自動車産業における半導体: テクノロジーファーストの自動車分野におけるゲームチェンジャー

ここ数年、自動車業界、特に自動車の大量生産向けに、強化された LiDAR センサーやスマート カメラ ベースのセンサーなど、多くのテクノロジーが導入されてきました。 これらのイノベーションの中心には、半導体への依存度の増大があります。

自動車が車輪付きの高性能コンピューターになった時代において、自動車メーカーは、自動車産業における半導体のコンピューティング能力の活用に向けたパラダイムシフトに適応するため、新たな複雑さの層に直面しています。

マッキンゼーの洞察によると、自律型チップは 2030 年までに 290 億ドル以上の収益を生み出すと見込まれており、自動車における半導体技術の利用を検討するのは大きな賭けとなっています。

この記事では、利点と市場の変化を通じて、自動車業界における半導体技術の役割を詳しく掘り下げ、理解を容易にします。

自動車における半導体技術の利点

電気自動車や自動運転車の人気の高まりにより、自動車業界では、空間をよりスマートでエネルギー効率の高いものにする半導体技術の進歩が求められています。

接続性の向上: ドライバーとして、私たちは車載 GPS を使用したルート マッピングや通行止めなどの機能の使用に慣れてきました。これは、自動車に半導体技術を統合することによって実行される機能です。 ハイグレードなレガシー ノード半導体が車両にプリインストールされたシステムを微調整します。 この半導体は、車両のコンピューティング システムの重要なデータの処理と感知にも使用され、信頼性が高く、正確でタイムリーな車両の制御につながります。

車両の電動化: 電動化により、自動車分野に驚くべき機能が導入されます。ハイブリッド車両のバッテリーの管理、車両の燃料燃焼効率の向上、さらには回生ブレーキ システムから電気車両のエネルギーの回復などです。 自動車業界の半導体は、効率性と迅速な意思決定を管理することで、これらの複雑なプロセスを簡素化します。

安全性の向上: 自動運転車の重要なセールス ポイントの 1 つは、数秒で作動するブレーキ システムです。 自動車における半導体技術のメリットが最も顕著に表れる分野です。 このソフトウェアは、クルーズ コントロール、緊急ブレーキ システム、死角検出システム、パーキング カメラ アシスト、衝突回避センサーなどの機能をリアルタイムで応答する方法で強化します。

AV の数の増加: 現在の最大の革命の 1 つは自動運転車です。 これらの車両は、AI ベースのテクノロジーを活用した「オートパイロット モード」により、人間の支援なしである地点から別の地点に移動できます。 この非常に洗練されたモデルを微調整するために、自動車業界では先進的な半導体が使用されています。

高度な運転支援: クルーズ コントロール、音声制御 GPS ナビゲーション、アクティブ ステアリング、OTA アップデートなどの多くの機能は、自動車の半導体テクノロジーに完全に依存しています。 これらの半導体は、自動車用の半導体ソフトウェア ソリューションと現代の自動車の車両機能の間の橋渡しとして機能します。

EV 範囲の拡大: 現代の半導体は、1 秒間に数千回オン/オフを繰り返す能力によって高い効率を実現します。 これにより、電力損失が大幅に減少し、バッテリーが長持ちし、航続距離が延長されます。 これらの半導体は、自動車 OEM による小型バッテリーの使用にも役立ち、スペース削減を通じて新しい自動車アーキテクチャを設計できるようになります。

自動車における半導体技術のこれらすべての利点に共通する 1 つの要素は、その技術の働きにあります。 自動車における半導体技術の使用の深さを理解するには、そこに何が含まれているかを理解することが重要です。

次に、半導体ソフトウェアの主要なコンポーネントを見てみましょう。

自動車産業における半導体の主要コンポーネント

自動車分野における半導体技術の進歩は、チップが大幅に不足するまでに成長しました。 不足は主にサプライチェーンの問題ですが、その意味するところは明らかです。半導体が自動車業界を変革するために存在しているのです。 ソフトウェア会社が半導体とハードウェア (自動車) の橋渡しとなるシステムを構築するには、テクノロジーの基本を理解することが重要です。

