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Open Access 2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

1. Einleitung

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Zusammenfassung

Es sind die großen Technologietrends der heutigen Zeit, welche die Automobilbranche nach wie vor zu einem der großen Treiber der Innovationsentwicklung werden lässt. Dabei ist es neben der Digitalisierung und der Elektrifizierung des Automobils insbesondere die Entwicklung des autonomen Fahrens, welche die Komplexität der Anforderungen stetig steigen lässt. Aus den steigenden Anforderungen in der Automobilbranche resultieren steigende Anforderungen bei den Zulieferern. Ziel dieser Arbeit ist die Effizienzsteigerung in der Entwicklung von Automotive System-on-Chips durch die direkte oder indirekte Senkung der entstehenden Aufwände. Hierzu soll eine Methode entwickelt werden, mit dem Ziel, die bestehenden Defizite des aktuellen Entwicklungs-Flows in der Automotive-SoC-Entwicklung zu minimieren. Ein besonderer Fokus der Arbeit liegt dabei auf dem Erstellen und Pflegen der Spezifikationsdokumente.
Es sind die großen Technologietrends der heutigen Zeit, welche die Automobilbranche nach wie vor zu einem der großen Treiber der Innovationsentwicklung werden lässt. Dabei ist es neben der Digitalisierung und der Elektrifizierung des Automobils insbesondere die Entwicklung des autonomen Fahrens, welche die Komplexität der Anforderungen stetig steigen lässt. Aus den steigenden Anforderungen in der Automobilbranche resultieren steigende Anforderungen bei den Zulieferern. So benötigten beispielsweise die heute fast standardmäßig verbauten Fahrassistenzsysteme ein hohes Maß an Vernetzung und eine Vielzahl an gemessenen Umgebungsparametern. Um diese Messwerte in Echtzeit verarbeiten und bereitstellen zu können, bedarf es einer großen Menge hochleistungsfähiger Automotive Systems-on-Chips (SoC). Zum einen steigen somit die technischen Anforderungen, da eine immer größere Menge an Daten immer schneller verarbeitet werden muss, zum anderen die nichtfunktionalen Anforderungen an die SoC-Entwicklung, wie Entwicklungszeit und Teilekosten, um in der aktuellen Konkurrenzsituation bestehen zu können.
Um diese technischen und nichtfunktionalen Anforderungen auch zukünftig erfüllen zu können, bedarf es einer fortlaufenden Effizienzsteigerung der SoC-Entwicklung. Die Effizienz im Sinne der Wirtschaftlichkeit beschreibt das Verhältnis zwischen aufgebrachtem Aufwand und dem daraus erhaltenen Ergebnis. In der SoC-Entwicklung lässt sich der Begriff des Ergebnisses auf die Qualität des erhaltenen Endproduktes herunterbrechen. Die Qualität des SoCs im Sinne von z. B. Zuverlässigkeit, Robustheit, Fehlerfreiheit, Verarbeitungsgeschwindigkeit ist ein entscheidendes Bewertungskriterium für die Entwicklung.
