أشباه الموصلات في صناعة السيارات: تغيير قواعد اللعبة في مجال السيارات التكنولوجي الأول

في السنوات القليلة الماضية، تم دمج عدد من التقنيات في صناعة السيارات، وخاصة لإنتاج السيارات بكميات كبيرة، بما في ذلك أجهزة استشعار ليدار المحسنة وأجهزة الاستشعار الذكية القائمة على الكاميرا. وفي قلب هذه الابتكارات يكمن الاعتماد المتزايد على أشباه الموصلات.

في العصر الذي أصبحت فيه السيارات أجهزة كمبيوتر عالية الأداء على عجلات، تواجه شركات تصنيع السيارات طبقة جديدة من التعقيد ــ التكيف مع التحول النموذجي نحو تسخير القوة الحاسوبية لأشباه الموصلات في صناعة السيارات.

ومع توقع أن تحقق الرقائق ذاتية القيادة أكثر من 29 مليار دولار بحلول عام 2030، وفقًا لرؤية ماكينزي، فإن المخاطر كبيرة لاستكشاف استخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات.

في هذه المقالة، سنجعل الرحلة أسهل من خلال الغوص في دور تكنولوجيا أشباه الموصلات في صناعة السيارات من خلال الفوائد والسوق المتغير.

فوائد تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات

وقد دعت الشعبية المتزايدة للسيارات الكهربائية والمركبات ذاتية القيادة إلى تحقيق تقدم في تكنولوجيا أشباه الموصلات في صناعة السيارات، وهو التقدم الذي من شأنه أن يجعل الفضاء أكثر ذكاءً وكفاءة في استخدام الطاقة.

تحسين الاتصال : كسائقين، أصبحنا على دراية باستخدام ميزات مثل رسم خرائط الطريق وإغلاق الطريق باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) داخل السيارة - وهي ميزات تعمل من خلال دمج تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات. تعمل أشباه الموصلات العقدية القديمة عالية الجودة على ضبط الأنظمة المثبتة مسبقًا في السيارة. يتم استخدام أشباه الموصلات أيضًا لمعالجة واستشعار البيانات الأساسية لنظام حوسبة السيارة، مما يؤدي إلى تحكم موثوق ودقيق وفي الوقت المناسب بالمركبة.

المركبات الكهربائية : تقدم الكهرباء ميزات مذهلة في قطاع السيارات - إدارة بطاريات المركبات الهجينة، وتحسين كفاءة احتراق الوقود في المركبات، وحتى استعادة الطاقة في المركبات الكهربائية من أنظمة الكبح المتجددة. تعمل أشباه الموصلات في صناعة السيارات على تبسيط هذه العمليات المعقدة من خلال إدارة الكفاءة وسرعة اتخاذ القرار.

سلامة أفضل : أحد نقاط البيع الرئيسية لمركبات القيادة الذاتية هو نظام المكابح الذي يعمل في أجزاء من الثواني. منطقة تظهر فيها فوائد تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات بشكل واضح. يعمل البرنامج على تشغيل ميزات مثل التحكم في السرعة، ونظام فرامل الطوارئ، وأنظمة الكشف عن النقطة العمياء، ومساعدة كاميرا ركن السيارة، وأجهزة استشعار تجنب الاصطدام، وما إلى ذلك بطريقة تستجيب في الوقت الفعلي.

زيادة عدد المركبات ذاتية القيادة : إحدى أكبر الثورات في الوقت الحالي هي المركبات ذاتية القيادة. ويمكن لهذه المركبات الانتقال من نقطة إلى أخرى دون أي مساعدة بشرية في "وضع الطيار الآلي" من خلال مساعدة التكنولوجيا القائمة على الذكاء الاصطناعي. ومن أجل تحسين هذا النموذج المتطور للغاية، يتم استخدام أشباه الموصلات المتقدمة في صناعة السيارات.