車載半導体市場は簡単に 4 つのセグメントに分類できます。 1 つ目はアンチロック ブレーキや排出ガス制御などの従来の自動車機能に使用されるマイクロコントローラー、2 つ目は自動車をインターネットに接続するワイヤレス モデム チップです。 次に、自動車の自律機能に取り組んでいる他の 2 つのカテゴリがあります。センサーとカメラ用のチップと、自動車の頭脳として機能する処理チップです。

ここでは、セグメント全体を構成するために組み合わされるさまざまなコンポーネントを示します。

• マイクロコントローラー: マイクロコントローラーまたは MCU は、メモリ、CPU (中央処理装置)、および広範囲の周辺インターフェイスで構成される集積回路です。 これらは、車体制御、エンジン管理、パワートレイン制御、インフォテインメント システムなどの機能を制御および監視する自動車アプリケーションで使用されます。
• デジタル信号プロセッサ: DSP は、デジタル信号処理タスクを実行するために設計されたマイクロプロセッサです。 自動車では、音声認識、ADAS システムでの画像処理、音声処理、その他の大量の計算を必要とするアクティビティに使用されます。
• 特定用途向け集積回路: ASIC は、特定の自動車用途向けに構築された個別の集積回路です。 これらは高性能を強化し、特定の車両制御システム、画像処理、ADAS アルゴリズムなどの特殊な機能の統合機能を確立します。
• 電子制御ユニット: ECU は、その機能が車載半導体によって制御される重要な車両コンポーネントです。 センサー インターフェイス、マイクロコントローラー、通信プロトコルを使用して、リアルタイムの監視、正確な制御、車両内の複数のシステムの組み合わせが可能になります。 これは最終的に車両の安全性、性能、機能性の向上につながります。
• 電源管理 IC: 電源管理集積回路の主な役割は、車両の電源を制御および管理することです。 これらのコンポーネントにより、電気自動車の自動車システム全体にわたって効果的な配電、電圧調整、および保護が確実に維持されます。
• センサー: 自動車センサーは、車両の内部システムおよび周囲から情報を収集するために重要です。 これらのセンサーは、位置センサー、圧力センサー、ジャイロスコープ、近接センサー、温度センサー、加速度センサーなどさまざまです。 これらは、環境制御システム、ADAS、エンジン管理などのさまざまな用途のための情報を収集して送信します。
• MEMS (微小電気機械システム): この技術は自動車産業の半導体において重要な役割を果たしています。 MEMS ベースの半導体は、自動車業界に高度な作動機能とセンシング機能を提供し、最終的には車両の安全性、使いやすさ、パフォーマンスの向上に役立ちます。 これにより、インテリジェント システムがさまざまな車両および環境条件を追跡して応答できるようになり、全体的な運転体験が向上します。

これらは技術面で半導体分野をカバーしていますが、その技術が自動車の需要の増大に合わせられるためには、自動車産業における半導体技術の役割は投資とパートナーシップ主導型になる必要があります。 ここでは、自動車メーカーと半導体製造会社の間で行われているコラボレーションの概要を紹介します。

半導体開発会社と自動車メーカーのパートナーシップは、自動車メーカーとドライバーの両方にとって自動車における半導体技術の利点を形成していますが、無視すべき課題もいくつかあります。

自動車 OEM は、コネクテッドカー、自動運転、パワートレインの電動化、シェアード モビリティ (ACES) の要件を簡素化するために必要なエレクトロニクス アーキテクチャと車載ソフトウェアの複雑さが増大しているため、さまざまな障害に直面しています。 ソフトウェア会社と提携したり、社内チームを構築してこれらの課題のほとんどに取り組んでいますが、半導体をアップグレードするには、ビジネスレベルでまったく新しい戦略が必要になります。

• システムを最適化するために、ソフトウェアのユースケースから半導体に至るまで、車載用の半導体ソフトウェア開発のエンドツーエンドのアーキテクチャを深く理解します。
• 社内で半導体の専門知識を構築するための採用および保持計画を作成します。 自動車 OEM の設計決定に関係なく、コンセプトを理解し、評価できる従業員が必要になります。
• 彼らが半導体の計画と設計に集中できるようにすることで、リソースの断片化を避けることができます。 これにより、本当に重要な機能をさらに強化することが容易になります (たとえば、ADAS の 1 つのユースケース領域に焦点を当てるなど)。
• 半導体戦略を実行し、統合の取り組みを加速するための戦略的パートナーを特定します。

Appinventiv は自動車業界における半導体戦略の構築にどのように貢献できますか?

