Firmware

Jedes elektronische Gerät braucht Anweisungen, was es mit dem Strom, den Tasten und den Sensoren tun soll. Bei einem Computer kommen diese Anweisungen aus Programmen, die man selbst installiert und wieder löscht. Bei einer Waschmaschine, einer Fernbedienung oder einem Router ist das anders: Dort steckt das Programm fest im Gerät, in einem Speicherbaustein auf der Platine. Genau dieses fest eingebaute Programm nennt man Firmware. Der Name ist ein Wortspiel: Es liegt zwischen der harten Hardware, also der Elektronik, und der frei austauschbaren Software. Man kann Firmware verändern, aber normalerweise nur mit einem besonderen Vorgang, den der Hersteller vorgibt.

Warum ein Gerät ohne sie nur ein Stück Plastik ist

Firmware entscheidet, was ein Gerät kann. Eine Digitalkamera und ein Handy haben teils sehr ähnliche Bildsensoren. Wie gut die Fotos aussehen, hängt trotzdem stark davon ab, wie die Firmware die Messwerte des Sensors verrechnet. Der gleiche Chip kann also in einem Gerät gute und in einem anderen mittelmäßige Ergebnisse liefern.

Weil Firmware so nah an der Elektronik sitzt, sind Fehler dort besonders unangenehm. Ein abgestürztes Handyspiel schließt man einfach. Eine fehlerhafte Firmware kann dagegen dafür sorgen, dass sich ein Gerät gar nicht mehr einschalten lässt. In der Technikszene heißt so ein Gerät dann Brick, also Ziegelstein: Es hat noch Gewicht, aber keine Funktion mehr.

Auch für die Sicherheit ist Firmware zentral. Wer sie manipulieren kann, kontrolliert das Gerät unterhalb aller anderen Schutzmaßnahmen. Ein Virenscanner im Betriebssystem sieht davon oft nichts. Deshalb prüfen moderne Geräte vor dem Start mit digitalen Signaturen, ob ihre Firmware unverändert vom Hersteller stammt.

Vom Speicherbaustein bis zum Update

Die Firmware liegt in einem Flash-Speicher, also einem Chip, der Daten auch ohne Strom behält. Beim Einschalten beginnt der Prozessor, die dort abgelegten Befehle Schritt für Schritt abzuarbeiten. Bei einfachen Geräten ist das schon alles: Die Firmware ist gleichzeitig das ganze Programm. Bei komplexeren Geräten startet die Firmware nur die erste Stufe und lädt danach ein vollständiges Betriebssystem.

Ein Firmware-Update ersetzt den Inhalt dieses Speichers durch eine neue Version. Das Gerät lädt die Datei herunter, prüft ihre Signatur und schreibt sie dann in den Flash-Speicher. Genau dieser Moment ist kritisch, denn ein Stromausfall mitten im Schreiben kann das Gerät unbrauchbar machen. Viele Hersteller bauen deshalb zwei Speicherbereiche ein: Schlägt der neue fehl, startet das Gerät wieder mit dem alten.

Ein häufiger Irrtum ist, Firmware und Betriebssystem gleichzusetzen. Android auf einem Handy ist ein Betriebssystem und verwaltet Apps, Speicher und Bildschirm. Die Firmware darunter steuert die einzelnen Bauteile, etwa den Funkchip oder den Akkuregler. Beide Schichten arbeiten zusammen, werden aber getrennt entwickelt und oft getrennt aktualisiert.

Wo Firmware in Nachrichten und im Alltag auftaucht

Am sichtbarsten wird Firmware, wenn ein Gerät sie aktualisiert. Der Router blinkt und ist einige Minuten nicht erreichbar. Die Kopfhörer bekommen über die Handy-App eine neue Version und plötzlich funktioniert die Geräuschunterdrückung besser. Autohersteller liefern über das Mobilfunknetz neue Firmware für Motorsteuerung oder Ladeelektronik, ganz ohne Werkstattbesuch.

In Wirtschaftsnachrichten spielt Firmware oft bei Rückrufen und Sicherheitslücken eine Rolle. Wird in weit verbreiteten Router- oder Kamerachips ein Fehler gefunden, sind mit einem Schlag Millionen Geräte betroffen. Ein Problem dabei: Viele billige Geräte bekommen nach dem Verkauf nie wieder ein Update. Sie bleiben jahrelang mit der bekannten Lücke im Netz.

Auch bei künstlicher Intelligenz wird Firmware wichtiger. Spezialchips für KI-Berechnungen brauchen Steuerprogramme, die die Rechenwerke möglichst effizient auslasten. Ein Update kann die Geschwindigkeit solcher Chips messbar erhöhen, ohne dass sich an der Hardware etwas ändert. Für Rechenzentren ist das ein direkter Kostenfaktor, weil dieselbe Anschaffung mehr Leistung liefert.