Halbleiter in der Automobilindustrie: Ein Game Changer für den Tech-First-Automobilbereich

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Technologien in die Automobilindustrie integriert, insbesondere für die Massenproduktion von Autos, darunter verbesserte Lidar-Sensoren und intelligente, kamerabasierte Sensoren. Im Zentrum dieser Innovationen steht eine zunehmende Abhängigkeit von Halbleitern.

In einer Zeit, in der Autos zu Hochleistungscomputern auf Rädern geworden sind, stehen die Automobilhersteller vor einer neuen Ebene der Komplexität – sie müssen sich an den Paradigmenwechsel zur Nutzung der Rechenleistung von Halbleitern in der Automobilindustrie anpassen.

Laut einer Studie von McKinsey wird erwartet, dass autonome Chips bis 2030 über 29 Milliarden US-Dollar einbringen werden. Es steht viel auf dem Spiel, den Einsatz von Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie zu erforschen.

In diesem Artikel werden wir Ihnen die Reise erleichtern, indem wir uns mit der Rolle der Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie anhand ihrer Vorteile und des sich verändernden Marktes befassen.

Die Vorteile der Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie

Die wachsende Beliebtheit von Elektrofahrzeugen und selbstfahrenden Fahrzeugen erfordert Fortschritte in der Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie, die den Raum intelligenter und energieeffizienter machen würden.

Verbesserte Konnektivität : Als Fahrer sind wir mit der Verwendung von Funktionen wie Routenkartierung und Straßensperrungen mithilfe von GPS im Fahrzeug vertraut geworden – Funktionen, die durch die Integration von Halbleitertechnologie in Autos möglich sind. Hochwertige Legacy-Node-Halbleiter optimieren die Feinabstimmung vorinstallierter Systeme im Fahrzeug. Der Halbleiter wird auch zur Verarbeitung und Erfassung wichtiger Daten des Computersystems des Fahrzeugs verwendet, was zu einer zuverlässigen, genauen und zeitnahen Steuerung des Fahrzeugs führt.

Elektrifizierung von Fahrzeugen : Die Elektrifizierung bringt erstaunliche Funktionen in den Automobilsektor – die Verwaltung der Batterien von Hybridfahrzeugen, die Verbesserung der Kraftstoffverbrennungseffizienz in den Fahrzeugen und sogar die Wiederherstellung der Energie in Elektrofahrzeugen durch regenerative Bremssysteme. Halbleiter in der Automobilindustrie vereinfachen diese komplexen Prozesse durch effizientes Management und schnelle Entscheidungsfindung.

Bessere Sicherheit : Eines der wichtigsten Verkaufsargumente autonomer Fahrzeuge ist ihr Bremssystem, das in Sekundenbruchteilen funktioniert. Ein Bereich, in dem die Vorteile der Halbleitertechnologie im Automobilbereich am deutlichsten sichtbar sind. Die Software steuert Funktionen wie Tempomat, Notbremssystem, Systeme zur Erkennung des toten Winkels, Parkkameraassistent, Kollisionsvermeidungssensoren usw. so, dass sie in Echtzeit reagieren.

Steigende Zahl von AVs : Eine der größten Revolutionen der Gegenwart waren autonome Fahrzeuge. Mithilfe einer KI-basierten Technologie können sich diese Fahrzeuge im „Autopilot-Modus“ ohne menschliche Hilfe von einem Punkt zum anderen bewegen. Um dieses hochentwickelte Modell zu verfeinern, werden in der Automobilindustrie fortschrittliche Halbleiter eingesetzt.

Erweiterte Fahrassistenz : Eine Reihe von Funktionen wie Tempomat, Sprachsteuerung, GPS-Navigation, Aktivlenkung und OTA-Updates usw. hängen vollständig von der Halbleitertechnologie in Autos ab. Diese Halbleiter fungieren als Brücke zwischen Halbleiter-Softwarelösungen für die Automobilindustrie und den Fahrzeugfunktionen moderner Autos.

Erweiterte EV-Reichweite : Moderne Halbleiter bieten eine hohe Effizienz, da sie tausende Male pro Sekunde ein- und ausschalten können. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Leistungsverluste, was zu einer längeren Lebensdauer der Batterien und einer größeren Reichweite führt. Diese Halbleiter helfen Automobilherstellern auch bei der Verwendung kleiner Batterien und ermöglichen ihnen so die Entwicklung neuer Fahrzeugarchitekturen durch Platzeinsparungen.

