Warum sind Autos, die Zehntausende von Dollar kosten, heute mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen ausgestattet?

Warum sind Autos, die Zehntausende von Dollar kosten, heute mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen ausgestattet?

Alles rund ums Auto wird neu strukturiert. Die strenge Hierarchie nach PS und Radstand lockert sich. Die Technologie hat den Markenaberglauben aufgebrochen und eine neue Gleichheit geschaffen. ADAS-Chips schreiben die technologische Ära des assistierten Fahrens im Automobilbereich neu, ähnlich wie Computer- und Handychips. Vom Giganten im Labor zum High-End-Produkt mit wenigen Produkten und der anschließenden rasanten Entwicklung durch steigende Rechenleistung und sinkende Preise wird letztendlich allen zugutekommen. Aus diesem Grund war hochentwickeltes assistiertes Fahren vor einigen Jahren Luxusautos im Wert von Hunderttausenden oder Millionen vorbehalten, doch heute ist die Schwelle deutlich gesunken. Die ADAS-Branchengeschichte dreht sich daher um die beiden Hauptlinien „Technologiezugänglichkeit“ und „Architekturvereinfachung“. An dieser Schnittstelle entwickeln sich einige technische Kräfte, die im Zeitalter mobiler Computer stark akkumuliert sind, rasant und prägen ein neues Marktmuster.

Vor genau 100 Jahren, im Jahr 1925, fuhr ein Auto namens „American Wonder“ auf dem Broadway in Manhattan, New York. Das Auto geriet ins Schlingern und wäre mehrmals beinahe mit anderen Fahrzeugen zusammengestoßen, sodass die Polizei schließlich alarmiert wurde, um das Auto zu eskortieren. Doch am Ende prallte das Auto dennoch mit einem anderen Auto zusammen, in dem sich ein Kameramann befand.

Das Time Magazine berichtete über dieses bedeutende Auto und nannte es „Tramp“, weil es so schlecht fuhr.

Das „Amerikanische Wunder“ ist in die Geschichte eingegangen, weil es als Beginn des autonomen Fahrens gilt. Dieses Auto wurde vom Erfinder Francis P. Hudina erfunden. Die vom Auto ausgesendeten Funkwellen dienen zur Steuerung des Motors und damit zur Steuerung von Lenkrad, Kupplung und Bremsen.

Zu diesem Zeitpunkt befand sich also kein Fahrer im Auto.

Hier treffen die beiden Hauptlinien von ADAS zusammen

Ganze 100 Jahre sind vergangen. Wo bleibt der Fortschritt beim autonomen Fahren?

Gemäß dem SAE J3016-Standard für autonomes Fahren handelt es sich bei der aktuellen Stufe um assistiertes Fahren der Stufe L2. Dies bedeutet, dass das System gleichzeitig eine kontinuierliche Quer- und Längssteuerung durchführen kann (z. B. Spurzentrierung + adaptive Geschwindigkeitsregelung). Der Fahrer muss während des gesamten Vorgangs die Umgebung überwachen, seine Hände am Lenkrad behalten (oder es berühren) und jederzeit bereit sein, die Kontrolle zu übernehmen.

In dieser Phase ist der Fahrer die Hauptverantwortliche für das Fahren, grundlegende Fahrverhaltensweisen können jedoch an die Maschine übergeben werden.

Es ist in der Tat ein langer und beschwerlicher Weg. Autonomes Fahren gibt es zwar schon seit hundert Jahren, aber es scheint, als sei man erst auf halbem Weg.

Doch die Geschwindigkeit der Geschichte ist nie gleichmäßig. So wie der von der Menschheit in diesem Jahrhundert geschaffene Reichtum und die Leistung weitaus größer sind als die Summe der bisherigen Geschichte, wird auch die Entwicklung der autonomen Fahrtechnologie immer schneller voranschreiten.

Woher weißt du das?

In der zweiten Jahreshälfte 2023 kam der Xiaopeng G6 auf den Markt. Der Preis für das Stadt-NOA-Modell (Automatic Assisted Navigation Driving) wurde auf 230.000 Yuan und für das Hochgeschwindigkeits-NOA-Modell auf 210.000 Yuan gesenkt. Dieser Preis sorgte damals für einen Schock in der Branche, denn zuvor musste man für ein Auto mit Stadt-NOA im Grunde über 300.000 Yuan ausgeben.

