Fran Candal und Lennart Tremp der ESG Mobility beim Brainstorming | © ESG Mobility

EMBEDDED HIGH

PERFORMANCE COMPUTING

Wie neue digitale Plattformen den Weg des Autos von Morgen verändern

Sich heutzutage mit automobiler Software-Entwicklung zu befassen, bedeutet, sich mit teils in die Jahre gekommener Technik zu befassen. Bus-Systeme wie CAN oder FlexRay dominieren die Entwicklung, ohne den gestiegenen Anforderungen an moderne Gesamt-Fahrzeugentwicklung Rechnung zu zollen. Doch nicht nur die Welt und Autoreifen drehen sich – auch in der Branche gibt es neue Trends und Aussichten, die Hoffnung wecken. Denn die Hard- und Software von Morgen wird anders aussehen, als wir sie in aktuellen Serien-Fahrzeugen vorfinden. Und das ist auch gut so, denn die Anforderungen an immer digitaler werdende Fahrzeuge steigen. Hierbei sprechen wir nicht nur von dem, was wir auf den ersten Blick sehen. Meist unter der Oberfläche wollen Videostreams verarbeitet, wollen Daten von Radarsystemen und Echtzeit-Kommunikationskanälen ausgewertet werden.

Vorbei sind die Zeiten, in denen Lösungen klassisch mittels einzelner Signale zu verarbeiten waren. Streams und Eventgetriebene Kommunikation bestimmen das automobile Tagesgeschehen. Software nimmt eine immer größere Rolle ein, und will stets up to date sein! Damit dies überhaupt möglich wird – auch nach Auslieferung des Fahrzeugs – müssen die benötigten Software-Komponenten voneinander entkoppelt sein.

Um Performance- und auch Integrationsbedarf zu minimieren, kommt Embedded High Performance Computing (HPC) ins Spiel: Verschiedene, für spezielle Aufgaben optimierte System-on-Chip-Lösungen (SoCs) bündeln Berechnungen in einer physikalischen Einheit mit schnellen Verbindungen. Dieser zentralisierte Ansatz besteht schon, beispielsweise in den Chips für Grafik, Sicherheit, K.I. etc., die sich in modernen Smartphones finden lassen.

Was ist eigentlich Embedded High Performance Computing?

Wikipedia leistet in der Formulierungsfrage die wichtige Vorarbeit: „Hochleistungsrechnen (englisch high-performance computing, HPC) ist ein Bereich des computergestützten Rechnens. Er umfasst alle Rechenarbeiten, deren Bearbeitung einer hohen Rechenleistung oder Speicherkapazität bedarf.“
Eine HPC stellt Server und Client gleichzeitig dar, nach dem aus der IT bekannten Prinzip, Rechenleistung in IT-Zentren zu verlagern. So können Provider-Dienste zur Verfügung gestellt, aber auch Dienste anderer verbauter HPCs im Fahrzeug genutzt oder Verbindungen ins Internet hergestellt werden. Die Gesamtfunktionalität besteht letztlich aus der Verbindung aller genutzten Dienste.

Der Kreis zum immer digitaler werdenden Fahrzeug und somit dem Einzug der IT ins Auto schließt sich hier. Um die benötigten Mechanismen effektiv umzusetzen, bestehen dabei hohe Anforderungen an Safety und Security – trotz ähnlichen Klangs unterschiedliche Felder. 

Welche Vorteile bringt High Performance Computing mit?

Um die Vorteile von HPC zu erläutern, ist ein Blick in die Vergangenheit nötig, oder doch auf die grundlegende Struktur im Fahrzeug, bei dem für neue Funktionen nur allzu oft neue Hardware zu verbauen war. Beinahe zwangsläufig führt dies zu einem unübersichtlichen Gesamtkonzept, bei dem Funktionen redundant laufen und Leistungspotentiale unerschlossen blieben. Und doch stoßen viele dieser Netzwerke, wie auch die zugrunde liegenden Mikroprozessoren, nach und nach an ihre Grenzen. Hier bietet High Performance Computing Lösungen an. Durch die leistungsfähige Hardware, vor allem aber die Trennung von Ressourcen mittels Virtualisierung bleiben Systeme skalierbar. Die Logik eines gesamten Fahrzeugs kann in wenigen HPCs abgebildet werden, im Gegensatz zur reinen Rohdaten-Lieferung herkömmlicher Sensoren. Alle Daten des Fahrzeugs einsehen und kombinieren, hohe verfügbare Rechenleistung, Verteilung oder gar Auslagerung von Funktionen auf Rechner: Daraus ergibt sich die Möglichkeit, Anwendungen over-the-air zu aktualisieren. Also endlich Schluss mit dem Austausch der kompletten Hardware, mit allen Nachteilen in der Entwicklung, dem Testing und den Wartezeiten (plus Ärger) für Kunden.