Das einzige gemeinsame Element all dieser Vorteile der Halbleitertechnologie im Automobilbereich liegt in der Funktionsweise der Technologie. Um die Tiefe des Einsatzes der Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, was dahinter steckt.

Schauen wir uns als nächstes die Schlüsselkomponenten der Halbleitersoftware an.

Die Schlüsselkomponenten von Halbleitern in der Automobilindustrie

Die Fortschritte in der Halbleitertechnologie im Automobilsektor sind so weit fortgeschritten, dass ein erheblicher Mangel an Chips herrscht. Auch wenn die Knappheit hauptsächlich eine Herausforderung in der Lieferkette ist, ist die Implikation klar: Halbleiter sind hier, um die Automobilbranche zu verändern. Damit ein Softwareunternehmen nun ein System aufbauen kann, das Halbleiter und Hardware (Automobil) verbindet, ist es wichtig, die Grundlagen der Technologie zu verstehen.

Der Automobilhalbleitermarkt lässt sich leicht in vier Segmente einteilen. Beim ersten handelt es sich um Mikrocontroller, die für traditionelle Automobilfunktionen wie Antiblockiersystem und Abgaskontrolle verwendet werden, beim zweiten handelt es sich um den drahtlosen Modemchip, der Autos mit dem Internet verbindet. Als nächstes gibt es zwei weitere Kategorien, die an den autonomen Funktionen der Autos arbeiten: Chips für die Sensoren und Kameras und Verarbeitungschips, die als Gehirn des Fahrzeugs fungieren.

Hier sind die verschiedenen Komponenten, die zusammen das Segment ergeben.

• Mikrocontroller: Mikrocontroller oder MCUs sind integrierte Schaltkreise, die aus einem Speicher, einer CPU (Central Processing Unit) und einer Vielzahl von Peripherieschnittstellen bestehen. Sie werden in Automobilanwendungen zur Steuerung und Überwachung von Funktionen wie Karosseriesteuerung, Motormanagement, Antriebsstrangsteuerung und Infotainmentsystemen eingesetzt.
• Digitale Signalprozessoren: DSPs sind Mikroprozessoren, die für die Ausführung digitaler Signalverarbeitungsaufgaben entwickelt wurden. Im Automobilbereich werden sie zur Spracherkennung, Bildverarbeitung in ADAS-Systemen, Audioverarbeitung und anderen rechenintensiven Aktivitäten verwendet.
• Anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise: ASICs sind personalisierte integrierte Schaltkreise, die für bestimmte Automobilanwendungen entwickelt wurden. Sie sorgen für hohe Leistung und schaffen Integrationsfähigkeiten für spezielle Funktionen wie bestimmte Fahrzeugsteuerungssysteme, Bildverarbeitung und ADAS-Algorithmen.
• Elektrische Steuereinheit: Steuergeräte sind wichtige Fahrzeugkomponenten, deren Funktionalität durch Automobilhalbleiter gesteuert wird. Sie ermöglichen Echtzeitüberwachung, präzise Steuerung und Kombination mehrerer Systeme innerhalb eines Fahrzeugs durch den Einsatz von Sensorschnittstellen, Mikrocontrollern und Kommunikationsprotokollen. Dies führt letztendlich zu einer Verbesserung der Sicherheit, Leistung und Funktionalität der Fahrzeuge.
• Power-Management-ICs: Die Hauptaufgabe integrierter Power-Management-Schaltkreise besteht darin, die Stromversorgung von Fahrzeugen zu steuern und zu verwalten. Diese Komponenten stellen sicher, dass eine effektive Stromverteilung, Spannungsregelung und ein effektiver Schutz in den gesamten Fahrzeugsystemen der Elektrofahrzeuge aufrechterhalten werden.
• Sensoren: Automobilsensoren sind für die Erfassung von Informationen aus dem internen System und der Umgebung eines Fahrzeugs von entscheidender Bedeutung. Diese Sensoren variieren von – Positionssensoren, Drucksensoren, Gyroskopen, Näherungssensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungsmessern und mehr. Gemeinsam sammeln und senden sie Informationen für verschiedene Zwecke, beispielsweise für Umweltkontrollsysteme, ADAS und Motormanagement.
• MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems): Die Technologie spielt eine Schlüsselrolle bei Halbleitern in der Automobilindustrie. MEMS-basierte Halbleiter bieten der Automobilindustrie fortschrittliche Betätigungs- und Sensorfunktionen, die letztendlich zur Verbesserung der Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit und Leistung von Fahrzeugen beitragen. Dadurch können intelligente Systeme eine Reihe von Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen verfolgen und darauf reagieren und so das Fahrerlebnis insgesamt verbessern.