Weniger als zwei Jahre später hat die Popularität und Zugänglichkeit von ADAS (Advanced Driver Assistance System) die damaligen optimistischen Schätzungen übertroffen.

Der Leapmotor B10, der im ersten Quartal dieses Jahres vorbestellt wurde, verwendet einen Qualcomm Snapdragon 8650 ADAS-Chip und ein nach vorn gerichtetes Laserradar für 120.000 Yuan. Diese Hardware-Kombination und das umfassende ADAS-Modell reichen aus, um dieses Modell für intelligentes Fahren mit hoher Geschwindigkeit, intelligentes Fahren im Stadtverkehr und Parken mit Parkspeicher zu unterstützen.

Natürlich verwendet der Leapmotor B10 mehr als einen Qualcomm Snapdragon Automotive-Chip. Für das Smart Cockpit hat sich Leapmotor auch für den aktuellen Flaggschiff-Chip Snapdragon 8295 entschieden, um diesem Einstiegsmodell mit einem Preis von unter 100.000 Yuan ein Audio-, Video- und KI-Erlebnis im Cockpit zu ermöglichen, das sonst nur in Mainstream- und sogar High-End-Modellen verfügbar ist.

Das Marktforschungsunternehmen Canalys prognostiziert, dass die Durchdringungsrate von Fahrassistenzfunktionen der Stufe 2 und höher auf dem chinesischen Markt bis 2025 62 % erreichen wird, wobei die NOA-Rate auf Autobahnen und die NOA-Rate in Städten 10,8 % bzw. 9,9 % erreichen wird.

In dieser Ära des Wandels erscheinen viele Dinge widersprüchlich und unlogisch, doch wenn man genau darüber nachdenkt, ergeben sie Sinn.

Es gibt viel Werbung für assistiertes Fahren, aber verglichen mit den inländischen Autoverkäufen von mehr als 31 Millionen Fahrzeugen ist die Durchdringungsrate von NOA auf Autobahnen und in Städten tatsächlich niedriger als viele Leute denken und es gibt in Zukunft noch viel Raum für Verbesserungen.

Es ist absehbar, dass in Zukunft Autos im Wert von mehreren zehntausend Yuan über Autobahn-NOA verfügen werden, Autos im Wert von rund 100.000 Yuan über Autobahn-NOA und Stadtpendler-NOA und Autos im Wert von weniger als 150.000 Yuan über Vollszenario-NOA verfügen werden, was in der Automobilindustrie zur Norm werden wird.

Dies ist heute die erste Hauptlinie von ADAS: Es wird in sehr kurzer Zeit billiger und beliebter werden.

Was die zweite Hauptlinie betrifft, ist sie etwas geheimnisvoller. Autos haben sich längst von einfachen mechanischen Industrieprodukten zu komplexen Industrieprodukten entwickelt, die Mechanik und Elektronik miteinander verbinden. In diesem Prozess hat die Anzahl elektronischer Steuergeräte (ECUs) in Fahrzeugen zugenommen – von traditionellen Motorsteuerungssystemen, Airbags, Antiblockiersystemen, elektrischer Servolenkung und elektronischen Karosseriestabilisierungssystemen bis hin zu intelligenten Instrumenten, Unterhaltungs- und audiovisuellen Systemen sowie Fahrassistenzsystemen. Hinzu kommen elektrische Antriebssteuerungen, Batteriemanagementsysteme und Bordladesysteme für Elektrofahrzeuge sowie die boomenden Bord-Gateways, T-Boxen und Fahrerassistenzsysteme.

Bei so vielen elektronischen Systemen in einer scheinbar riesigen Fahrzeugkarosserie werden die Nachteile allmählich deutlich: Die Rechenleistung ist verstreut und kann nicht effizient genutzt werden. Jeder Controller-Chip verfügt über redundante Rechenleistung, arbeitet jedoch unabhängig und ineffizient. Mehr Steuergeräte bedeuten mehr Kabelbäume, die in manchen Fahrzeugen bis zu 2.000 Meter lang sein und 20 bis 30 Kilogramm wiegen können. Der Fahrzeugbus ist stark belastet, wodurch leicht Signale verloren gehen können.

