Semiconductores en la industria automotriz: un punto de inflexión para el espacio del automóvil tecnológico

En los últimos años, se han incorporado una serie de tecnologías en la industria automotriz, especialmente para la producción en masa de automóviles, incluidos sensores lidar mejorados y sensores basados ​​en cámaras inteligentes. En el centro de estas innovaciones se encuentra una mayor dependencia de los semiconductores.

En una era en la que los automóviles se han convertido en computadoras de alto rendimiento sobre ruedas, los fabricantes de automóviles se enfrentan a una nueva capa de complejidad: adaptarse al cambio de paradigma hacia el aprovechamiento de la potencia informática de los semiconductores en la industria automotriz.

Dado que se espera que los chips autónomos generen más de 29 mil millones de dólares para 2030, según una visión de McKinsey, hay mucho en juego para explorar el uso de la tecnología de semiconductores en la automoción.

En este artículo, facilitaremos el viaje sumergiéndonos en el papel de la tecnología de semiconductores en la industria automotriz a través de los beneficios y el mercado cambiante.

Los beneficios de la tecnología de semiconductores en la automoción

La creciente popularidad de los vehículos eléctricos y los vehículos sin conductor ha requerido avances en la tecnología de semiconductores en la industria automotriz, que harían que el espacio sea más inteligente y energéticamente eficiente.

Conectividad mejorada : Como conductores, nos hemos familiarizado con el uso de funciones como el mapeo de rutas y el cierre de carreteras mediante GPS en el vehículo, funciones que se ejecutan mediante la integración de tecnología de semiconductores en los automóviles. Los semiconductores de nodos heredados de alta calidad afinan los sistemas preinstalados en el vehículo. El semiconductor también se utiliza para procesar y detectar datos clave del sistema informático del vehículo, lo que permite un control fiable, preciso y oportuno del vehículo.

Electrificación de vehículos : la electrificación introduce características sorprendentes en el sector del automóvil: gestión de baterías de vehículos híbridos, mejora de la eficiencia de combustión de combustible en los vehículos e incluso restauración de energía en los vehículos eléctricos a partir de sistemas de frenado regenerativos. Los semiconductores en la industria automotriz simplifican estos complejos procesos al gestionar la eficiencia y la rápida toma de decisiones.

Mejor seguridad : uno de los puntos clave de venta de los vehículos de conducción autónoma es su sistema de frenado, que funciona en fracciones de segundos. Un área donde los beneficios de la tecnología de semiconductores en la automoción son más visibles. El software potencia funciones como el control de crucero, el sistema de frenado de emergencia, los sistemas de detección de puntos ciegos, la asistencia de cámara de estacionamiento, los sensores para evitar colisiones, etc., de manera que respondan en tiempo real.

Número creciente de vehículos autónomos : una de las mayores revoluciones de la actualidad han sido los vehículos autónomos. Estos vehículos pueden moverse de un punto a otro sin asistencia humana en un "Modo de piloto automático" mediante la ayuda de una tecnología basada en IA. Para perfeccionar este modelo tan sofisticado, la industria automovilística está utilizando semiconductores avanzados.

Asistencia avanzada a la conducción : varias funciones, como el control de crucero, la navegación GPS con control por voz, la dirección activa y las actualizaciones OTA, etc., dependen completamente de la tecnología de semiconductores de los automóviles. Estos semiconductores funcionan como un puente entre las soluciones de software de semiconductores para automóviles y las funciones vehiculares de los automóviles de la era moderna.

Alcance extendido de vehículos eléctricos : los semiconductores modernos ofrecen una alta eficiencia gracias a su capacidad de encenderse y apagarse miles de veces por segundo. Esto da como resultado una disminución sustancial en las pérdidas de energía, lo que hace que las baterías duren más y se amplíe el alcance. Estos semiconductores también ayudan a los fabricantes de equipos originales de automóviles a utilizar baterías pequeñas, lo que les permite diseñar nuevas arquitecturas de automóviles mediante la reducción de espacio.

El único elemento común entre todos estos beneficios de la tecnología de semiconductores en la automoción radica en el funcionamiento de la tecnología. Para comprender la profundidad del uso de la tecnología de semiconductores en la automoción, es fundamental comprender lo que implica.

A continuación, analicemos los componentes clave del software de semiconductores.

Los componentes clave de los semiconductores en la industria automotriz

Los avances en la tecnología de semiconductores en el sector automotriz han crecido hasta tal punto que existe una profunda escasez de chips. Si bien la escasez es principalmente un desafío en la cadena de suministro, la implicación es clara: los semiconductores están aquí para transformar el espacio automotriz. Ahora bien, para que una empresa de software construya un sistema que unirá el semiconductor y el hardware (vehículo automotriz), es importante comprender los conceptos básicos de la tecnología.

