Semiconduttori nell'industria automobilistica: un punto di svolta per il settore automobilistico Tech-First

Negli ultimi anni, nell’industria automobilistica sono state incorporate numerose tecnologie, in particolare per la produzione di massa di automobili, tra cui sensori Lidar potenziati e sensori basati su fotocamere intelligenti. Al centro di queste innovazioni c’è una crescente dipendenza dai semiconduttori.

Nell’era in cui le automobili sono diventate computer su ruote ad alte prestazioni, le case automobilistiche si trovano ad affrontare un nuovo livello di complessità, adattandosi al cambiamento di paradigma verso lo sfruttamento della potenza di calcolo dei semiconduttori nell’industria automobilistica.

Con i chip autonomi che dovrebbero generare oltre 29 miliardi di dollari entro il 2030, secondo un’intuizione di McKinsey, la posta in gioco è alta per esplorare l’uso della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico.

In questo articolo, renderemo il viaggio più semplice approfondendo il ruolo della tecnologia dei semiconduttori nell'industria automobilistica attraverso i vantaggi e il mercato in evoluzione.

I vantaggi della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico

La crescente popolarità dei veicoli elettrici e dei veicoli senza conducente ha richiesto progressi nella tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico, che renderebbero lo spazio più intelligente ed efficiente dal punto di vista energetico.

Connettività migliorata : come conducenti, abbiamo acquisito familiarità con l'utilizzo di funzionalità come la mappatura dei percorsi e la chiusura delle strade utilizzando il GPS di bordo, funzionalità che funzionano grazie all'integrazione della tecnologia dei semiconduttori nelle auto. Semiconduttori di nodi legacy di alta qualità ottimizzano i sistemi preinstallati nel veicolo. Il semiconduttore viene utilizzato anche per elaborare e rilevare i dati chiave del sistema informatico del veicolo, garantendo un controllo affidabile, accurato e tempestivo del veicolo.

Veicoli elettrificanti : l'elettrificazione introduce caratteristiche sorprendenti nel settore automobilistico: la gestione delle batterie dei veicoli ibridi, il miglioramento dell'efficienza della combustione del carburante nei veicoli e persino il ripristino dell'energia nei veicoli elettrici dai sistemi di frenata rigenerativa. I semiconduttori nell'industria automobilistica semplificano questi processi complessi gestendo l'efficienza e velocizzando il processo decisionale.

Migliore sicurezza : uno dei principali punti di forza dei veicoli a guida autonoma è il loro sistema frenante che funziona in frazioni di secondi. Un’area in cui i vantaggi della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico sono più visibili. Il software alimenta funzionalità come il controllo della velocità di crociera, il sistema di frenata di emergenza, i sistemi di rilevamento degli angoli ciechi, l'assistenza alla telecamera di parcheggio, i sensori di prevenzione delle collisioni, ecc. in modo che rispondano in tempo reale.

Numero crescente di AV : una delle più grandi rivoluzioni dei tempi attuali è stata quella dei veicoli autonomi. Questi veicoli possono spostarsi da un punto all'altro senza alcuna assistenza umana in "modalità pilota automatico" attraverso l'aiuto di una tecnologia basata sull'intelligenza artificiale. Per mettere a punto questo modello estremamente sofisticato, l’industria automobilistica utilizza semiconduttori avanzati.

Assistenza alla guida avanzata : una serie di funzionalità come il controllo automatico della velocità, la navigazione GPS con controllo vocale, lo sterzo attivo e gli aggiornamenti OTA, ecc., dipendono interamente dalla tecnologia dei semiconduttori delle auto. Questi semiconduttori funzionano come un ponte tra le soluzioni software per semiconduttori per il settore automobilistico e le funzioni veicolari delle auto moderne.