Daher hat sich die elektronische und elektrische Architektur von Automobilen in den letzten Jahren stillschweigend verändert und sich von einer komplexen und fragilen verteilten Architektur zu einer funktionalen Domänencontrollerarchitektur entwickelt. Gemäß der aktuellen gängigen Klassifizierung gibt es fünf Haupttypen von Domänencontrollern: Antriebsdomäne (Power Train), Fahrwerkdomäne (Chassis), Karosseriedomäne (Body/Comfort), Cockpitdomäne (Cockpit/Infotainment) und Fahrerassistenzdomäne (ADAS).

Einige Automobilunternehmen werden Domänencontroller weiter zentralisieren und sie in eine Drei-Domänen-Architektur aus „Vehicle Domain Controller (VDC), Driver Assistance Domain Controller (ADC, ADASAD Domain Controller) und Cockpit Domain Controller (CDC)“ integrieren.

Doch die Drei-Domänen-Architektur ist nicht das Ende.

Das Konzept der „Kabinen-Fahrer-Integration“ ist im Kommen und die Branche hofft, dass ein einziger SoC-Chip ADAS und das intelligente Cockpit steuern kann.

Die auf der CES 2023 vorgestellte Snapdragon Ride Flex-Plattform (einschließlich Qualcomm Snapdragon 8775) unterstützt sowohl Smart-Cockpit- als auch ADAS-Funktionen mit einem einzigen SoC. Auf der Shanghai Auto Show präsentierten BAIC und Qualcomm gemeinsam die weltweit erste Cockpit-Fahrer-Fusions-KI-Plattform. Derzeit werden mehrere Projekte auf Basis des Snapdragon 8775 Cockpit-Fahrer-integrierten SoC-Chips im Praxistest getestet. Es wird erwartet, dass das offizielle Modell der Cockpit-Fahrer-integrierten Lösung bald verfügbar sein wird.

Der bereits erwähnte Leapmotor B10 nutzt eine One-Box-Lösung mit zwei Snapdragon-Chips für ADAS und Smart Cockpit. Die Vorteile dieser Lösung liegen in der hohen Integration und den niedrigen Systemkosten. Die Ein-Chip-Lösung, die Kabine und Fahrer integriert, senkt die Kosten für Fahrzeughardware weiter, verringert die Systemlatenz und verbessert die Datenkollaboration.

Angesichts der aktuellen Position der Qualcomm Snapdragon Cockpit-Plattform in der Branche und des schnellen Wachstums von ADAS-Chips sowie der Tatsache, dass die Qualcomm Snapdragon Ride Flex-Plattform die gleichzeitige Ausführung von ADAS- und Cockpit-Softwarefunktionen auf einer gemeinsamen Hardwarearchitektur unterstützt, können zuvor von Herstellern auf der Snapdragon Cockpit-Plattform und der Snapdragon ADAS-Plattform entwickelte Algorithmen nahtlos auf die neue integrierte Cockpit-Plattform migriert werden, was die Entwicklungskosten erheblich senkt.

Auf dem Qualcomm Snapdragon Summit im Oktober 2024 stellte Qualcomm eine neue ADAS-Plattform vor – Snapdragon Ride Elite (Snapdragon Ride Elite, dessen SoC Snapdragon 8797 umfasst), die mehr als 40 Kameras und multimodale Sensoren unterstützt, eine KI-basierte End-to-End-Sensorfusion realisiert und eine hochpräzise und zuverlässige 360-Grad-Vollsichtabdeckung der Fahrzeugaußenseite erzeugen kann; sie unterstützt außerdem die Ausführung großer End-to-End-Transformer und anderer Algorithmen, kann Daten verarbeiten und Echtzeit-Entscheidungen für Fahrassistenzsysteme der Stufen L3 und L4 unterstützen.