El mercado de semiconductores para automóviles se puede clasificar fácilmente en cuatro segmentos. El primero son los microcontroladores utilizados para funciones automotrices tradicionales, como frenos antibloqueo y controles de emisiones; el segundo es el chip de módem inalámbrico que conecta los automóviles a Internet. A continuación, hay otras dos categorías que trabajan en las características autónomas de los coches: chips para los sensores y cámaras y chips de procesamiento que actúan como cerebros del vehículo.

Aquí están los diferentes componentes que se unen para completar el segmento.

• Microcontroladores: Los microcontroladores o MCU son circuitos integrados que constan de una memoria, una CPU (Unidad Central de Procesamiento) y una amplia gama de interfaces periféricas. Se utilizan en aplicaciones automotrices para controlar y monitorear funciones como el control de la carrocería, la gestión del motor, el control del tren motriz y los sistemas de información y entretenimiento.
• Procesadores de señales digitales: los DSP son microprocesadores diseñados para realizar tareas de procesamiento de señales digitales. En la automoción, se utilizan para el reconocimiento de voz, el procesamiento de imágenes en sistemas ADAS, el procesamiento de audio y otras actividades computacionalmente pesadas.
• Circuitos integrados para aplicaciones específicas: los ASIC son circuitos integrados personalizados creados para algunos usos automotrices específicos. Impulsan un alto rendimiento y establecen capacidades de integración para funciones especiales, como sistemas de control de vehículos específicos, procesamiento de imágenes y algoritmos ADAS.
• Unidad de control eléctrico: las ECU son componentes críticos del vehículo cuya funcionalidad está controlada por semiconductores automotrices. Permiten monitoreo en tiempo real, control preciso y combinación de múltiples sistemas dentro de un vehículo mediante el uso de interfaces de sensores, microcontroladores y protocolos de comunicación. En última instancia, esto se traduce en una mejora de la seguridad, el rendimiento y la funcionalidad de los vehículos.
• Circuitos integrados de administración de energía: la tarea principal de los circuitos integrados de administración de energía es controlar y administrar el suministro de energía de los vehículos. Estos componentes garantizan que se mantenga una distribución de energía, regulación de voltaje y protección efectivas en todos los sistemas automotrices de los vehículos eléctricos.
• Sensores: los sensores automotrices son cruciales para recopilar información del sistema interno y el entorno de un vehículo. Estos sensores varían desde sensores de posición, sensores de presión, giroscopios, sensores de proximidad, sensores de temperatura, acelerómetros y más. Juntos recopilan y envían información para múltiples usos, como los sistemas de control ambiental, ADAS y la gestión del motor.
• MEMS (Sistemas Micro-Electro-Mecánicos): La tecnología juega un papel clave en los semiconductores de la industria automotriz. Los semiconductores basados ​​en MEMS ofrecen capacidades de actuación y detección de grado avanzado para la industria automotriz, lo que en última instancia ayuda a mejorar la seguridad, la facilidad y el rendimiento del vehículo. Esto permite que los sistemas inteligentes rastreen y respondan a una variedad de condiciones ambientales y del vehículo, mejorando así la experiencia de conducción general.

Si bien estos cubren el espacio de los semiconductores en el aspecto técnico, para que la tecnología se alinee con la creciente demanda de los vehículos automotores, el papel de la tecnología de semiconductores en la industria automotriz tendría que estar impulsado por inversiones y asociaciones. A continuación se ofrece una descripción general de las colaboraciones que se producen entre los fabricantes de vehículos automotrices y las empresas de fabricación de semiconductores.

Si bien las asociaciones entre empresas de desarrollo de semiconductores y fabricantes de vehículos están dando forma a los beneficios de la tecnología de semiconductores en la automoción tanto para ellos como para los conductores, existen algunos desafíos que tampoco deben ignorarse.

Los fabricantes de equipos originales de automóviles se enfrentan a una serie de obstáculos debido a las crecientes complejidades de la arquitectura electrónica y el software a bordo necesarios para simplificar los requisitos de los vehículos conectados, la conducción autónoma, la electrificación del tren motriz y la movilidad compartida (ACES). Si bien se asocian con empresas de software o crean un equipo interno para abordar la mayoría de estos desafíos, la actualización de los semiconductores requerirá un nuevo conjunto de estrategias a nivel empresarial.