مساعدة القيادة المتقدمة : يعتمد عدد من الميزات، مثل التحكم في السرعة، والتحكم الصوتي، والملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والتوجيه النشط، وتحديثات OTA، وما إلى ذلك، بشكل كامل على تقنية أشباه الموصلات في السيارات. تعمل أشباه الموصلات هذه كجسر بين حلول برمجيات أشباه الموصلات للسيارات ووظائف المركبات في السيارات الحديثة.

نطاق EV ممتد : توفر أشباه الموصلات الحديثة كفاءة عالية من خلال قدرتها على التشغيل وإيقاف التشغيل آلاف المرات في الثانية. يؤدي هذا إلى انخفاض كبير في فقدان الطاقة مما يؤدي إلى بقاء البطاريات لفترة أطول وتوسيع نطاقها. وتساعد أشباه الموصلات هذه أيضًا مصنعي المعدات الأصلية للسيارات على استخدام البطاريات الصغيرة، مما يمكنهم من تصميم هياكل سيارات جديدة من خلال تقليل المساحة.

يكمن العنصر المشترك بين كل هذه الفوائد لتكنولوجيا أشباه الموصلات في صناعة السيارات في عمل التكنولوجيا. من أجل فهم عمق استخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات، من المهم أن نفهم ما يدخل في ذلك.

دعونا نلقي نظرة على المكونات الرئيسية لبرنامج أشباه الموصلات بعد ذلك.

المكونات الرئيسية لأشباه الموصلات في صناعة السيارات

لقد نمت التطورات في تكنولوجيا أشباه الموصلات في قطاع السيارات إلى حد يوجد فيه نقص حاد في الرقائق. في حين أن النقص يمثل في الغالب تحديًا لسلسلة التوريد، إلا أن المعنى الضمني واضح - أشباه الموصلات موجودة هنا لتحويل مجال السيارات. الآن، لكي تقوم شركة برمجيات ببناء نظام من شأنه أن يربط بين أشباه الموصلات والأجهزة (السيارات)، من المهم فهم أساسيات التكنولوجيا.

يمكن تصنيف سوق أشباه الموصلات للسيارات بسهولة إلى أربعة قطاعات. الأول عبارة عن وحدات تحكم دقيقة تستخدم في ميزات السيارات التقليدية مثل الفرامل المانعة للانغلاق وأجهزة التحكم في الانبعاثات، والثاني هو شريحة المودم اللاسلكية التي تربط السيارات بالإنترنت. بعد ذلك، هناك فئتان أخريان تعملان على ميزات القيادة الذاتية للسيارات: شرائح لأجهزة الاستشعار والكاميرات ورقائق المعالجة التي تعمل بمثابة أدمغة السيارة.

فيما يلي المكونات المختلفة التي تجتمع معًا لتكوين المقطع بالكامل.

