IDTechEx erörtert die Bedeutung des vollständigen Übergangs von Tesla zu In

BOSTON, 11. Mai 2023 /PRNewswire/ -- Mikrocontroller (auch bekannt als Controller, MCUs und andere Namensvarianten) sind das Rückgrat, auf dem moderne Fahrzeuge aufgebaut sind. Unabhängig davon, ob ein Auto mit Benzin, Diesel, Elektro, Wasserstoff, PDG oder etwas anderem angetrieben wird, hängen seine Funktionen stark von den Steuerungen ab. Es hat sich auch gezeigt, wie die Automobilindustrie in die Knie gezwungen werden kann, wenn diese Controller knapp sind. Der Bericht von IDTechEx mit dem Titel „Semiconductors for Autonomous and Electric Vehicles 2023-2033“ kommt zu dem Schluss, dass es derzeit viel Bewegung bei Automobilsteuerungen gibt, die mehr Rechenleistung und neue Optionen für die Fahrzeugarchitektur bieten. Ein Unternehmen, das sich dem Trend mit Controllern widersetzt, ist Tesla, und hier erfahren Sie, wie.

Tesla begann bereits beim Model S mit der Entwicklung von Controllern, aber nur 20 % der Controller des Model S wurden im eigenen Haus entwickelt. Dieser Anteil ist im Laufe der Jahre gestiegen, wobei das Model Y zu 61 % aus intern entwickelten Controllern besteht und der Cybertruck bis zu 85 % ansteigt. In der Präsentation von Tesla zum Investorentag 2023 hieß es, dass das Fahrzeug der nächsten Generation zu 100 % über intern entwickelte Controller verfügen wird. Einer der Vorteile, wenn das Controller-Design vollständig intern durchgeführt wird, besteht darin, dass Tesla völlige Autonomie bei der Gestaltung seines Kabelbaums erhält. Aus diesem Grund ist das eine größere Sache, als vielleicht zuerst gedacht.

Tesla ist branchenweit führend bei der Kabelbaumreduzierung. Bei der Menge an Elektronik in modernen Autos ist es keine Überraschung, dass sie ein nahezu unendliches Labyrinth an Verkabelungen enthalten, sodass alle Komponenten miteinander kommunizieren können. Allerdings bringen große Kabelbäume eine Reihe von Problemen mit sich, zum einen das Gewicht. Auch wenn Autos nur wenige Meter lang sind, summiert sich das schnell, wenn man sie für unterschiedliche Verkabelungen ein paar hundert Mal laufen lassen muss, und moderne Fahrzeuge können Kabelbäume mit einer Gesamtlänge von buchstäblich mehreren Kilometern haben. Fünf Meilen isoliertes Kupferkabel sind schwer! Untersuchungen von IDTechEx ergaben, dass ein Kabelbaum mehr als 60 kg wiegen kann, was die Gewichtseinsparung von Tesla um 17 kg beeindruckend macht.

Ein weiterer Grund dafür, dass ein großer Kabelbaum nicht wünschenswert ist, sind die Arbeitskosten, die für den Bau eines Kabelbaums anfallen. Ein einzelner Kabelbaum verfügt über Hunderte, manchmal Tausende von Anschlüssen. Bei jedem muss der Draht abgeschnitten, abisoliert, gecrimpt und in den richtigen Stift im Stecker eingepasst werden, und das geschieht von Hand! Dabei handelt es sich um knifflige Aufgaben, die ein hohes Maß an Geschicklichkeit, Liebe zum Detail, Erfahrung und Geschicklichkeit erfordern. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sie in absehbarer Zeit von Maschinen reproduziert werden können.

Durch die unternehmensinterne Steuerungsentwicklung kann Tesla von einer zentralisierten zu einer lokalen Steuerungsarchitektur übergehen. In einer zentralisierten Architektur muss ein Controller oder eine kleine Gruppe von Controllern mit Geräten rund um das Fahrzeug kommunizieren. Angenommen, am gegenüberliegenden Ende des Fahrzeugs befindet sich eine Gruppe von fünf Geräten, für die möglicherweise eine 4 m lange Kabelstrecke erforderlich ist. Nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass jedes Gerät mindestens vier Anschlüsse hat, einen für Strom, einen für Masse und zwei für CAN; Einige Geräte haben weniger, andere viel mehr. Jetzt sind es also 20 Drähte und 80 m Kabel, nur für eine kleine Gruppe von Geräten. Eine lokalisierte Architektur bedeutet, dass ein kleinerer Controller als Hub in der Mitte dieser Geräte fungiert. Es verfügt über eine Ethernet-Verbindung zu den zentralen Steuergeräten des Fahrzeugs und nur sehr geringe Strecken zu den einzelnen Geräten. So könnten nun beispielsweise 80 m Kabel auf beispielsweise 40 m reduziert werden.

Zusätzlich zur Änderung der Controller-Architektur stellt Tesla für die Niederspannungsgeräte auf eine 48-V-Architektur um, was weitere Vorteile mit sich bringt. Das 48-V-System oder Niederspannungssystem wird zur Stromversorgung von Komponenten wie Sensoren, Lichtern, Infotainment und so ziemlich allen elektronischen Geräten außer dem Antriebsstrang verwendet. Die meisten Fahrzeuge verwenden ein 12-V-System, das von dem Bleisäureklumpen unter der Motorhaube gespeist wird, eine Technologie, die mittlerweile über 150 Jahre alt ist. Laut Tesla muss ein 12-V-System mit allen Zusatzverbrauchern rund um das Fahrzeug in der Lage sein, in modernen Fahrzeugen über 200 Ampere zu liefern. Da Leistung jedoch aus Spannung multipliziert mit Strom besteht, kann der andere geviertelt werden, wenn einer vervierfacht wird. Das bedeutet, dass das 48-V-System von Tesla nur ein Viertel des Stroms rund um das Fahrzeug benötigt, wodurch viel, viel dünnere Kabel verwendet werden können.