当社の e-モビリティ ソリューションの一環として、当社は半導体と自動車業界の両方における深い専門知識を活用して、半導体の技術的およびソフトウェアの複雑さに合わせて自動車 OEM のインフラストラクチャの準備状況を評価します。 それが確立されたら、私たちは半導体をミドルウェアに変えるアーキテクチャを構築します。このアーキテクチャは、クラウドを介してアプリケーションに情報を送信し、車両制御を介して半導体に特定の方法で応答するよう信号を送ります。これらすべてを簡単に行うことができます。ほんの数秒。

さらに、当社は自動車メーカーが半導体の機能を理解し、テクノロジーとバックエンド ソフトウェアを自信を持って統合できる方法でそれを使用できるよう支援する専門知識も備えています。

自動車業界における半導体の概念を多角的に考察してきましたが、この技術の将来を展望してこの記事を締めくくりたいと思います。

自動車産業における半導体の今後の道のり

車載半導体市場は複数のコンポーネントに分割されており、この技術の採用需要を満たすために、テキサス・インスツルメンツ、ローム、ルネサス エレクトロニクス、NXP セミコンダクタズ、インテル、エヌビディアなどの多くの企業がこの分野に参入しています。技術とパートナーシップは終わりますが、一緒にテクノロジーの未来を形作ります。

今後このテクノロジーによって予想される他の重要な出来事をいくつか見てみましょう。

サポート車両の人工知能

自動車業界では、人間の行動をコピー、拡張、サポートする車載 AI システムのサポートに半導体を使用することが見られます。 完全にドライバーのいない将来の車両では、AI が車内センサーと環境センサーに応じて取るべき行動を推測します。 ここでは、これらの AI システムをグリッチのない方法で展開するために半導体が使用されます。

V2X通信

Vehicle-to-Everything テクノロジーにより、車両が周囲の環境と通信し、効率的かつ安全な運転が可能になります。 この技術は、ドライバーの視界がゼロでも前方を知らせ、半径 1 マイル以内の曲がり角や障害物を認識することができます。 よりリアルタイムな通信をサポートするために、半導体が使用されます。

超広帯域技術の開発

UWB は、Bluetooth、GPS、Wi-fi などのワイヤレス テクノロジの追随を許さない、正確かつ安全なリアルタイムの位置特定機能を提供します。 このテクノロジーは、UWB ベースの自動車やデバイスに空間認識を与え、ユーザーがどこにいるかを認識できるように設計されています。

ここでの半導体の役割は、車両とスマートフォンを接続する車載用 UWB IC の作成に見られます。

インテリジェント自動車の需要は半導体の価値に影響を与える

従来の ICE 車両と比較すると、インテリジェント車両はますます多くのチップを使用しています。 たとえば、自動運転車の場合、必要なチップの平均数は 8 個から始まり、最大 20 個のセンサー チップに達する場合があります。 さらに、AV によって行われる大量のデータの収集、処理、保存により、複数のインテリジェントで高容量のストレージ チップを車載する必要がある状況が生じています。

センサーの数の増加

自動運転により、車両にはより高性能なセンサーが搭載されており、車両は高度な半導体技術で動作する必要があります。 現状では、近赤外線 LiDAR が SAE レベル 3 の車両に最も多く導入されているセンサーですが、パフォーマンス上のメリットがより優れているため、これはすぐに短波赤外線に移行する予定です。 この移行により、ADAS (先進運転支援システム) および自動運転市場では、より高価値の半導体が求められます。