Gamma EV estesa : i semiconduttori moderni offrono un'elevata efficienza grazie alla loro capacità di accendersi e spegnersi migliaia di volte al secondo. Ciò si traduce in una sostanziale riduzione delle perdite di potenza, con conseguente maggiore durata delle batterie e autonomia maggiore. Questi semiconduttori aiutano inoltre gli OEM automobilistici a utilizzare batterie di piccole dimensioni, consentendo loro di progettare nuove architetture automobilistiche attraverso la riduzione dello spazio.

L'elemento comune tra tutti questi vantaggi della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico risiede nel funzionamento della tecnologia. Per comprendere le profondità dell'uso della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico, è fondamentale capire cosa c'è dietro.

Esaminiamo ora i componenti chiave del software per semiconduttori.

I componenti chiave dei semiconduttori nell'industria automobilistica

I progressi della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico sono cresciuti a tal punto che vi è una profonda carenza di chip. Sebbene la carenza sia principalmente una sfida della catena di approvvigionamento, l’implicazione è chiara: i semiconduttori sono qui per trasformare il settore automobilistico. Ora, affinché un'azienda di software possa costruire un sistema che colleghi il semiconduttore e l'hardware (veicolo automobilistico), è importante comprendere le basi della tecnologia.

Il mercato dei semiconduttori automobilistici può essere facilmente classificato in quattro segmenti. I primi sono microcontrollori utilizzati per le funzionalità automobilistiche tradizionali come i freni antibloccaggio e il controllo delle emissioni, il secondo è il chip modem wireless che collega le auto a Internet. Poi ci sono altre due categorie che lavorano sulle caratteristiche autonome delle auto: chip per sensori e telecamere e chip di elaborazione che fungono da cervello del veicolo.

Ecco i diversi componenti che si uniscono per rendere il segmento intero.

• Microcontrollori: i microcontrollori o MCU sono circuiti integrati costituiti da una memoria, una CPU (unità centrale di elaborazione) e una vasta gamma di interfacce periferiche. Sono utilizzati nelle applicazioni automobilistiche per il controllo e il monitoraggio di funzioni come il controllo della carrozzeria, la gestione del motore, il controllo del gruppo propulsore e i sistemi di infotainment.
• Processori di segnali digitali: i DSP sono microprocessori progettati per eseguire attività di elaborazione dei segnali digitali. Nel settore automobilistico, vengono utilizzati per il riconoscimento vocale, l'elaborazione delle immagini nei sistemi ADAS, l'elaborazione audio e altre attività computazionalmente pesanti.
• Circuiti integrati specifici per l'applicazione: gli ASIC sono circuiti integrati personalizzati costruiti per alcuni usi automobilistici specifici. Forniscono prestazioni elevate e stabiliscono capacità di integrazione per funzioni speciali come sistemi di controllo specifici del veicolo, elaborazione di immagini e algoritmi ADAS.
• Unità di controllo elettrica: le ECU sono componenti critici del veicolo la cui funzionalità è controllata da semiconduttori automobilistici. Consentono il monitoraggio in tempo reale, il controllo preciso e la combinazione di più sistemi all'interno di un veicolo utilizzando interfacce di sensori, microcontrollori e protocolli di comunicazione. Ciò si traduce in definitiva nel miglioramento della sicurezza, delle prestazioni e della funzionalità dei veicoli.
• CI di gestione dell'energia: il compito principale dei circuiti integrati di gestione dell'energia è controllare e gestire l'alimentazione dei veicoli. Questi componenti garantiscono il mantenimento di un'efficace distribuzione dell'energia, regolazione della tensione e protezione in tutti i sistemi automobilistici dei veicoli elettrici.
• Sensori: i sensori automobilistici sono fondamentali per raccogliere informazioni dal sistema interno di un veicolo e dall'ambiente circostante. Questi sensori variano da: sensori di posizione, sensori di pressione, giroscopi, sensori di prossimità, sensori di temperatura, accelerometri e altro ancora. Insieme raccolgono e inviano informazioni per molteplici usi come i sistemi di controllo ambientale, ADAS e la gestione del motore.
• MEMS (sistemi microelettromeccanici): la tecnologia gioca un ruolo chiave nei semiconduttori nell'industria automobilistica. I semiconduttori basati su MEMS offrono capacità di attuazione e rilevamento di livello avanzato per l'industria automobilistica, che in definitiva aiutano a migliorare la sicurezza, la facilità e le prestazioni del veicolo. Ciò consente ai sistemi intelligenti di tracciare e rispondere a una serie di condizioni ambientali e del veicolo, migliorando così l’esperienza di guida complessiva.