• وحدات التحكم الدقيقة: وحدات التحكم الدقيقة أو MCUs عبارة عن دوائر متكاملة تتكون من ذاكرة ووحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية) ومجموعة واسعة من الواجهات الطرفية. يتم استخدامها في تطبيقات السيارات للتحكم ومراقبة الوظائف مثل التحكم في الجسم، وإدارة المحرك، والتحكم في مجموعة نقل الحركة، وأنظمة المعلومات والترفيه.
• معالجات الإشارات الرقمية: معالجات الإشارة الرقمية هي معالجات دقيقة تم تصميمها لأداء مهام معالجة الإشارات الرقمية. في السيارات، يتم استخدامها للتعرف على الكلام، ومعالجة الصور في أنظمة ADAS، ومعالجة الصوت، وغيرها من الأنشطة الثقيلة حسابيًا.
• الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات: دوائر ASIC هي دوائر متكاملة مخصصة مصممة لبعض الاستخدامات المحددة للسيارات. إنها تعمل على تعزيز الأداء العالي وإنشاء قدرات تكاملية لوظائف خاصة مثل أنظمة التحكم المحددة في المركبات ومعالجة الصور وخوارزميات ADAS.
• وحدة التحكم الكهربائية: تعد وحدات التحكم الإلكترونية من المكونات المهمة للمركبة والتي يتم التحكم في وظائفها بواسطة أشباه الموصلات الخاصة بالسيارات. إنها تتيح المراقبة في الوقت الفعلي والتحكم الدقيق والجمع بين أنظمة متعددة داخل السيارة باستخدام واجهات الاستشعار ووحدات التحكم الدقيقة وبروتوكولات الاتصال. ويؤدي هذا في النهاية إلى تحسين سلامة المركبات وأدائها ووظائفها.
• دوائر إدارة الطاقة: المهمة الرئيسية للدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة هي التحكم وإدارة إمدادات الطاقة للمركبات. تتأكد هذه المكونات من الحفاظ على التوزيع الفعال للطاقة وتنظيم الجهد والحماية في جميع أنحاء أنظمة السيارات الخاصة بالمركبات الكهربائية.
• أجهزة الاستشعار: تعتبر أجهزة استشعار السيارات ضرورية لجمع المعلومات من النظام الداخلي للمركبة والمناطق المحيطة بها. تختلف هذه المستشعرات من – مستشعرات الموضع، وأجهزة استشعار الضغط، والجيروسكوبات، وأجهزة استشعار القرب، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، ومقاييس التسارع، والمزيد. يقومون معًا بجمع وإرسال المعلومات لاستخدامات متعددة مثل أنظمة التحكم البيئي، ADAS، وإدارة المحرك.
• MEMS (الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة): تلعب التكنولوجيا دورًا رئيسيًا في أشباه الموصلات في صناعة السيارات. توفر أشباه الموصلات المعتمدة على الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) إمكانات تشغيل واستشعار متقدمة لصناعة السيارات، مما يساعد في النهاية على تحسين سلامة السيارة وسهولة وأداءها. وهذا يتيح للأنظمة الذكية تتبع مجموعة من ظروف السيارة والظروف البيئية والاستجابة لها، وبالتالي تحسين تجربة القيادة الشاملة.

في حين أن هذه تغطي مساحة أشباه الموصلات على الجانب الفني، لكي تتماشى التكنولوجيا مع الطلب المتزايد على مركبات السيارات، يجب أن يصبح دور تكنولوجيا أشباه الموصلات في صناعة السيارات قائمًا على الاستثمارات والشراكات. فيما يلي نظرة عامة على التعاون الذي يحدث بين الشركات المصنعة للسيارات وشركات تصنيع أشباه الموصلات.

في حين أن الشراكات بين شركات تطوير أشباه الموصلات ومصنعي السيارات تعمل معًا على تشكيل فوائد تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات لكل من أنفسهم والسائقين، إلا أن هناك بعض التحديات التي لا ينبغي تجاهلها أيضًا.

تواجه شركات تصنيع المعدات الأصلية للسيارات مجموعة من العوائق بسبب التعقيدات المتزايدة لهندسة الإلكترونيات والبرامج الموجودة على متن السيارة اللازمة لتبسيط المركبات المتصلة، والقيادة الذاتية، وكهربة مجموعة نقل الحركة، ومتطلبات التنقل المشترك (ACES). وفي حين أنهم يعقدون شراكات مع شركات البرمجيات أو يبنون فريقًا داخليًا لمعالجة معظم هذه التحديات، فإن ترقية أشباه الموصلات ستتطلب مجموعة جديدة من الاستراتيجيات تمامًا على مستوى الأعمال.