Der aufgebrachte Aufwand, um diese Qualität zu erreichen, lässt sich sowohl in Kosten als auch in Zeit bemessen. Diese drei Parameter Kosten, Zeit und Qualität, deren Verhältnis in dieser Arbeit für die Effizienz der SoC-Entwicklung stehen, werden in der Literatur im „Magischen Dreieck“, auch Entwurfsdreieck genannt, abgebildet. Die Literatur spricht deswegen von einem „Magischen Dreieck“, weil sich die Veränderung einer der Parameter Kosten, Zeit und Qualität in einem bestehenden Entwicklungs-Flow auf mindestens einen der jeweils anderen Parameter auswirkt. Dies soll am nachfolgenden Beispiel aus der SoC-Entwicklung veranschaulicht werden.
Die erfolgreiche Markteinführung eines neuen Produktes hängt für den Automobilhersteller aufgrund der Konkurrenzsituation meist stark von dem Zeitpunkt der Markteinführung ab. Aufgrund der in der Regel kunden- und anwendungsspezifischen Entwicklung eines Automotive SoCs überträgt sich dieser Termindruck auf den SoC-Hersteller. Kommt es nun im Zuge der SoC-Entwicklung aufgrund einer unzureichenden Analyse der Kundenanforderungen beispielsweise zu Verzögerungen, entsteht ein Zielkonflikt. Um den Liefertermin trotz Verzögerung einhalten zu können, gibt es in diesem abstrahierten Beispiel zwei Möglichkeiten:
  • Es müssen mehr Entwickler/-innen hinzugezogen werden oder die vorhandenen Entwickler/-innen müssen mehr Stunden an dem SoC-Projekt arbeiten. Dadurch jedoch steigen die Kosten der Entwicklung und damit des Endproduktes. Darüber hinaus lässt sich die Entwicklungszeit nur bis zu einem gewissen Punkt durch Hinzuziehen weiterer Entwickler/-innen reduzieren, da durch jeden weiteren Entwickler und durch jede weitere Entwicklerin der benötigte Aufwand für Kommunikation und Koordination im SoC-Projekt steigt [1].
  • Alternativ kann Zeit eingespart werden, beispielsweise durch eine Minimierung des Test- und Verifikationsumfangs. Somit steigt jedoch die Gefahr einer Minderung der Qualität des Endproduktes bzw. für Nacharbeiten am SoC, welche wiederum Zeit und Kosten verursachen. Die Senkung der Qualität ist in der Entwicklung von Automotive SoCs in der Regel aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen an diese Systeme kein mögliches Szenario.
Die hier gezeigte Verknüpfung der Parameter Kosten, Zeit und Qualität im „Magischen Dreieck“ verdeutlicht, bezogen auf die Automotive-SoC-Entwicklung, die Hürde bei der Effizienzsteigerung. Eine Steigerung der Effizienz als Verhältnis von Aufwand (Zeit und Kosten) zu Ergebnis (Qualität) kann bei gleichbleibender Qualität nur durch eine Senkung des Aufwandes erreicht werden. Jedoch kann durch die im „Magischen Dreieck“ veranschaulichte Abhängigkeit der Parameter eine Reduktion des Zeit- bzw. Kostenaufwandes nur durch eine Steigerung des jeweils anderen Parameters erfolgen. Die Abhängigkeit der Parameter kann auf lange Sicht lediglich durch die Einführung verbesserter Methoden, Arbeitsweisen und Technologien erfolgen [2, pp. 8–11]. So kann beispielsweise die Anwendung einer neuen Methode, welche den Entwicklungsprozess automatisiert, zu einer Senkung des Aufwandes und gleichzeitig zu einer Steigerung der Qualität des Ergebnisses führen, da durch die Automatisierung die Fehleranfälligkeit im Vergleich zu manuellen Tätigkeiten in der Regel gesenkt werden kann.

