NXP: 5-nm-Automotive-Prozessoren bereits ab 2021

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20 Prozent schneller, 40 Prozent sparsamer als 7-nm-ICs: NXP will seine System-on-Chips für Automobil-Anwendungen zukünftig im 5-nm-Prozess bei TSMC fertigen lassen – mit der kleinstmöglichen derzeit kommerziell herstellbaren Strukturgröße.

Wenn es um Indikatoren für hohes Innovationstempo in der Elektronikbranche geht, ist einer davon sicher die Halbleiterfertigungstechnik: Erst vor gut zwei Jahren liefen die ersten Chips vom Band, deren kleinste Strukturgrößen lediglich 7 nm messen – darunter Apples iPhone-und iPad-Triebwerk A12 Bionic, ein System-on-Chip (SoC) mit integrierten KI-Funktionen.

Möglich machte dies die extrem teure EUV-Lithographie (EUVL), die Wafer-Substrate mit „Licht“ im extrem ultravioletten Wellenlängenspektrum belichten kann. Anfang Juni 2020 gab der weltweit größte Halbleiterproduzent Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, kurz TSMC, bekannt, ab jetzt erste für den Automotive-Markt zertifizierte Chips im 7-nm-Prozess herstellen zu können.

Mit einheitlicher Architektur sollen neue Fahrzeug-SoCs Maßstäbe setzen

Schon folgt der nächste Schritt: TSMC steht offenbar kurz vor der kommerziellen Einführung seiner 5-nm-CMOS-Fertigung. So will der europäische Konzern NXP Semiconductor eben diese Technik für die nächste Generation seiner High-Performance-Automobilprozessor-Plattform einsetzen und Fahrzeuge endgültig zu „leistungsstarken Computer auf Rädern“ entwickeln.

Die neuen SoCs sollen in Punkto funktionaler Sicherheit, Cybersecurity und Datenintegrität Maßstäbe setzen und Teil einer weitgehend einheitlichen Architektur sein. Bereits 2021 will NXP Lead-Kunden mit den neuen Bausteinen beliefern.

Nur zwei Chipfertiger beherrschen bislang die 5-nm-CMOS-Fertigung

Das aus der Philips-Halbleitersparte hervorgegangene und später mit Freescale (Ex-Motorola Halbleiter) fusioniert NXP stellt zwar auch selbst ICs her, allerdings hat das Unternehmen das Rennen um immer kleinere Strukturgrößen in der Fertigung längst aufgegeben und lässt entsprechende Chips bei Technologiepartnern herstellen. Bereits bei 16-nm-Schaltkreisen hat NXP eng mit TSMC zusammengearbeitet.

Die 5-nm-Technologie von TSMC zählt zu den derzeit modernsten Halbleiterproduktionsverfahren – nur Samsung ist aktuell ähnlich weit fortgeschritten beim Aufbau dieser sehr investitionsintensiven, EUVL-basierten (extreme ultra-violet litography) Fertigungstechnik. Der langjährige Prozessor-Primus Intel hingegen scheint endlich sein 10-nm-Verfahren im Griff zu haben, das noch ohne EUVL auskommt. Wobei Intels 10-nm-Technik bei wichtigen Kenndaten – etwa Fin- und Gate-Größe der Transistoren – nach vorliegenden Informationen gleichauf ist mit der 7-nm-Technik von TSMC. Erst Ende 2021 will auch Intel 7-nm-Chips produzieren.

Neue NXP-SoCs entstehen im „N5P“-Prozess bei TSMC

Nach eigenen Angaben wird NXP zukünftig den „N5P“-Prozess von TSMC nutzen. Im Vergleich mit der 7-nm-Generation soll dieser eine Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit um 20% bei gleichzeitig um 40% reduzierter Energieaufnahme ermöglichen. Naturgemäß ist zudem die mögliche Gate-Dichte um einiges höher.

Seine 5-nm-SoCs will NXP für ein breites Spektrum von Funktionen und Aufgaben anbieten – von vernetzten Fahrzeug-Cockpits und leistungsstarken Domänencontrollern über autonomes Fahren und anspruchsvolle Netzwerklösungen bis hin zur Steuerung von Hybridantrieben und integriertem Chassis Management.

Gemeinsame Softwareumgebung, weite Skalierbarkeit

Los geht es mit der bereits eingeführten S32-Prozessorplattform, die zukünftig im neuen Verfahren gefertigt wird. Laut NXPs ermögliche die Umstellung „ganz neue Architekturen mit hoher Skalierbarkeit und gemeinsamer Softwareumgebung“. Entwickler sollen damit die wachsende Komplexität der Software für moderne Fahrzeuge in den Griff bekommen und die Entwicklung ihrer Produkte beschleunigen können.

Nicht zuletzt mit Blick auf Fahrzeuge mit alternativen Antrieben – Stichwort Elektromobilität – müssen zukünftige Prozessorplattformen den Spagat zwischen hoher Rechenleistung und sehr guter Energieeffizienz besser als bisherige Lösungen meistern. Darüber hinaus will NXP den Markt mit „erstklassiger IP für die notwendigen Fahrzeugsicherheits- und Cybersecurity-Standards“ versorgen.

NXP und TSMC beschleunigen den Wandel vom Auto zum Computer auf Rädern

„Moderne Architekturen müssen eine harmonisierte Software-Infrastruktur bieten über alle Fahrzeugdomänen hinweg – nur dann lassen sich Investitionen, Skalierbarkeitspotenziale und Ressourcen optimal nutzen“, erklärt Henri Ardevol, der als Executive Vice President bei NXP den Geschäftsbereich Automobilprozessoren leitet. Daher habe sich NXP zum Ziel gesetzt, auf Basis der 5-nm-Technologie von TSMC eine Computing-Plattform für Fahrzeuge auf den Markt zu bringen, die eine konsistente Architektur aufweist und herausragend ist in Leistung, Energieverbrauch, funktionaler Sicherheit und Cybersecurity. Er ist überzeugt: „Dank der TMSC-Partnerschaft ist NXP bestens aufgestellt, um die automobilspezifischen Anforderungen optimal zu bedienen.“

„Die jüngste Zusammenarbeit von TSMC mit NXP macht deutlich, wie sich Automobil-Chips von einfachen Mikrocontrollern zu hochentwickelten Prozessoren entwickelt haben – ebenbürtig mit anspruchsvollsten Hochleistungs-Computeranwendungen“, sagt Dr. Kevin Zhang, Vice President of Business Development bei TSMC. Gemeinsam werde man das intelligente Auto der Zukunft entscheidend mitprägen.

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