• تطوير فهم عميق للبنية الشاملة لتطوير برمجيات أشباه الموصلات للسيارات - بدءًا من حالات استخدام البرامج وحتى أشباه الموصلات - من أجل تحسين الأنظمة.
• إنشاء خطط التوظيف والاحتفاظ لبناء الخبرة في مجال أشباه الموصلات داخل الشركة؛ وبغض النظر عن قرارات التصميم التي تتخذها الشركة المصنعة للسيارات، فإنها ستحتاج إلى موظفين يفهمون المفاهيم ويقيسونها.
• التأكد من استمرار تركيز جهودهم على تخطيط وتصميم أشباه الموصلات، الأمر الذي سيؤدي بدوره إلى تجنب تجزئة الموارد. وهذا من شأنه أن يجعل من السهل مضاعفة الوظائف المهمة حقًا (على سبيل المثال، التركيز على مجال حالة استخدام واحد في أنظمة مساعدة السائق المتقدمة)
• تحديد الشركاء الاستراتيجيين لتنفيذ استراتيجيات أشباه الموصلات وتسريع جهود التكامل.

كيف يمكن لـ Appinventiv المساعدة في بناء استراتيجية لأشباه الموصلات في صناعة السيارات؟

كجزء من حلول التنقل الإلكتروني لدينا، نستخدم خبرتنا العميقة في كل من صناعات أشباه الموصلات والسيارات لتقييم جاهزية البنية التحتية لمصنعي المعدات الأصلية للسيارات بما يتماشى مع التعقيدات التقنية والبرمجية لأشباه الموصلات. بمجرد إنشاء ذلك، نقوم ببناء بنية من شأنها تحويل أشباه الموصلات إلى برمجيات وسيطة - واحدة ترسل المعلومات عبر السحابة إلى التطبيق الذي يرسل بعد ذلك إشارة إلى أشباه الموصلات للاستجابة بطريقة معينة عبر أدوات التحكم في السيارة - كل هذا في مسألة بعض جزء من الثواني.

بالإضافة إلى ذلك، لدينا أيضًا خبرة في مساعدة شركات تصنيع السيارات على فهم قدرات أشباه الموصلات واستخدامها بطريقة تمكنهم من دمج التكنولوجيا والبرمجيات الخلفية بثقة.

الآن بعد أن تناولنا مفهوم أشباه الموصلات في صناعة السيارات من وجهات نظر متعددة، دعونا نختتم المقال بنظرة مستقبلية لهذه التكنولوجيا.

الطريق أمام أشباه الموصلات في صناعة السيارات

ينقسم سوق أشباه موصلات السيارات إلى مكونات متعددة ويدخل عدد من اللاعبين إلى هذا المجال لسد الطلب على اعتماد التكنولوجيا مثل Texas Instruments، وROHM، وRenesas Electronics، وNXP Semiconductors، وIntel، وNvidia، وما إلى ذلك. نهاية التقنية والشراكات، معًا نشكل مستقبل التكنولوجيا.

دعونا نلقي نظرة على بعض الأحداث الرئيسية الأخرى التي يمكن توقعها من التكنولوجيا في المستقبل القريب.

دعم الذكاء الاصطناعي للمركبة

ستستخدم صناعة السيارات أشباه الموصلات لدعم أنظمة الذكاء الاصطناعي داخل السيارة لنسخ تصرفات البشر وتعزيزها ودعمها. وفي سيارات المستقبل التي ستكون بدون سائق بالكامل، سوف يستنتج الذكاء الاصطناعي الإجراءات التي يجب اتخاذها اعتمادًا على أجهزة الاستشعار الموجودة داخل السيارة والبيئة. هذا هو المكان الذي سيتم فيه استخدام أشباه الموصلات لنشر أنظمة الذكاء الاصطناعي هذه بطريقة خالية من الأخطاء.

الاتصالات V2X

تتيح تقنية "المركبة إلى كل شيء" للمركبات التواصل مع بيئتها وجعل القيادة فعالة وآمنة. تخبرك التكنولوجيا بما هو أمامك، مع انعدام رؤية السائق، كما أنها قادرة على رؤية الزوايا والعوائق في دائرة نصف قطرها يصل إلى ميل واحد. لدعم الاتصالات في الوقت الحقيقي، سيتم استخدام أشباه الموصلات.