1.1 Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist die Effizienzsteigerung in der Entwicklung von Automotive System-on-Chips durch die direkte oder indirekte Senkung der entstehenden Aufwände. Hierzu soll eine Methode entwickelt werden, mit dem Ziel, die bestehenden Defizite des aktuellen Entwicklungs-Flows in der Automotive-SoC-Entwicklung zu minimieren. Ein besonderer Fokus der Arbeit liegt dabei auf dem Erstellen und Pflegen der Spezifikationsdokumente.
Durch die hier entwickelte Methode soll eine Arbeitsweise implementiert werden, welche durch eine ausführliche Analyse der Kundenforderungen und der eindeutigen Beschreibung der Systemanforderungen ein einheitliches Systemverständnis aller „Stakeholder“ (Interessenvertreter) schafft. Somit soll die Notwendigkeit von nachträglichen Änderungen an den vereinbarten Anforderungen zwischen Kunde und Entwickler verringert werden und die zusätzlichen Aufwände und Kosten, die dabei entstehen, sollen reduziert werden.
Ziel der Arbeit ist es darüber hinaus, eine Methode zu schaffen, welche die Vollständigkeit und Eindeutigkeit der Spezifikation steigert und dadurch das Auftreten von Implementierungsfehlern, die aufgrund einer unzureichenden Spezifikation entstehen, verringert. Werden Implementierungsfehler nicht entdeckt, führen sie zu einer Minderung der Qualität. Werden sie entdeckt und müssen behoben werden, entstehen zusätzliche Kosten und es kommt zu Verzögerungen in der Entwicklung. Zusätzlich zu Implementierungsfehlern kommt es immer wieder dazu, dass Entwurfsentscheidungen, welche während der Implementierung getroffen wurden, nicht ausreichend in der Spezifikation dokumentiert werden und hierdurch Inkonsistenzen zwischen implementiertem Entwurf und Spezifikation entstehen. Dadurch ergeben sich erhebliche Mehraufwände und damit Kosten, zum Beispiel für die Verifikation des SoCs, da hier das implementierte System gegen die Spezifikation verifiziert wird.
Durch die Einführung von neuen Methoden und Arbeitsweisen in bestehende Arbeitsprozesse kommt es zu Beginn oftmals zu einer Einbuße der Effizienz, zum Beispiel aufgrund von Kompatibilitätsproblemen und fehlenden Schnittstellen zwischen neuen und bereits etablierten Tools. Daher ist eine entscheidende Anforderung an die hier vorgestellte Methode, dass sie sich in den aktuellen Automotive-SoC-Entwicklungs-Flow integrieren lässt. Darüber hinaus verursachen neue Methoden oftmals zusätzliche Arbeit und benötigen eine Umstellung der gewohnten Arbeitsweisen. Um die Effizienz der SoC-Entwicklung nicht zu verringern, sondern zu steigern, ist es wichtig, durch die Anwendung der neuen Methode den Spezifikationsaufwand so gering wie möglich zu halten bzw. weiter zu verringern, verglichen mit der aktuell verwendeten Methode.
Um durch neue Methoden die Effizienz der Entwicklung steigern zu können, ist eine einfache und anwenderfreundliche Handhabe der enthaltenen Mechanismen und Arbeitsschritte entscheidend. Lässt sich die Methode nur schwer erlernen und umsetzen, führt dies zu erheblichen Verzögerungen, zusätzlichen Kosten und kann der Qualität des zu entwickelnden Systems schaden.
Neben der Spezifikation besteht ein großer Teil der manuell getätigten Arbeiten in der Implementierung sowie in der bereits angesprochenen Verifikation von SoCs. Dabei liegt ein großes Defizit darin, dass Informationen in einer nicht maschinenlesbaren Sprache spezifiziert sind und daher diese Informationen im nächsten Schritt manuell in Programmiersprachen oder sonstige Formate übersetzt werden müssen. Ziel der Methode ist es daher, den manuellen Aufwand beim Systementwurf und der Verifikation zu reduzieren und somit die benötigte Zeit und damit die Kosten für manuelle Arbeitsschritte zu verringern.
Das Ziel der in dieser Arbeit vorgestellten modellbasierten Entwicklungsmethode ist die Steigerung der Entwicklungseffizienz heutiger Automotive-Systems-on-Chip-Entwicklungen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden folgende Anforderungen an die Methode analysiert:
A1
Durch Anwendung der Methode soll die Notwendigkeit von nachträglichen Änderungen an den vereinbarten Anforderungen zwischen Kunde und Entwickler verringert werden.
A2
Die Methode soll eine Reduzierung der aufgrund unzureichender Eindeutigkeit der Spezifikation entstandenen Implementierungsfehler ermöglichen.
A3
Inkonsistenzen zwischen implementiertem System und Spezifikation sollen durch die hier vorgestellte Methode reduziert werden.
A4
Die Methode soll sich in den aktuellen Automotive-SoC-Entwicklungs-Flow integrieren lassen und Schnittstellen zu anderen Beschreibungsarten bieten.
A5
Der Aufwand bei der Spezifikation mittels der neuer Methode soll im Vergleich zum aktuellen Vorgehen konstant gehalten oder vermindert werden.
A6
Die Methode muss anwenderfreundlich sowohl für den Kunden als auch für den SoC-Entwickler sein, um eine Einführung der Methode zu erleichtern und die Fehleranfälligkeit zu reduzieren.
A7
Die Methode soll eine Reduzierung des Aufwandes beim Systementwurf ermöglichen.
A8
Die Methode soll eine Reduzierung des Aufwandes bei der Verifikation des Systementwurfs ermöglichen.

1.2 Aufbau der Arbeit

Die vorliegende Arbeit ist wie folgt gegliedert: Kapitel 2 befasst sich mit den Grundlagen, welche für das Verständnis der hier behandelten Arbeit benötigt werden. Der Stand der Technik, bezogen auf die hier zugrundeliegende Thematik, sowie die Abgrenzung gegenüber existierenden Arbeiten werden in Kapitel 3 behandelt. In Kapitel 4 wird die entwickelte modellbasierte Entwicklungsmethode für die Modellierung von Automotive Systems-on-Chips vorgestellt. Anschließend werden auf Grundlage eines industrienahen Beispiels in Kapitel 5 Anwendung und Implementierung der Methode beschrieben. Kapitel 6 befasst sich mit der Evaluierung der modellbasierten Entwicklungsmethode. In Kapitel 7 wird schließlich die Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf mögliche weiterführende Arbeiten gegeben.
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Metadaten
Titel
Einleitung
verfasst von
Aljoscha Kirchner
Copyright-Jahr
2022
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-38437-1_1

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