Während diese den Halbleiterbereich auf der technischen Seite abdecken, müsste die Rolle der Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie von Investitionen und Partnerschaften bestimmt werden, damit die Technologie an die wachsende Nachfrage von Kraftfahrzeugen angepasst werden kann. Hier finden Sie einen Überblick über die Kooperationen zwischen Automobilherstellern und Halbleiterherstellern.

Während die Partnerschaften zwischen Halbleiterentwicklungsunternehmen und Fahrzeugherstellern gemeinsam die Vorteile der Halbleitertechnologie im Automobilbereich sowohl für sie selbst als auch für die Fahrer gestalten, gibt es auch einige Herausforderungen, die nicht ignoriert werden sollten.

Automobil-OEMs stehen vor einer Reihe von Hürden, da die Elektronikarchitektur und die Bordsoftware immer komplexer werden und zur Vereinfachung vernetzter Fahrzeuge, autonomes Fahren, Elektrifizierung des Antriebsstrangs und Anforderungen an Shared Mobility (ACES) erforderlich sind. Während sie mit Softwareunternehmen zusammenarbeiten oder ein internes Team aufbauen, um die meisten dieser Herausforderungen zu bewältigen, erfordert die Aufrüstung von Halbleitern ganz neue Strategien auf Geschäftsebene.

• Entwicklung eines tiefen Verständnisses der End-to-End-Architektur für die Halbleiter-Softwareentwicklung für die Automobilindustrie – von Software-Anwendungsfällen bis hin zu Halbleitern – zur Optimierung von Systemen.
• Erstellen von Rekrutierungs- und Bindungsplänen zum internen Aufbau von Halbleiterkompetenz; Unabhängig von den Designentscheidungen des Automobilherstellers benötigen sie Mitarbeiter, die Konzepte verstehen und messen.
• Sicherstellen, dass sie ihre Bemühungen weiterhin auf die Planung und das Design von Halbleitern konzentrieren, was wiederum eine Fragmentierung der Ressourcen verhindern würde. Dies würde es einfacher machen, sich auf die wirklich wichtigen Funktionen zu konzentrieren (z. B. die Konzentration auf einen Anwendungsfallbereich in ADAS).
• Identifizierung strategischer Partner zur Umsetzung von Halbleiterstrategien und Beschleunigung der Integrationsbemühungen.

Wie kann Appinventiv beim Aufbau einer Strategie für Halbleiter in der Automobilindustrie helfen?

Im Rahmen unserer E-Mobilitätslösungen nutzen wir unser umfassendes Fachwissen sowohl in der Halbleiter- als auch in der Automobilindustrie, um die Infrastrukturbereitschaft von Automobil-OEMs im Einklang mit der technischen und softwaretechnischen Komplexität von Halbleitern zu bewerten. Sobald dies etabliert ist, bauen wir eine Architektur auf, die Halbleiter in eine Middleware verwandelt – eine, die Informationen über die Cloud an eine Anwendung sendet, die dann dem Halbleiter über seine Fahrzeugsteuerung signalisiert, auf eine bestimmte Weise zu reagieren – und das alles im Handumdrehen einige Bruchteile von Sekunden.

Darüber hinaus verfügen wir über Fachwissen darin, Automobilherstellern dabei zu helfen, die Halbleiterfähigkeiten zu verstehen und sie so zu nutzen, dass sie die Technologie und die Backend-Software sicher integrieren können.

Nachdem wir uns nun aus mehreren Perspektiven mit dem Konzept der Halbleiter in der Automobilindustrie befasst haben, schließen wir den Artikel mit einem Ausblick auf die Zukunft der Technologie.

Der Weg in die Zukunft für Halbleiter in der Automobilindustrie

Der Automotive-Halbleitermarkt ist in mehrere Komponenten unterteilt und eine Reihe von Akteuren betreten den Markt, um die Nachfrage nach der Einführung der Technologie zu decken, darunter Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel und Nvidia usw. Die Fortschritte auf dem Technik und Partnerschaften enden, gestaltet gemeinsam die Zukunft der Technologie.