ハードウェアとソフトウェア間の統合の向上

大量生産時代の到来により、自動車 OEM は主に、ハードウェアの最適化と、自動車の寿命を延ばすことができる機械コンポーネントの開発に焦点を当ててきました。 ただし、ハードウェアに重点を置くことは、自動運転車分野での地位を確立しようとしているメーカーにとって直観に反する可能性があります。

今、必要とされているのは、自動車 OEM とチップ製造会社の間でより良い協力関係を構築し、自動車メーカーが自社車両で使用されるマイクロチップの仕様と特性の定義について発言権を持てるようにすることです。

予測駆動型半導体

現在のセンサーの大部分は環境の「観察」に限定されており、企業は使用事例を拡大するために、予測ベースの追跡と分析をサポートするチップを探し始めています。 これらのチップがどのように機能するかの例を次に示します。 隣の車線を走っている車が突然、自分の車線に進入して前の車を追い越そうと考えたと想像してください。センサーで捕捉され、半導体で分析されたときに、車が残すわずかな軌道の変化などの柔らかい合図は、危険な事故を防ぐのに役立ちます。交通状況。

5G および 6G ベースのインタラクション

現代の自動車は、孤立した存在として機能しません。 彼らは常に周囲のインフラや車両に接続されており、重要なセンサー データを 24 時間 365 日常に共有しています。 この継続的な情報交換は安定したネットワーク接続に依存しており、これが自動車 OEM とチップメーカーの両方が 5G および 6G テクノロジーに興味を持っている理由です。

5G および 6G ネットワーク接続には、高無線周波数を活用して、信号グリッチを限定しながら、広い帯域幅と地理的カバー範囲を組み合わせる可能性があります。 しかし、それらを統合するには、チップメーカーは100 GHz以上の容量で動作する必要があり、半導体開発会社はそのことを検討し始めている。

エネルギー効率の向上

電気自動車の供給増加の背景には、エネルギー効率の高い半導体に対する需要の増加があります。 チップメーカーがこれに取り組んでいる方法は数多くあります。AI を使用してコンピューティングリソースをトレードオフしたり、WBG 半導体パワーデバイスに切り替えて電力の制御、変換、処理を管理したりしています。 さらに、損失の低減、スイッチング周波数の高さ、過酷な環境での堅牢性の向上、動作温度の上昇といった利点があるため、主要技術として炭化ケイ素コンポーネントを使用する実験も行っています。

最後の言葉

自動車産業における半導体の導入は以前よりも普及しており、これにより自動車メーカー (自動車 OEM) と半導体開発会社の間でより多くのパートナーシップが確立されています。 これらのパートナーシップによってもたらされるのは、自動車業界の電動化と自律化が進む新時代です。

この記事で取り上げた情報が、変化する軌道に沿ったものとなることを願っています。 テクノロジーに関する詳細情報が必要な場合、または車両への半導体の統合をお探しの場合は、当社のチームにお問い合わせください。

よくある質問

Q. 自動車における半導体技術とは何ですか?

A.現代の運転支援技術のイノベーションはすべて半導体上で動作します。 たとえば、リアカメラには車載ディスプレイと通信するためのチップが必要です。同様に、ナビゲーション システム、アダプティブ クルーズ コントロール、インフォテインメント システムも半導体で動作します。

Q. 自動車に半導体技術を使用するメリットは何ですか?

A.車両の電動化は、手動システムを電気システムに置き換えるのに役立つ半導体の主な用途です。これにより、車両効率の向上、石油依存度の低下、二酸化炭素排出量の大幅な削減などのメリットが得られます。 さらに、リアルタイムで車内の接続を維持することで、自動車のドライバー支援と安全性の向上に役立ちます。

Q. 自動車産業における半導体技術の将来性は何ですか?

A.車載半導体市場は、先進運転支援システムの需要の増加、車両の電動化の増加、自動運転技術の技術進歩などの多くの要因により、今後数年間で大幅な成長が見込まれると予想されています。 自動車産業が強力かつインテリジェントになるにつれて、車載半導体分野も不可欠なものになります。