• Desarrollar una comprensión profunda de la arquitectura de extremo a extremo para el desarrollo de software de semiconductores para automoción (desde casos de uso de software hasta semiconductores) con el fin de optimizar los sistemas.
• Crear planes de contratación y retención para desarrollar experiencia en semiconductores internamente; Independientemente de las decisiones de diseño del OEM automotriz, necesitarían empleados que comprendan y midan conceptos.
• Garantizar que mantengan sus esfuerzos centrados en la planificación y el diseño de semiconductores, lo que a su vez evitaría la fragmentación de recursos. Esto facilitaría duplicar las funcionalidades que realmente importan (por ejemplo, centrarse en un área de caso de uso en ADAS)
• Identificar socios estratégicos para implementar estrategias de semiconductores y acelerar los esfuerzos de integración.

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Como parte de nuestras soluciones de movilidad eléctrica, utilizamos nuestra profunda experiencia en las industrias de semiconductores y automoción para evaluar la preparación de la infraestructura de los OEM de automóviles en línea con las complejidades técnicas y de software de los semiconductores. Una vez establecido esto, construimos una arquitectura que convertiría a los semiconductores en un middleware (uno que envía información a través de la nube a una aplicación que luego indica al semiconductor que responda de cierta manera a través de los controles de su vehículo), todo esto en cuestión de alguna fracción de segundos.

Además, también contamos con experiencia en ayudar a los fabricantes de automóviles a comprender las capacidades de los semiconductores y utilizarlas de manera que puedan integrar la tecnología y el software backend con confianza.

Ahora que hemos analizado el concepto de semiconductores en la industria automotriz desde múltiples perspectivas, cerremos el artículo con una perspectiva del futuro de la tecnología.

El camino a seguir para los semiconductores en la industria automotriz

El mercado de semiconductores para automóviles está dividido en múltiples componentes y varios actores están ingresando al espacio para satisfacer la demanda de adopción de la tecnología, como Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel y Nvidia, etc. El fin técnico y las asociaciones están dando forma juntos al futuro de la tecnología.

Veamos algunos de los otros acontecimientos clave que se pueden esperar de la tecnología en el futuro próximo.

Vehículo de apoyo a la inteligencia artificial

Se verá a la industria automotriz utilizando semiconductores para respaldar los sistemas de inteligencia artificial en los vehículos para copiar, aumentar y respaldar las acciones humanas. En los vehículos del futuro que sean completamente autónomos, la IA inferirá qué acciones tomar en función de los sensores ambientales y del interior del vehículo. Aquí es donde se utilizarán semiconductores para implementar estos sistemas de IA sin problemas.

Comunicación V2X

La tecnología Vehicle-to-Everything permite que los vehículos se comuniquen con su entorno y hagan que la conducción sea eficiente y segura. La tecnología informa de lo que se avecina, con visibilidad nula para el conductor y es capaz de ver esquinas y obstáculos en un radio de hasta una milla. Para respaldar la comunicación en tiempo real, se utilizarán semiconductores.

Desarrollo de tecnología de banda ultraancha

Los UWB brindan capacidades de localización exacta, segura y en tiempo real que no tienen rival en tecnologías inalámbricas como bluetooth, GPS y Wi-Fi. La tecnología está diseñada para brindar conciencia espacial a los automóviles y dispositivos basados ​​en UWB para permitirles saber dónde están los usuarios.

El papel de los semiconductores aquí se verá en la creación de circuitos integrados UWB para automóviles que conectarían el vehículo con un teléfono inteligente.

La demanda de vehículos inteligentes afectará el valor de los semiconductores

En comparación con los vehículos ICE tradicionales, los vehículos inteligentes utilizan cada vez más chips. Por ejemplo, en el caso de los coches de conducción autónoma, el número medio de chips necesarios empieza en 8 y puede llegar hasta 20 chips de sensores. Además, la enorme cantidad de recopilación, procesamiento y almacenamiento de datos que realizan los AV está generando una situación en la que es necesario instalar a bordo múltiples chips inteligentes y de alto almacenamiento.

Número creciente de sensores

La autonomía está incorporando más sensores de alto rendimiento a los vehículos, que deben funcionar con tecnologías de semiconductores avanzadas. En el estado actual, los LiDAR de infrarrojo cercano son los sensores más utilizados para vehículos en el nivel 3 de SAE; sin embargo, pronto pasarán al infrarrojo de onda corta, ya que ofrece mejores beneficios de rendimiento. Esta transición requerirá semiconductores de mayor valor en los mercados de ADAS (sistemas avanzados de asistencia al conductor) y de autonomía.