Birne ESG Mobility | © ESG Mobility
Was kann High Performance Computing denn nun wirklich?
 

Der Titel des Artikels versprach: Wegbereiter sein, skalierbar bleiben, update-fähig sein. Zeit, noch einen Schritt weiter zu denken: Den Weg zum Fahrzeug als Hardware-Plattform für modernste Software zu ebnen. Dies ist die Voraussetzung für kommende Mobilitätskonzepte wie autonomes Fahren oder Mobility-as-a-Service. Die komplette Vernetzung des Fahrzeugs bietet völlig neue Möglichkeiten des Fahrzeugdesigns und neuer Funktionen. High Performance Computing macht Innovationen in der Branche überhaupt erst möglich.

Wie nutzt die ESG Mobility High Performance Computing in der Fahrzeug-Entwicklung?
 
  • Die ESG Mobility vereint als moderner Akteur einer sich wandelnden Branche Entwicklungskompetenzen, die zwingend erforderlich sind.
  •  Systemseitige Definition von Schnittstellen und Diensten (z.B. mit PREEvision) auf den HPCs und für Backend-Dienste
  • Expertise in C++
  • Verwendung von Automotive-spezifischen Paradigmen (Architektur/Design Patterns
  • Objektorientierte Entwicklung und Einhaltung von Safety und Security
  • Verbindung von agilen Methoden mit Automotive SPICE
High Performance Computing und die kommenden Dekaden einer mobilen Zukunft
 

Wer sich für aktuelle Trends in der Fahrzeugentwicklung interessiert, stellt mit der Interessensfrage in der Regel auch die nach dem Danach: Was kommt nach High Performance Computing? Wie entwickelt sich die Branche weiter? Sind Partner aus der Branche mit dem wichtigen Blick nach vorne ausgestattet, um neue Erkenntnisse am digitalen Horizont zu erkennen?

Die Spezialisten der ESG Mobility sehen im High Performance Computing einen der Wege in die Zukunft. Fahrzeuge können Schritt für Schritt autonomer werden. Kunden können ihre Fahrzeuge selbständig mit neuen Funktionen ausstatten, ähnlich zum Hinzufügen neuer Apps auf einem Smartphone. Dies ermöglicht völlig neue Geschäftsmodelle – fordert allerdings auch ein Umdenken der Endkunden, vor allem bezogen auf den Eigenbesitz von Fahrzeugen.

Auch neue Mobilfunkstandards, die Echtzeitdaten mit Fahrzeugen austauschen, sind Zukunftsmodelle. So lassen sich Funktionen – auch solche, die die Lebenszeit des Fahrzeugs betreffen – auf eine Cloud-Infrastruktur auslagern, sie dort sogar initial zu entwickeln. Der Bedarf an Rechenkapazität im Fahrzeug sinkt, und Leistung lässt sich dort skalieren, wo sie benötigt wird, nämlich im Rechenzentrum. Punktsieg für den Kunden – der zahlt dann nur noch für die tatsächliche Nutzung von Funktionen. Frischer Wind für eine Branche, deren Tore sich somit auch für Startups und neue Geschäftsmodelle öffnen, um die „Plattform Fahrzeug“ zu erweitern, um echten Mehrwert für Kunden zu generieren.

In A Nutshell

  • E/E Embedded Softwareentwicklung
  • SOA (Service Oriented Architecture)
  • POSIX Betriebssysteme
  • Cyber Security
  • C, C++
  • CAN, FR, LIN, Ethernet
  • ASPICE
  • Adaptive AUTOSAR
  • FuSi
Jens Schmidt ESG Mobility | © ESG Mobility
Jens Schmidt
Leiter ESG Mobility Fulda

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