An diesem Punkt haben die beiden Hauptlinien von ADAS einen klaren Fahrplan und eine klare Schnittstelle:

• Snapdragon Ride-Plattform (Snapdragon 8620): Äquivalente spärliche Rechenleistung 100+TOPS, hauptsächlich für Hochgeschwindigkeits-NOA
• Snapdragon Ride-Plattform (Snapdragon 8650): Äquivalente spärliche Rechenleistung von 200TOPS, hauptsächlich für städtische NOA
• Snapdragon Ride Flex-Plattform (Snapdragon 8775): Fahrer-Kabinen-Integration, Cockpit- und ADAS-Integration
• Snapdragon Ride Platform Extreme Edition (Snapdragon 8797): unterstützt leistungsstarke ADAS- und Kabinen-Fahrer-Integration, ausgerichtet auf die Zukunft der Cockpit- und ADAS-Fusionserfahrung

Am Beispiel des Qualcomm Snapdragon 8775, der bald auf den Markt kommt, schätzt die Branche, dass die Gesamtsystemkosten einer einzelnen Snapdragon 8775-Lösung im Vergleich zur Kombination des Mainstream-Cockpit-Chips Snapdragon 8155 der Mittelklasse und des kostengünstigen ADAS-Chips Snapdragon 8620 um mindestens 20 % sinken werden.

Es ist ersichtlich, dass die Popularisierung von ADAS durch die technologische Entwicklung der Fahrerkabinen-Integration weiter vorangetrieben werden kann und dass sich die Qualcomm Snapdragon Ride-Plattform an der Schnittstelle zwischen Straße und Ziel befindet.

Die Doppelhelix aus technologischer Entwicklung und kommerzieller Umsetzung braucht einen Verbindungspunkt

Obwohl die Idee des autonomen Fahrens bis ins Jahr 1925 zurückreicht und das „American Wonder“-Auto die Vision der Menschheit vom Fahren der Zukunft darstellt, nahm der aktuelle technische Ansatz auf Basis von ADAS (basierend auf Computer Vision und maschinellem Lernen) erst in den 1970er und 1980er Jahren Gestalt an: Forschungen des japanischen Tsukuba Mechanical Engineering Laboratory und der Carnegie Mellon University in den USA führten Kameras bzw. Technologien für künstliche Intelligenz mit neuronalen Netzwerken ein.

Man kann erkennen, dass es von der Konzeption bis zum richtigen Weg ein halbes Jahrhundert gedauert hat und dass es von der richtigen technischen Route bis zu dem Punkt, an dem es das Labor verlassen und für jedermann relevant werden kann, fast ein halbes Jahrhundert gedauert hat.

Nachdem dieser lange Weg etabliert ist, verläuft die Entwicklung von der Labortechnologie bis zur Popularisierung oft im „Tick-Tack“-Rhythmus. Eine Zeit lang muss die Technologie leistungsorientiert sein und genügend Leistungsredundanz lassen; eine andere Zeit lang muss die Technologie die Leistung optimieren, um jedes bisschen Leistung optimal zu nutzen.

Dasselbe gilt für das assistierte Fahren. In den letzten zwei Jahren haben viele Autohersteller, ungeachtet der Kosten, hochentwickelte Computerchips eingebaut, die sie dann aber nicht nutzen konnten …

Der „Tick-Tack“-Rhythmus der technologischen Entwicklung im ADAS-Bereich hat das Stadium erreicht, in dem Ressourcen optimal genutzt und Kosten gesenkt werden.

Beispielsweise hat der ADAS-Lösungsanbieter Zhuoyu Technology basierend auf der Snapdragon Ride-Plattform (Snapdragon 8650) eine grundlegende ADAS-Lösung mit NOA-Funktion auf den Markt gebracht. Die Hardwarekosten betragen etwa 7.000 Yuan, was in der Branche äußerst kostengünstig ist.

Bis 2025, wenn sich die Verbreitung von Hochgeschwindigkeits-NOA und städtischem NOA von einer Nische zum Massenmarkt entwickelt hat, werden sich Autohersteller, Lösungsanbieter und Verbraucher eher darauf konzentrieren, wer eine höhere Systemleistung, eine stärkere ökologische Anpassungsfähigkeit und einen kostengünstigeren Lieferweg bei angemessener Rechenleistung und angemessenem Stromverbrauch bieten kann, als auf die Rechenleistung selbst.