Tesla hat sich den Ruf erworben, jeden Aspekt des Fahrzeugdesigns und der Fahrzeugproduktion unermüdlich zu optimieren. IDTechEx geht davon aus, dass diese Umstellung auf vollständig intern entwickelte Steuerungen und die Einführung eines 48-V-Niederspannungssystems den Beginn noch beeindruckenderer Erfolge von Tesla bei der Fahrzeugoptimierung markieren werden.

Die vollständige Kontrolle über die Controller im gesamten Fahrzeug gibt Tesla nicht nur mehr Freiheit bei der Weiterentwicklung seiner Architektur, sondern auch mehr Verhandlungsmacht in der Lieferkette. Die Automobilindustrie erlebte während der COVID-Pandemie ein böses Erwachen und erkannte, wie sensibel sie auf die Halbleiterversorgung war. Viele Produktionslinien kamen schleifend zum Stillstand, weil die Fahrzeugkontrolleure nicht auftauchten. Durch die interne Steuerungsentwicklung ist Tesla weniger anfällig für diese Störungen. Es kann Chips schnell neu entwerfen, um die Versorgung zu verbessern, oder bei anderen Halbleiterherstellern nach Kapazitäten suchen, um den Fluss aufrechtzuerhalten. In den letzten Jahren haben andere OEMs lautstark darüber gesprochen, auch einige Halbleiterchip-Designs intern zu entwickeln, aber Tesla ist der Vorreiter, indem es die Messlatte auf 100 % internes Design höher legt.

Tesla hat diese Stärke bereits zuvor unter Beweis gestellt, als es von der Hardwareversion 2.5 (HW2.5) auf HW3 umgestiegen ist. In HW2.5 enthielt das zentrale autonome Gehirn vier Chips, zwei Nvidia Parker SoCs (System on Chip), eine Nvidia Pascal GPU (grafische Verarbeitungseinheit) und eine Infineon MCU (Mikrocontroller-Einheit). HW 3 hingegen hatte nur zwei Chips, beide Tesla-SoCs und beide von Samsung im 14-nm-Verfahren hergestellt. Dies gibt Tesla mehr Verhandlungsmacht, da TSMC und GlobalFoundries ebenfalls über 14-nm-Prozesse verfügen, was mehr Optionen und ein größeres potenzielles Angebot bedeutet. Es verkürzt auch die Lieferkette, da Nvidia keine Fabs hat, das heißt, das Unternehmen entwirft die Chips, muss sie dann aber in einer der großen Gießereien herstellen lassen, genau wie Tesla; Dies wird wahrscheinlich zu Kosteneinsparungen für Tesla führen.

Tesla sagt außerdem, dass sie dadurch, dass sie mehr Design ins eigene Haus bringen, Features und Funktionalitäten spezifizieren können, die über das hinausgehen, was die Tier-2-Zulieferer anbieten. Wenn OEMs Standardprodukte kaufen, gehen sie zweifellos Kompromisse ein. Eine Chip-Architektur aus einem Tier 2 soll möglichst marktfähig sein und den Bedürfnissen vieler gerecht werden. Das bedeutet normalerweise, dass es nicht auf die Bedürfnisse einer Person zugeschnitten ist. Den Designprozess ins eigene Haus zu bringen, ist nicht trivial, aber jetzt, da dies der Fall ist, kann Tesla Chips bauen, die nur für Teslas entwickelt wurden. Der Bericht „Semiconductors for Autonomous and Electric Vehicles 2023-2033“ von IDTechEx beschreibt einige der bestehenden Halbleiterlieferketten und erklärt, welche anderen OEMs interne Controller-Designs untersuchen und warum.

Obwohl sich dieser Artikel auf Mikrocontroller konzentriert, bietet „Halbleiter für autonome und elektrische Fahrzeuge 2023–2033“ eine ganzheitliche und umfassende Abdeckung der Halbleiter im gesamten Auto, einschließlich ADAS, Autonomie, LiDAR, Radar, Kameras, 4G-Konnektivität, 5G-Konnektivität, elektrische Antriebsstränge, MCUs, SOCs und mehr. IDTechEx kann Unternehmen dabei helfen, alle neuen Technologien zu verstehen, die in Fahrzeuge kommen, die Technologien, die sich am Horizont abzeichnen, und wie sich die sich entwickelnde Automobilindustrie auf die Halbleitermärkte auswirken wird. Weitere Informationen und herunterladbare Beispielseiten finden Sie unter www.IDTechEx.com/AutoSemi.

IDTechEx-Forschung

Diese Forschung ist Teil des breiteren Mobilitätsforschungsportfolios von IDTechEx, das die Einführung von Autonomie, Elektrofahrzeugen, Halbleitern für autonome und elektrische Autos, Batterietrends und die Nachfrage an Land, zu Wasser und in der Luft verfolgt und dabei hilft, die Zukunft zu steuern. Erfahren Sie mehr unter www.IDTechEx.com//Research/EV.

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