Mejor integración entre hardware y software

Con el advenimiento de la era de la producción en masa, el enfoque de los fabricantes de equipos originales de automóviles se ha centrado principalmente en la optimización del hardware y el desarrollo de componentes mecánicos que puedan mejorar la vida útil de un automóvil. Sin embargo, centrarse exclusivamente en el hardware puede resultar contradictorio para los fabricantes que buscan destacar en el sector de los vehículos autónomos.

La necesidad del momento es construir mejores colaboraciones entre los OEM de automóviles y las empresas fabricantes de chips hasta el punto en que los fabricantes tengan voz en la definición de especificaciones y características de los microchips que se utilizarán en su flota.

Semiconductores basados ​​en predicción

La mayoría de los sensores actuales se limitan a "observar" el medio ambiente, para ampliar los casos de uso, las empresas han comenzado a buscar chips que admitan el seguimiento y el análisis basados ​​en predicciones. A continuación se muestra un ejemplo de cómo podrían funcionar estos chips. Imagine que el automóvil en el carril de al lado de repente piensa en adelantar al automóvil que está delante de él entrando en su carril; las señales suaves que dejarán, como el ligero cambio de trayectoria, cuando sean capturadas por los sensores y analizadas por el semiconductor, pueden ayudar a prevenir situaciones peligrosas. situaciones de tráfico.

Interacciones basadas en 5G y 6G

Los automóviles modernos no funcionan como entidades aisladas. Siempre están conectados con las infraestructuras y los vehículos que los rodean con quienes comparten constantemente datos críticos de los sensores las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Este constante intercambio de información depende de una conexión de red estable y es por eso que tanto los OEM de automóviles como los fabricantes de chips están interesados ​​en las tecnologías 5G y 6G.

Las conexiones de red 5G y 6G tienen el potencial de aprovechar altas frecuencias de radio para combinar un gran ancho de banda y cobertura geográfica con fallas de señal limitadas. Sin embargo, su integración requeriría que los fabricantes de chips funcionaran a una capacidad de 100 GHz o más, algo que las empresas de desarrollo de semiconductores han comenzado a considerar.

Mejor eficiencia energética

A raíz del aumento de la oferta de vehículos eléctricos, existe una mayor demanda de semiconductores energéticamente eficientes. Hay varias formas en que los fabricantes de chips están abordando esto: utilizando la IA para intercambiar recursos informáticos, cambiando a dispositivos de potencia semiconductores del WBG para gestionar el control, la conversión y el procesamiento de la electricidad. Además, también están experimentando con el uso de componentes de carburo de silicio como tecnología principal debido a los beneficios de menores pérdidas, altas frecuencias de conmutación, mayor robustez en entornos hostiles y mayor temperatura de funcionamiento.

Palabra final

La inclusión de semiconductores en la industria automotriz es más frecuente que antes, un evento que está dando lugar al establecimiento de más asociaciones entre fabricantes de vehículos (OEM de automóviles) y empresas de desarrollo de semiconductores. Lo que estas asociaciones traen consigo es una nueva era en la que la industria automotriz se está electrificando y volviendo autónoma.

Esperamos que la información que cubrimos en el artículo lo alinee con la trayectoria cambiante. Comuníquese con nuestro equipo si necesita más información sobre la tecnología o está buscando integrar semiconductores en sus vehículos.

Preguntas frecuentes

P. ¿Qué es la tecnología de semiconductores en el contexto de la automoción?

R. Todas las innovaciones modernas en tecnología de asistencia al conductor funcionan con semiconductores. Por ejemplo, las cámaras traseras necesitan chips para comunicarse con las pantallas de a bordo; del mismo modo, los sistemas de navegación, el control de crucero adaptativo y los sistemas de información y entretenimiento también funcionan con semiconductores.

P. ¿Cuáles son los beneficios de utilizar tecnología de semiconductores en automóviles?

R. La electrificación de los vehículos es el uso principal de semiconductores, lo que ayuda a reemplazar los sistemas manuales por sistemas eléctricos, lo que genera beneficios como una mejor eficiencia de los vehículos, una menor dependencia del petróleo y una reducción significativa de las emisiones de carbono. Además, ayudan a aumentar la asistencia al conductor y la seguridad en los automóviles al mantener la conectividad en los automóviles en tiempo real.

P. ¿Cuál es el potencial futuro de la tecnología de semiconductores en la industria automotriz?

R. Se prevé que el mercado de semiconductores para automóviles experimente un crecimiento masivo en los próximos años debido a una serie de factores como el aumento de la demanda de sistemas avanzados de asistencia al conductor, la creciente electrificación de los vehículos y los avances tecnológicos en tecnologías autónomas. A medida que la industria automotriz se vuelva poderosa e inteligente, el espacio de los semiconductores para automóviles también se volverá indispensable.