Schauen wir uns einige der anderen wichtigen Ereignisse an, die von der Technologie in der kommenden Zukunft zu erwarten sind.

Unterstützen Sie die künstliche Intelligenz von Fahrzeugen

Die Automobilindustrie wird Halbleiter zur Unterstützung von KI-Systemen im Fahrzeug einsetzen, um menschliche Handlungen zu kopieren, zu erweitern und zu unterstützen. In den Fahrzeugen der Zukunft, die völlig fahrerlos fahren, wird die KI anhand von Fahrzeug- und Umgebungssensoren ableiten, welche Maßnahmen zu ergreifen sind. Hier werden Halbleiter eingesetzt, um diese KI-Systeme störungsfrei einzusetzen.

V2X-Kommunikation

Die Vehicle-to-Everything-Technologie ermöglicht es Fahrzeugen, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren und das Fahren effizient und sicher zu machen. Die Technologie informiert darüber, was vor Ihnen liegt, ohne dass der Fahrer die Sicht hat, und ist in der Lage, Kurven und Hindernisse in einem Umkreis von bis zu einer Meile zu erkennen. Um die Kommunikation in Echtzeit zu unterstützen, werden Halbleiter eingesetzt.

Entwicklung der Ultrabreitbandtechnologie

UWBs bieten genaue, sichere und Echtzeit-Lokalisierungsfähigkeiten, die von drahtlosen Technologien wie Bluetooth, GPS und Wi-Fi konkurrenzlos sind. Die Technologie wurde entwickelt, um UWB-basierten Autos und Geräten räumliches Bewusstsein zu verleihen, damit sie wissen, wo sich die Benutzer befinden.

Die Rolle von Halbleitern wird sich hier bei der Entwicklung von UWB-ICs für die Automobilindustrie zeigen, die das Fahrzeug mit einem Smartphone verbinden.

Die Nachfrage nach intelligenten Fahrzeugen wirkt sich auf den Wert von Halbleitern aus

Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verwenden intelligente Fahrzeuge zunehmend mehr Chips. Beispielsweise beginnt bei autonom fahrenden Autos die durchschnittliche Anzahl der erforderlichen Chips bei 8 und kann bis zu 20 Sensorchips betragen. Darüber hinaus führt die enorme Menge an Datenerfassung, -verarbeitung und -speicherung durch AVs dazu, dass mehrere intelligente und leistungsstarke Speicherchips an Bord installiert werden müssen.

Wachsende Anzahl von Sensoren

Autonomy bringt mehr leistungsstarke Sensoren in die Fahrzeuge, die mit fortschrittlichen Halbleitertechnologien betrieben werden müssen. Derzeit sind Nahinfrarot-LiDARs die am häufigsten eingesetzten Sensoren für Fahrzeuge der SAE-Stufe 3. Diese werden jedoch bald auf Kurzwellen-Infrarot umgestellt, da es bessere Leistungsvorteile bietet. Dieser Übergang wird höherwertige Halbleiter in den ADAS- (Advanced Driver Assistance Systems) und Autonomiemärkten erfordern.

Bessere Integration zwischen Hardware und Software

Mit dem Aufkommen der Massenproduktion liegt der Schwerpunkt der Automobilhersteller vor allem auf der Optimierung der Hardware und der Entwicklung mechanischer Komponenten, die die Lebensdauer eines Autos verbessern können. Ein dedizierter Fokus auf Hardware kann jedoch für Hersteller, die sich im Bereich autonomer Fahrzeuge einen Namen machen wollen, kontraintuitiv sein.

Das Gebot der Stunde besteht darin, eine bessere Zusammenarbeit zwischen Automobil-OEMs und Chipherstellern aufzubauen, sodass die Hersteller ein Mitspracherecht bei der Festlegung der Spezifikationen und Eigenschaften der Mikrochips haben, die in ihrer Flotte verwendet werden.

Vorhersagegesteuerte Halbleiter

Ein Großteil der heutigen Sensoren beschränkt sich auf die „Beobachtung“ der Umgebung. Um die Anwendungsfälle zu erweitern, suchen Unternehmen nach Chips, die eine vorhersagebasierte Verfolgung und Analyse unterstützen. Hier ist ein Beispiel dafür, wie diese Chips funktionieren könnten. Stellen Sie sich vor, das Auto auf der Fahrspur neben Ihnen denkt plötzlich daran, das Auto vor ihm zu überholen, indem es auf Ihre Fahrspur kommt. Die sanften Hinweise, die es hinterlässt, wie z. B. die leichte Änderung der Flugbahn, wenn es von den Sensoren erfasst und vom Halbleiter analysiert wird, können dabei helfen, Gefahren zu vermeiden Verkehrssituationen.

