmer – in Unruhe versetzt. Auch für Embedded gilt: Die Innovationszyklen in der Entwicklung wie in der Anwendung werden immer kürzer, und die wirtschaftliche Attraktivität lockt Player aller Couleur in dieses Marktsegment. Zum einen treibt die Technologie den Markt: Quantensprünge in der Prozessor-, DSP- und Mikrocontrollertechnologie (so ein kontinuierlicher Übergang von 4-, 8- und 16-Bit- auf 32-Bit-Prozessor-Cores), Energiemanagement, Kommunikation und Vernetzung, Systems-in-Systems sowie zunehmend erfüllbare Peripherieanforderungen, die von Displays, Sensoren und Aktoren über Mechatronik und RFID bis hin zur Stromversorgung reichen.
Komplexität versus Wirtschaftlichkeit
Andererseits fordert der Markt die Technologie heraus: Durch immer schmalere Zeitfenster für die Entwicklung, durch steigende Ansprüche an Qualität und Funktionalität sowie zunehmende Komplexität und durch das Zusammenwachsen von Prozessen. Künftige Embedded-Designs, erläutert Norbert Hauser, Vice President Marketing bei Kontron, müssen vielfältige, zum Teil widersprüchliche Ziele erfüllen, damit sich Unternehmen im turbulenten und unsicheren Marktumfeld behaupten und ihre Marktposition ausbauen können. Einerseits werden Embedded-Systeme immer komplexer: durch die Ausbreitung der Multicore-Prozessoren sowie Virtualisierung der Software. Andererseits rücken wirtschaftliche und finanzielle Aspekte noch stärker in den Vordergrund – vor allem die Minimierung der F&E-Investitionen sowie Einsatz von Standard-(COTS-)Hardware- und Softwareplattformen. Verschärft wird die Situation durch Senkung der laufenden Kosten durch Technologien mit ultrageringem Energieverbrauch sowie Fernmanagement- und Diagnosefunktionen. „Cash und Innovation sind neben Time to Market die wichtigsten Wettbewerbsfunktionen geworden,“ so Hauser. Die ARM-Technologie, die vor dem Intel-Einstieg den Markt beherrschte, ist keinesfalls stehengeblieben. Neben dem ARM11, der im iPhone die Grenzen der technischen Machbarkeit auslotet, ist zum Beispiel die Plattform Cortex A8 getreten, die Taktfrequenzen bis 1,2 GHz zulässt. Die Analysten von Forward Concepts erwarten, dass der Markt für spezielle Prozessoren im Mobil- und Smartphone-Bereich bis 2013 mit einer CAGR von 25Prozent auf 6,1 Mrd. Dollar wächst. Nach der Vorhersage der Marktforscher könnte die Cortex-A-Familie im Jahr 2013 dabei rund die Hälfte des gesamten Marktes für mobile Applikationsprozessoren ausmachen. Schlüsselmerkmal des Cortex-A8 ist seine geringe Leistungsaufnahme, die im Low-Power-45-nm-Prozess weniger als 0,75 mW/MHz betragen soll.
Power für Auto-Displays
Toshiba Electronics Europe kündigte den Capricorn-F zur Ansteuerung von Automotive-Displays an. Er zielt auf digitale Instrumentencluster und Head-up-Displays (HUD) und ist der erste Capricorn-Baustein, der 3D-Grafik und die schnelle serielle Video-Datenverbindung APIX im Gigabitbereich unterstützt. Die Kompatibilität des CPU-Cores zu anderen Mitgliedern der Capricorn-Reihe erlaubt die Wiederverwendung von Software und unterstützt die Skalierbarkeit über verschiedene Display-Anwendungen, -Größen und -Auflösungen. Dabei kombiniert das System-on-Chip einen leistungsfähigen 64-Bit-RISC-Prozessor, Embedded-Display-Speicher, dedizierte 2D- und 3D-Grafik und anwendungsspezifische Peripherie sowie Schnittstellen, um TFT-Displays direkt anzusteuern zu können. Multicore-Bausteine von Freescale liefern das für Multistandard-Mobilfunk-plattformen benötigte Maß an Rechenleistung und Flexibilität. Damit lassen sich programmierbare Lösungen für Mobilfunk-Basisstationen herstellen, mit denen Service-Provider heute den Stand der Technik realisieren können, um später auf Standards wie LTE oder WiMAX mit einer einfachen Softwareinstallation umzusteigen.
Multicore für Mobilfunk
So entfallen die früher notwendigen Redesigns. Gerade hat sich Alcatel-Lucent für den Prozessor QorIQ P4080 und den DSP MSC8156 als Grundlage für eine Plattform für hoch flexible Mobilfunk-Basisstationen entschieden. Der MSC8156 ist der leistungsstärkste programmierbare DSP von Freescale und einer der ersten auf einer 45-nm-Prozesstechnik gefertigten DSPs, was dem Produkt Vorteile hinsichtlich Rechenleistung, Energieeffizienz und Abmessungen beschert. Der Multicore-Prozessor P4080 verfügt über acht integrierte e500-Power-Architecture-Prozessorkerne, eine dreistufige Cache-Hierarchie, eine integrierte CoreNet-Matrix sowie Datenpfadbeschleunigung. Trotz enormer Leistungsstärke bleibt der Bedarf unter 30 W. “Neue Mobilfunkstandards halten immer schneller Einzug in unseren Alltag. Freescale konzentriert sich darauf, den führenden OEMs die Flexibilität, die Rechenleistung und das System-Know-how an die Hand zu geben, das sie benötigen, um heute im hart umkämpften Markt bestehen zu können,” erklärte Lisa Su, General Manager und Senior Vice President der ‚Networking and Multimedia Group‘ bei Freescale.n
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