Sebbene questi coprano lo spazio dei semiconduttori dal lato tecnico, affinché la tecnologia si allinei alla crescente domanda dei veicoli automobilistici, il ruolo della tecnologia dei semiconduttori nell’industria automobilistica dovrebbe diventare guidato da investimenti e partnership. Ecco una panoramica delle collaborazioni in corso tra produttori di veicoli automobilistici e aziende produttrici di semiconduttori.

Sebbene le partnership tra le società di sviluppo di semiconduttori e i produttori di veicoli stiano insieme plasmando i vantaggi della tecnologia dei semiconduttori nel settore automobilistico sia per loro stessi che per i conducenti, ci sono anche alcune sfide che non dovrebbero essere ignorate.

Gli OEM automobilistici si trovano ad affrontare una serie di ostacoli a causa della crescente complessità dell’architettura elettronica e del software di bordo necessari per semplificare i veicoli connessi, la guida autonoma, l’elettrificazione dei gruppi propulsori e i requisiti di mobilità condivisa (ACES). Mentre collaborano con società di software o creano un team interno per affrontare la maggior parte di queste sfide, l’aggiornamento dei semiconduttori richiederà una nuova serie di strategie a livello aziendale.

• Sviluppare una profonda conoscenza dell'architettura end-to-end per lo sviluppo di software per semiconduttori per il settore automobilistico, dai casi d'uso del software ai semiconduttori, al fine di ottimizzare i sistemi.
• Creazione di piani di reclutamento e fidelizzazione per sviluppare internamente competenze nel settore dei semiconduttori; indipendentemente dalle decisioni di progettazione dell'OEM automobilistico, avrebbero bisogno di dipendenti che comprendano e misurino i concetti.
• Garantire che i loro sforzi continuino a concentrarsi sulla pianificazione e progettazione di semiconduttori, il che a sua volta eviterebbe la frammentazione delle risorse. Ciò renderebbe più semplice raddoppiare le funzionalità che contano veramente (ad esempio, concentrandosi su un'area del caso d'uso in ADAS)
• Identificazione di partner strategici per implementare strategie di semiconduttori e accelerare gli sforzi di integrazione.

In che modo Appinventiv può aiutare a costruire una strategia per i semiconduttori nel settore automobilistico?

Nell'ambito delle nostre soluzioni di mobilità elettrica, utilizziamo la nostra profonda esperienza sia nel settore dei semiconduttori che in quello automobilistico per valutare la preparazione dell'infrastruttura degli OEM automobilistici in linea con le complessità tecniche e software dei semiconduttori. Una volta stabilito ciò, costruiamo un'architettura che trasformerebbe i semiconduttori in un middleware, che invia informazioni attraverso il cloud a un'applicazione che poi segnala al semiconduttore di rispondere in un certo modo tramite i controlli del suo veicolo. Tutto questo in una questione di qualche frazione di secondo.

Inoltre, abbiamo anche la nostra esperienza nell'aiutare le case automobilistiche a comprendere le capacità dei semiconduttori e ad utilizzarle in modo da poter integrare con sicurezza la tecnologia e il software backend.

Ora che abbiamo esaminato il concetto di semiconduttori nell'industria automobilistica da molteplici punti di vista, chiudiamo l'articolo con una prospettiva sul futuro della tecnologia.

La strada da percorrere per i semiconduttori nell’industria automobilistica

Il mercato dei semiconduttori automobilistici è diviso in molteplici componenti e numerosi attori stanno entrando nello spazio per soddisfare la domanda di adozione della tecnologia come Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel e Nvidia, ecc. fine delle partnership tecniche e, insieme stiamo dando forma al futuro della tecnologia.