تطوير تكنولوجيا النطاق العريض للغاية

توفر UWB قدرات توطين دقيقة وآمنة وفي الوقت الفعلي لا مثيل لها من خلال التقنيات اللاسلكية مثل البلوتوث ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وWi-fi. تم تصميم هذه التقنية لتوفير الوعي المكاني للسيارات والأجهزة المعتمدة على UWB لتمكينها من معرفة مكان تواجد المستخدمين.

سيتم رؤية دور أشباه الموصلات هنا في إنشاء دوائر UWB IC الخاصة بالسيارات والتي من شأنها توصيل السيارة بالهاتف الذكي.

الطلب على المركبات الذكية يؤثر على قيمة أشباه الموصلات

عند مقارنتها بمركبات ICE التقليدية، تستخدم المركبات الذكية المزيد من الرقائق بشكل متزايد. على سبيل المثال، في حالة السيارات ذاتية القيادة، يبدأ متوسط ​​عدد الشرائح المطلوبة من 8 ويمكن أن يصل إلى 20 شريحة استشعار. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكم الهائل من البيانات التي يتم جمعها ومعالجتها وتخزينها بواسطة المركبات الذاتية القيادة يؤدي إلى وضع يتطلب تثبيت العديد من شرائح التخزين الذكية والعالية على متن الطائرة.

عدد متزايد من أجهزة الاستشعار

يجلب الحكم الذاتي المزيد من أجهزة الاستشعار عالية الأداء إلى المركبات، والتي تحتاج إلى العمل على تقنيات أشباه الموصلات المتقدمة. في الوضع الحالي، تعد أجهزة LiDAR القريبة من الأشعة تحت الحمراء هي أجهزة الاستشعار الأكثر انتشارًا للمركبات عند المستوى 3 من SAE، ومع ذلك، سينتقل هذا قريبًا إلى الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة، لأنه يوفر فوائد أداء أفضل. سيتطلب هذا التحول استخدام أشباه الموصلات ذات القيمة الأعلى في أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) وأسواق القيادة الذاتية.

تكامل أفضل بين الأجهزة والبرامج

مع قدوم عصر الإنتاج الضخم، كان تركيز مصنعي المعدات الأصلية للسيارات بشكل رئيسي على تحسين الأجهزة وتطوير المكونات الميكانيكية التي يمكنها تحسين عمر السيارة. ومع ذلك، فإن التركيز المخصص على الأجهزة يمكن أن يكون غير بديهي بالنسبة للشركات المصنعة التي تتطلع إلى تحقيق مكانة بارزة في قطاع المركبات ذاتية القيادة.

إن الحاجة الحالية هي بناء تعاون أفضل بين مصنعي المعدات الأصلية للسيارات وشركات صناعة الرقائق إلى الحد الذي يكون فيه للمصنعين رأي في مواصفات وخصائص الرقائق الدقيقة التي سيتم استخدامها في أسطولهم.

التنبؤ يحركها أشباه الموصلات

تقتصر غالبية أجهزة الاستشعار الحالية على "مراقبة" البيئة، لتوسيع حالات الاستخدام، بدأت الشركات في البحث عن شرائح من شأنها أن تدعم التتبع والتحليل القائم على التنبؤ. فيما يلي مثال لكيفية عمل هذه الرقائق. تخيل أن السيارة التي تسير في المسار المجاور لك تفكر فجأة في تجاوز السيارة التي أمامها من خلال الدخول في مسارك، فإن الإشارات الناعمة التي ستتركها مثل التغيير الطفيف في المسار عندما تلتقطها أجهزة الاستشعار ويتم تحليلها بواسطة أشباه الموصلات يمكن أن تساعد في منع الخطر حالات المرور.

التفاعلات القائمة على 5G و6G

السيارات الحديثة لا تعمل ككيانات معزولة. إنهم متصلون دائمًا بالبنى التحتية والمركبات المحيطة بهم ويشاركون معهم باستمرار بيانات الاستشعار المهمة على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع. يعتمد التبادل المستمر للمعلومات على اتصال شبكة مستقر، ولهذا السبب يهتم كل من مصنعي المعدات الأصلية للسيارات وصانعي الرقائق بتقنيات 5G و6G.