Interessanterweise interessieren sich vor allem Automobilprodukte im Mainstream-Preissegment für integrierte Cockpit-Fahrer-Lösungen. Bei Produkten im Preisbereich von 100.000 bis 200.000 Yuan ist das Spannungsfeld zwischen Komfort und Kosten am größten. „Ich will dies, dies und dies“ ist die alltägliche Produktdefinition. Daher ist eine integrierte Cockpit-Fahrer-Lösung auf einem Chip, die nicht nur ein intelligentes Cockpit und ADAS, sondern auch Kostensenkungen erfordert, der einzige Weg in die Zukunft.

Tatsächlich ist es nicht schwer zu verstehen, dass die Entwicklung von ADAS-Lösungen der Entwicklung von Batterien und Ausdauer von Elektrofahrzeugen sehr ähnlich ist. Wenn Elektrofahrzeuge früher eine lange Ausdauer erreichen sollten, dachte man zunächst an eine Batterie mit hoher Energiedichte und großer Kapazität, vorzugsweise eine ternäre Lithiumbatterie mit einer Kapazität von 100 kWh. Kosten und Gewicht waren jedoch schwer zu kontrollieren. Daher begannen viele Automobilhersteller später, Aspekte wie die Reduzierung des Luftwiderstands und des Karosseriegewichts, das Batterie-, Motor- und elektronische Steuerungsmanagement sowie das Wärmemanagement zu optimieren. Dies ermöglichte auch der 70-kWh-Lithium-Eisenphosphat-Batterie eine gute Ausdauer.

Der einfachste und brutalste Ansatz für ADAS besteht darin, den Chip mit der höchsten Rechenleistung direkt zu verwenden. Betrachtet man jedoch die Kosten, liegt der Preis eines einzelnen Chips bei fast Zehntausenden Yuan, und die Leistungsaufnahme des Chips bei Volllast beträgt 280 Watt. Volkswagen-Modelle und Benzinmodelle lohnen sich definitiv nicht.

Daher bieten Produkte wie Snapdragon 8650 und Snapdragon 8620 ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Energieeffizienz und Kosten und sind gleichzeitig vielseitig und einfach zu entwickeln, sodass sie die Aufgabe, ADAS populär und erschwinglich zu machen, besser bewältigen können.

Auf der diesjährigen Shanghai Auto Show erinnerte sich Cao Xudong, CEO des ADAS-Lösungsanbieters Momenta, an ein kleines Detail der früheren Zusammenarbeit mit Qualcomm:

Wir waren weltweit die Ersten, die den Snapdragon 8620 auf den Markt brachten. Zu diesem Zeitpunkt hatte Qualcomm seinen Produktplan für den Snapdragon 8620 noch nicht veröffentlicht. Wir besprachen mit Qualcomm die Bedürfnisse und Kostenanforderungen des chinesischen Marktes. Qualcomm hielt dies für absolut richtig und unterstützte es voll und ganz. Bei unserem zweiten Treffen hatte Qualcomm bereits den Snapdragon 8620-Chip und eine Demo mit passiver Kühlung vorgestellt. Die Geschwindigkeit war so hoch, dass wir überrascht waren. Die Geschwindigkeit war enorm, insbesondere für chinesische Verhältnisse.

Die zugrunde liegende Botschaft ist: Erstens ist das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungstempo von Momenta und Qualcomm recht hoch, und Qualcomm reagiert sehr schnell auf Kundenbedürfnisse. Zweitens achten viele Autokunden von Momenta sehr sensibel auf Kosten und Wärmeableitung. Denn viele kraftstoffbetriebene Fahrzeuge benötigen mittlerweile auch ADAS-Systeme. Ihre Architektur ist jedoch empfindlich gegenüber Hardware-Energieeffizienz und Wärmemanagementkosten, sodass sie günstige und energieeffiziente ADAS-Chips benötigen.