Diamo un'occhiata ad alcuni degli altri avvenimenti chiave che ci si può aspettare dalla tecnologia nel prossimo futuro.

Supporta l'intelligenza artificiale dei veicoli

Si vedrà l’industria automobilistica utilizzare semiconduttori per supportare i sistemi di intelligenza artificiale a bordo dei veicoli per copiare, aumentare e supportare le azioni umane. Nei veicoli del futuro completamente senza conducente, l’intelligenza artificiale dedurrà quali azioni intraprendere in base ai sensori di bordo e ambientali. È qui che i semiconduttori verranno utilizzati per implementare questi sistemi di intelligenza artificiale senza problemi.

Comunicazione V2X

La tecnologia Vehicle-to-Everything consente ai veicoli di comunicare con l’ambiente circostante e rendere la guida efficiente e sicura. La tecnologia informa su ciò che c'è davanti, con visibilità pari a zero per il conducente ed è in grado di vedere angoli e ostacoli in un raggio fino a un miglio. Per supportare la comunicazione in modo più in tempo reale, verranno utilizzati i semiconduttori.

Sviluppo della tecnologia a banda ultralarga

Gli UWB forniscono capacità di localizzazione precise, sicure e in tempo reale che non hanno rivali nelle tecnologie wireless come Bluetooth, GPS e Wi-Fi. La tecnologia è progettata per fornire consapevolezza spaziale alle auto e ai dispositivi basati su UWB per consentire loro di sapere dove si trovano gli utenti.

Il ruolo dei semiconduttori qui sarà visto nella creazione di circuiti integrati UWB automobilistici che collegherebbero il veicolo a uno smartphone.

La domanda dei veicoli intelligenti ha un impatto sul valore dei semiconduttori

Rispetto ai tradizionali veicoli ICE, i veicoli intelligenti utilizzano sempre più chip. Ad esempio, nel caso delle auto a guida autonoma, il numero medio di chip richiesti parte da 8 e può arrivare fino a 20 chip di sensori. Inoltre, l’enorme quantità di raccolta, elaborazione e archiviazione dei dati effettuata dagli AV sta portando a una situazione in cui è necessario installare a bordo più chip intelligenti e ad alta capacità di archiviazione.

Numero crescente di sensori

L’autonomia sta portando sensori più performanti sui veicoli, che devono funzionare con tecnologie avanzate di semiconduttori. Allo stato attuale, i LiDAR nel vicino infrarosso sono i sensori più utilizzati per i veicoli di livello SAE 3, tuttavia, presto passeranno all’infrarosso a onde corte, poiché offre migliori vantaggi in termini di prestazioni. Questa transizione richiederà semiconduttori di valore più elevato nei mercati ADAS (sistemi avanzati di assistenza alla guida) e autonomia.

Migliore integrazione tra hardware e software

Con l'avvento dell'era della produzione di massa, l'attenzione degli OEM automobilistici si è concentrata principalmente sull'ottimizzazione dell'hardware e sullo sviluppo di componenti meccanici in grado di migliorare la durata di un'auto. Tuttavia, un focus dedicato sull’hardware può essere controintuitivo per i produttori che cercano di imporsi nel settore dei veicoli autonomi.

La necessità del momento è quella di costruire migliori collaborazioni tra gli OEM automobilistici e le aziende produttrici di chip in una misura in cui i produttori abbiano voce in capitolo nella definizione delle specifiche e delle caratteristiche dei microchip che verranno utilizzati nella loro flotta.

Semiconduttori basati sulle previsioni

La maggior parte dei sensori attuali si limita a “osservare” l’ambiente, per espandere i casi d’uso le aziende hanno iniziato a cercare chip che supportino il monitoraggio e l’analisi basati sulle previsioni. Ecco un esempio di come potrebbero funzionare questi chip. Immagina che l'auto nella corsia accanto a te pensi improvvisamente di sorpassare l'auto che precede entrando nella tua corsia, i segnali morbidi che lasceranno come il leggero cambio di traiettoria quando catturati dai sensori e analizzati dal semiconduttore possono aiutare a prevenire pericolosi situazioni di traffico.

