Integrierte Systeme mit zum Teil Hunderten von Millionen Transistoren eröffnen in zahlreichen Schlüsseltechnologien heute völlig neue Anwendungsfelder. Allerdings besteht ein dringender Bedarf an innovativen Verfahren, um die Zuverlässigkeit durch entsprechende Entwurfs-, Verifikations- und Testverfahren sicher zu stellen. Die hierzu erforderlichen Voraussetzungen und die Trends in der Entwicklung standen im Fokus der deutschsprachigen Expertentagung „Zuverlässigkeit und Entwurf“, zu der die GMM nach München eingeladen hatte. Der rund 150 Personen zählende Teilnehmerkreis aus Wissenschaft und Industrie reichte von Vertretern der Designabteilungen namhafter Halbleiterhersteller über Zulieferer im Bereich Electronic Design Automation bis hin zu Vertretern aus der Automobilindustrie.
Wie in anderen Bereichen der Wirtschaft auch, ist in der Automobilindustrie Zuverlässigkeit eine der wichtigsten Trumpfkarten. Da die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten für die Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs und seines Umfelds von existenzieller Bedeutung ist, arbeitet die Branche verstärkt am „Null-Fehler-Ziel“. Die Realisierung des Vorhabens kann nach Expertenmeinung jedoch nicht allein auf dem Rücken der Produktion ausgetragen werden.
„Zuverlässigkeit muss künftig in des Produkt hineinentwickelt werden“, verdeutlichte Peter van Staa von der Reutlinger Robert Bosch GmbH anlässlich der Tagung. Daraus würden sich spezifische Anforderungen an das Design von ASICs in der Automobilelektronik ergeben. Die Robert Bosch GmbH hat zu diesem Zweck bereits diverse Tools entwickelt. Verbesserte Werkzeuge seien bereits in der Entwicklung, sagt van Staa. Das Gleiche gelte für die Lösung noch bestehender Herausforderungen wie zum Beispiel zur Verbesserung der Lebensdauer von Bauelementen.
Eine Zahl stimmte die Tagungsteilnehmer bedenklich. So wies ein Sprecher von Audi darauf hin, dass 35% aller Elektronikausfälle im Automobil auf fehlerhaft arbeitende Halbleiter zurückzuführen seien. „Es gibt momentan ein Spannungsfeld zwischen Herstellern von Halbleiterbauteilen und Kunden aus dem Automobilbereich“, kommentierte der wissenschaftliche Tagungsleiter Prof. Dr. Hans-Joachim Wunderlich vom Institut für Technische Informatik der TU Stuttgart. In diesem Zusammenhang wurde angeregt, eine Plattform für den beiderseitigen Dialog zu schaffen.
Herausforderung an die EDA-Technik
Die Entwurfskosten für Bauelemente sollen den Prognosen von Experten zufolge dramatisch steigenden, weil die immer komplexeren Strukturen nicht nur die bisherigen Entwurfsprobleme verschärfen, sondern zunehmend auch methodische Grenzen herkömmlicher EDA-Verfahren erreichen. Doch nicht nur das. „Wir müssen den Aspekt der Zuverlässigkeit in die Entwurfsautomatisierung mit einbringen“, argumentierte Wunderlich.
Im Fokus der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten stehen auch quasi selbst reparierende Systeme. Neue Verfahren zur direkten Implementierung von Reparaturfunktionen auf Bus-Strukturen werden unter anderem zurzeit an der TU Cottbus erforscht. Damit soll die Sicherstellung der Funktion von Bussen auch unter mehrfachen Fehlerbedingungen ermöglicht werden. Das Schema sei mit standardisierten Bussen kompatibel, erklärte in diesem Zusammenhang ein Sprecher der Hochschule.
Entscheidende Elemente der Wertschöpfungskette
Auf der Veranstaltung zeichnete sich deutlich ab, dass Zuverlässigkeit und Entwurf entscheidende Elemente der mikroelektronischen Wertschöpfungskette darstellen. Wettbewerbsentscheidend wird zunehmend das erste funktionsfähige Silizium sein, denn Projektverzögerungen bergen schon heute die Gefahr des Verlustes substanzieller Marktanteile. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit eines Paradigmenwechsels beim Entwurf hin zu „Robust-by-Design“, indem Robustheit durch bessere und zeitigere Berücksichtigung der Einsatzbedingungen des Endproduktes gewährleistet wird.
„Doch was heißt schon „robust“?“, fragten sich Görschwin Fey und Rolf Drechsler vom Fachbereich 3 der Universität Bremen. Mit einem formalen Ansatz zum Robustheitsnachweis legten die beiden Informatiker einen ersten Ansatz vor, um die Robustheit von Schaltkreisen zu quantifizieren und automatisch zu berechnen. In nachfolgenden Arbeiten sollen die Ansätze zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens weiter ausgearbeitet werden. Ähnliche, an der Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführte Arbeiten verfolgen wiederum das Ziel, die Zuverlässigkeit eines Systems automatisch zu steigern. Hierzu bedienten sich die Forscher eines evolutionären Algorithmus, in dem die Zuverlässigkeit als Zielgröße eingebracht wurde.
Über das Ergebnis der ersten GMM-Fachtagung „Zuverlässigkeit und Entwurf“ zeigten sich die Teilnehmer übereinstimmend zufrieden. „Die Resonanz war sehr erfreulich“, zog Wunderlich Bilanz. Das Interesse der Institute und Firmen, die sich mit Entwicklung von Halbleitern befassten, sei sehr groß. „Es ist ein erster roter Faden rein gekommen“, ergänzte Tagungsleiter Dr. Sebastian Sattler, der bei Infineon als Manager für den Bereich „Analog Design for Test“ verantwortlich ist. Seiner Meinung nach waren sich nach der Tagung sämtliche Teilnehmer darüber einig, dass die Weichen in Richtung Zuverlässigkeit zu stellen sind. Wer jetzt konsequent auf Qualität setze, so Sattler, schaffe sich ein im internationalen Wettbewerb wichtiges Differenzierungsmerkmal.
Rolf Froböse