5G- und 6G-basierte Interaktionen

Moderne Autos funktionieren nicht als isolierte Einheiten. Sie sind stets mit den Infrastrukturen und Fahrzeugen in ihrer Umgebung verbunden, mit denen sie rund um die Uhr wichtige Sensordaten austauschen. Dieser ständige Informationsaustausch hängt von einer stabilen Netzwerkverbindung ab und deshalb sind sowohl Automobilhersteller als auch Chiphersteller an 5G- und 6G-Technologien interessiert.

5G- und 6G-Netzwerkverbindungen bieten das Potenzial, hohe Funkfrequenzen zu nutzen, um große Bandbreite und geografische Abdeckung mit begrenzten Signalstörungen zu kombinieren. Ihre Integration würde jedoch erfordern, dass Chiphersteller mit einer Kapazität von 100 GHz oder mehr arbeiten – etwas, mit dem Halbleiterentwicklungsunternehmen begonnen haben, sich damit zu befassen.

Bessere Energieeffizienz

Aufgrund des gestiegenen Angebots an Elektrofahrzeugen steigt die Nachfrage nach energieeffizienten Halbleitern. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Chiphersteller dies angehen – sie nutzen KI, um Rechenressourcen auszutauschen, oder wechseln zu WBG-Halbleiter-Leistungsgeräten, um die Steuerung, Umwandlung und Verarbeitung von Elektrizität zu verwalten. Darüber hinaus experimentieren sie auch mit der Verwendung von Siliziumkarbid-Komponenten als primäre Technologie aufgrund der Vorteile geringerer Verluste, hoher Schaltfrequenzen, größerer Robustheit in rauen Umgebungen und höherer Betriebstemperatur.

Letztes Wort

Der Einbezug von Halbleitern in die Automobilindustrie ist stärker ausgeprägt als je zuvor – ein Ereignis, das dazu führt, dass mehr Partnerschaften zwischen Fahrzeugherstellern (Automobil-OEMs) und Halbleiterentwicklungsunternehmen entstehen. Diese Partnerschaften bringen eine neue Ära mit sich, in der die Automobilindustrie elektrifiziert und autonom wird.

Wir hoffen, dass die Informationen, die wir in diesem Artikel behandelt haben, Sie mit der sich ändernden Entwicklung vertraut machen. Wenden Sie sich an unser Team, wenn Sie weitere Informationen zur Technologie benötigen oder nach der Integration von Halbleitern in Ihre Fahrzeuge suchen.

FAQs

F. Was ist Halbleitertechnologie im Automobilkontext?

A. Alle modernen Innovationen der Fahrerassistenztechnologie basieren auf Halbleitern. Beispielsweise benötigen Rückfahrkameras Chips, um mit den Borddisplays zu kommunizieren, und auch Navigationssysteme, der adaptive Tempomat und die Infotainmentsysteme funktionieren auf Halbleitern.

F. Welche Vorteile bietet der Einsatz von Halbleitertechnologie in Automobilen?

A. Bei der Elektrifizierung von Fahrzeugen werden hauptsächlich Halbleiter eingesetzt, die dazu beitragen, manuelle Systeme durch elektrische Systeme zu ersetzen, was zu Vorteilen wie einer besseren Fahrzeugeffizienz, einer geringeren Ölabhängigkeit und einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen führt. Darüber hinaus tragen sie dazu bei, die Fahrerassistenz und Sicherheit in Fahrzeugen zu erhöhen, indem sie die Konnektivität in den Fahrzeugen in Echtzeit aufrechterhalten.

F. Welches Potenzial hat die Halbleitertechnologie in der Automobilindustrie?

A. Es wird prognostiziert, dass der Halbleitermarkt für Automobile in den kommenden Jahren aufgrund einer Reihe von Faktoren wie der steigenden Nachfrage nach fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen, der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen und technologischen Fortschritten bei autonomen Technologien ein massives Wachstum verzeichnen wird. Da die Automobilindustrie immer leistungsfähiger und intelligenter wird, wird auch der Automobilhalbleiterbereich unverzichtbar.