Interazioni basate su 5G e 6G

Le auto moderne non funzionano come entità isolate. Sono sempre connessi con le infrastrutture e i veicoli che li circondano con i quali condividono costantemente i dati critici dei sensori 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Questo costante scambio di informazioni dipende da una connessione di rete stabile ed è per questo che sia gli OEM automobilistici che i produttori di chip sono interessati alle tecnologie 5G e 6G.

Le connessioni di rete 5G e 6G hanno il potenziale per sfruttare le alte frequenze radio per combinare un’ampia larghezza di banda e copertura geografica con disturbi del segnale limitati. La loro integrazione, tuttavia, richiederebbe che i produttori di chip funzionino a una capacità di 100 GHz o più, qualcosa che le società di sviluppo di semiconduttori hanno iniziato a prendere in considerazione.

Migliore efficienza energetica

Dietro l’aumento dell’offerta di veicoli elettrici c’è una crescente domanda di semiconduttori ad alta efficienza energetica. Esistono diversi modi in cui i produttori di chip stanno affrontando questo problema: utilizzando l’intelligenza artificiale per scambiare risorse di calcolo, passando a dispositivi di potenza a semiconduttore WBG per gestire il controllo, la conversione e l’elaborazione dell’elettricità. Inoltre, stanno anche sperimentando l'utilizzo di componenti in carburo di silicio come tecnologia primaria grazie ai vantaggi di perdite inferiori, frequenze di commutazione elevate, maggiore robustezza in ambienti difficili e temperatura operativa più elevata.

Parola finale

L’inclusione dei semiconduttori nell’industria automobilistica è più diffusa che in passato – un evento che sta portando alla creazione di più partnership tra i produttori di veicoli (OEM automobilistici) e le società di sviluppo di semiconduttori. Ciò che porta con sé queste partnership è una nuova era in cui l’industria automobilistica sta diventando elettrificata e autonoma.

Ci auguriamo che le informazioni trattate nell’articolo vi metta in linea con la traiettoria di cambiamento. Contatta il nostro team se hai bisogno di maggiori informazioni sulla tecnologia o stai cercando l'integrazione di semiconduttori nei tuoi veicoli.

Domande frequenti

D. Cos'è la tecnologia dei semiconduttori nel contesto automobilistico?

R. Tutte le innovazioni moderne della tecnologia di assistenza alla guida funzionano su semiconduttori. Ad esempio, le telecamere posteriori necessitano di chip per comunicare con i display di bordo, allo stesso modo anche i sistemi di navigazione, il cruise control adattivo e i sistemi di infotainment funzionano su semiconduttori.

D. Quali sono i vantaggi derivanti dall'utilizzo della tecnologia dei semiconduttori nelle automobili?

R. L'elettrificazione dei veicoli è l'uso primario di semiconduttori che aiuta a sostituire i sistemi manuali con i sistemi elettrici, il che porta a vantaggi come una migliore efficienza del veicolo, una minore dipendenza dal petrolio e una significativa riduzione delle emissioni di carbonio. Inoltre, aiutano ad aumentare l'assistenza alla guida e la sicurezza nelle automobili mantenendo la connettività nelle auto in tempo reale.

D. Qual è il potenziale futuro della tecnologia dei semiconduttori nell'industria automobilistica?

R. Si prevede che il mercato dei semiconduttori automobilistici assisterà a una crescita massiccia nei prossimi anni a causa di una serie di fattori come l’aumento della domanda di sistemi avanzati di assistenza alla guida, la crescente elettrificazione dei veicoli e i progressi tecnologici nelle tecnologie autonome. Man mano che l’industria automobilistica diventa potente e intelligente, anche il settore dei semiconduttori automobilistici diventerà indispensabile.