Der bereits auf dem Markt eingeführte Leapmotor B10, Momenta und Zhuoyue, die umfassende ADAS-Lösungen auf Basis von Qualcomm Snapdragon Ride-Chips anbieten, sowie Bosch und Desay SV, die integrierte Fahrer-Kabinen-Lösungen auf Basis der Qualcomm Snapdragon Ride Flex-Plattform anbieten, beweisen, dass es im ADAS-Bereich eine Doppelspirale aus technologischer Entwicklung und kommerzieller Umsetzung gibt. Der Verbindungspunkt dieser Doppelspirale ist die ADAS-Chip-Plattform mit ausreichender Rechenleistung, niedrigen Kosten, Weiterentwicklung und einfacher Entwicklung.

Offiziellen Angaben von Qualcomm zufolge wurde die Snapdragon Ride-Plattform seit 2016 in über 60 Ländern und Regionen weltweit getestet und wird kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert. Aktuell haben über 20 Automobilhersteller die Markteinführung von Modellen mit ADAS-Funktionen auf Basis der Snapdragon Ride-Plattform angekündigt oder entwickeln diese bereits. Dazu gehören globale Automobilhersteller wie die BMW Group, General Motors, Renault Group, Stellantis Group und Volkswagen Group sowie zahlreiche chinesische Automobilhersteller wie die BAIC Group, Beijing Hyundai, Chery, FAW Group, Leapmotor, SAIC-GM und SAIC Volkswagen.

Qualcomm sprach auch darüber, wie die integrierte Chipplattform für den Kabinenpiloten ihrer Meinung nach die Gesamtkosten der Stückliste senkt und den Computer-Workflow vereinfacht, sowie über ihre Auswirkungen auf die Verringerung der Systemlatenz und die Verbesserung des Datendurchsatzes. Außerdem wurde die Kompatibilität mit der Vergangenheit und die Unterstützung für die Zukunft erwähnt:

Integrations- und Bereitstellungstools vereinfachen die Integration neuer Systeme in bestehende Fahrzeugtechnologien. Sie unterstützen wichtige Kommunikationsprotokolle wie CAN, LIN und Ethernet.

Snapdragon Ride nutzt zudem generative KI, um das Fahrerlebnis zu verbessern, indem es die Einstellungen basierend auf dem Verhalten und den Vorlieben des Fahrers personalisiert. Generative KI kann zudem Fahreraktionen anhand früherer Verhaltensmuster vorhersagen, wodurch das System potenzielle Risiken antizipieren und minimieren kann.

Die Snapdragon Ride-Plattform bietet Testtools mit Echtdaten und Simulationen zum Aufbau einer steuerbaren Testumgebung, die strenge Tests, Verifizierungen und iterative Optimierung unterstützt.

Von den Laboren der Carnegie Mellon University über Googles kommerzielle Erforschung von ADAS bis hin zur kommerziellen Umsetzung durch große inländische Automobilhersteller auf verschiedenen Ebenen, verschiedenen technischen Wegen und verschiedenen Preissegmenten sowie den allmählich konvergierenden und klaren technischen Wegen erfordert der Verbindungspunkt zwischen den beiden natürlich technologische Zugänglichkeit und eine vereinfachte technische Struktur.

Die erfolgreichsten Märkte für Unterhaltungselektronik in der Menschheitsgeschichte sind PCs und Smartphones. Sie führten zur Entstehung von Hardware-Unternehmen und Software-Ökosystemen und wurden sogar zur treibenden Kraft des Wirtschaftswachstums dieser Zeit. Die Entwicklung der Halbleiter spielte bei diesen beiden Veränderungen eine entscheidende Rolle.

Als größter Einzelkategoriemarkt der Welt außerhalb des Immobiliensektors hat der Automobilsektor Halbleitern lange Zeit keine Priorität eingeräumt, doch dieses Mal ist es anders.

Das Auto und sein Erfinder, die vor 100 Jahren durch die Straßen Manhattans rasten, ahnten zwar, was passieren würde, doch angesichts der damaligen Zeitgrenzen wussten sie nicht, dass Halbleiter dabei zum Kernelement der Fahrerassistenz werden würden und dass das Auto, damals ein Symbol der Oberschicht, zum Juwel der Industrialisierung und zu einem für die meisten erschwinglichen Produkt werden würde. Dieses Produkt leitete eine umfassende ADAS-Revolution ein.

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