Mannheim CeCaS - CentralCarServer - Supercomputing für Automotive

Abstract

Die Automobilindustrie erlebt durch das rasante Wachstum neuer Funktionalitäten einen Paradigmenwechsel, der zu neuartigen, softwaredefinierten und servicezentrischen E/E-Architekturen führt. Zukünftige Architekturen gliedern sich in eine funktionale Hierarchie, an deren Spitze ein zentraler Car Server (bzw. Car Computer) steht, welcher höchste Anforderungen an Rechenleistung, Datendurchsatz und Kommunikationsbandbreite erfüllen muss. Darunter befindet sich das fahrzeuginterne Netzwerk, das klassische Endpunkt-Steuergeräte (ECUs) mit dem Server verbindet. Der aktuelle Trend geht dabei von domänenspezifischen zu zonalen Topologien über, bei denen Zonen-Controller lokale Sensoren und Aktoren bündeln, um Kabelbaumgewicht und damit Energie zu sparen. Aufgrund der enormen Rechenanforderungen im Bereich des hochautomatisierten Fahrens (z.B. durch künstliche Intelligenz) werden heterogene System-on-Chip (SoC)-Architekturen benötigt. Diese kombinieren klassische CPUs mit spezialisierten Hardware-Beschleunigern wie KI- oder neuromorphen Co-Prozessoren, um eine hohe Rechenleistung pro Chipfläche bei maximaler Energieeffizienz zu gewährleisten. Neben der Rechenleistung spielt auch eine optimierte Speicherhierarchie eine Schlüsselrolle, um datenflussgetriebene Automotive-Anwendungen effizient abzuarbeiten. Aus Sicht der Softwarearchitektur erfordert dieser zentrale Car Server ein Betriebssystem, das eine strikte Separierung und Isolation von Anwendungen unterschiedlicher Kritikalität (Mixed Criticality) sicherstellt. Nur durch eine vollständige räumliche und zeitliche Isolation können Safety-Garantien gewahrt und im Falle von IT-Sicherheitsangriffen das Risiko auf einzelne Applikationen beschränkt werden.