تأتي اتصالات شبكات 5G و6G مع إمكانية الاستفادة من الترددات الراديوية العالية للجمع بين النطاق الترددي الكبير والتغطية الجغرافية مع مواطن الخلل المحدودة في الإشارة. ومع ذلك، فإن تكاملها سيتطلب من صانعي الرقائق العمل بقدرة 100 جيجا هرتز أو أكثر - وهو الأمر الذي بدأت شركات تطوير أشباه الموصلات في النظر فيه.

كفاءة أفضل للطاقة

وفي ظل زيادة المعروض من السيارات الكهربائية، هناك طلب متزايد على أشباه الموصلات الموفرة للطاقة. هناك عدد من الطرق التي تتبعها شركات تصنيع الرقائق في التعامل مع هذا الأمر - استخدام الذكاء الاصطناعي لمقايضة موارد الحوسبة، والتحول إلى أجهزة طاقة أشباه الموصلات في مجموعة WBG لإدارة التحكم في الكهرباء وتحويلها ومعالجتها. بالإضافة إلى ذلك، يقومون أيضًا بتجربة استخدام مكونات كربيد السيليكون كتقنية أساسية لهم نظرًا لفوائد انخفاض الخسائر، وترددات التبديل العالية، ومتانة أكبر في البيئات القاسية، وارتفاع درجة حرارة التشغيل.

كلمة أخيرة

أصبح إدراج أشباه الموصلات في صناعة السيارات أكثر انتشارًا من ذي قبل - وهو حدث يؤدي إلى إنشاء المزيد من الشراكات بين الشركات المصنعة للسيارات (مصنعي المعدات الأصلية للسيارات) وشركات تطوير أشباه الموصلات. إن ما يتم جلبه من خلال هذه الشراكات هو حقبة جديدة حيث تصبح صناعة السيارات كهربائية ومستقلة.

نأمل أن تجعلك المعلومات التي تناولناها في المقالة تتماشى مع المسار المتغير. تواصل مع فريقنا إذا كنت بحاجة إلى مزيد من المعلومات حول التكنولوجيا أو كنت تبحث عن دمج أشباه الموصلات في مركباتك.

الأسئلة الشائعة

س: ما هي تكنولوجيا أشباه الموصلات في سياق السيارات؟

ج: جميع الابتكارات الحديثة لتكنولوجيا مساعدة السائق تعمل على أشباه الموصلات. على سبيل المثال، تحتاج الكاميرات الخلفية إلى شرائح للتواصل مع شاشات العرض الموجودة على متن الطائرة، وبالمثل، تعمل أنظمة الملاحة ونظام تثبيت السرعة التكيفي وأنظمة المعلومات والترفيه أيضًا على أشباه الموصلات.

س: ما هي فوائد استخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات في السيارات؟

أ. كهربة المركبات هي الاستخدام الأساسي لأشباه الموصلات التي تساعد في استبدال الأنظمة اليدوية بالأنظمة الكهربائية، مما يؤدي إلى فوائد مثل تحسين كفاءة المركبات، وتقليل الاعتماد على النفط، وانخفاض كبير في انبعاثات الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فهي تساعد في زيادة مساعدة السائق وسلامته في السيارات من خلال الحفاظ على الاتصال في السيارات في الوقت الفعلي.

س: ما هي الإمكانات المستقبلية لتكنولوجيا أشباه الموصلات في صناعة السيارات؟

ج: من المتوقع أن يشهد سوق أشباه الموصلات للسيارات نمواً هائلاً في السنوات القادمة بسبب عدد من العوامل مثل زيادة الطلب على أنظمة مساعدة السائق المتقدمة، وارتفاع كهربة المركبات، والتقدم التكنولوجي في التقنيات المستقلة. ومع تحول صناعة السيارات إلى قوة وذكاء، سيصبح مجال أشباه موصلات السيارات أيضًا أمرًا لا غنى عنه.