Półprzewodniki w przemyśle motoryzacyjnym: zmiana zasad gry w branży samochodowej opartej na technologii

W ciągu ostatnich kilku lat w przemyśle motoryzacyjnym wprowadzono szereg technologii, zwłaszcza na potrzeby masowej produkcji samochodów, w tym ulepszone czujniki lidarowe i czujniki oparte na inteligentnych kamerach. U podstaw tych innowacji leży zwiększona zależność od półprzewodników.

W epoce, w której samochody stały się komputerami o wysokiej wydajności na kołach, producenci samochodów stoją przed nowym poziomem złożoności – dostosowaniem się do zmiany paradygmatu w kierunku wykorzystania mocy obliczeniowej półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym.

Biorąc pod uwagę, że według szacunków McKinsey autonomiczne chipy przyniosą do 2030 r. ponad 29 miliardów dolarów, stawka w badaniu zastosowania technologii półprzewodników w motoryzacji jest wysoka.

W tym artykule ułatwimy tę podróż, zagłębiając się w rolę technologii półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym poprzez analizę korzyści i zmieniającego się rynku.

Korzyści z technologii półprzewodników w motoryzacji

Rosnąca popularność pojazdów elektrycznych i pojazdów autonomicznych wymaga udoskonalenia technologii półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym, dzięki którym przestrzeń stanie się inteligentniejsza i energooszczędna.

Lepsza łączność : jako kierowcy zaznajomiliśmy się z korzystaniem z takich funkcji, jak wyznaczanie tras i zamykanie dróg za pomocą pokładowego GPS – funkcji, które działają dzięki integracji technologii półprzewodnikowej w samochodach. Wysokiej jakości starsze półprzewodniki węzłowe umożliwiają precyzyjne dostrojenie systemów preinstalowanych w pojeździe. Półprzewodnik służy również do przetwarzania i wykrywania kluczowych danych systemu komputerowego pojazdu, co prowadzi do niezawodnej, dokładnej i terminowej kontroli pojazdu.

Elektryfikacja pojazdów : Elektryfikacja wprowadza niesamowite funkcje w sektorze motoryzacyjnym – zarządzanie akumulatorami pojazdów hybrydowych, poprawę efektywności spalania paliwa w pojazdach, a nawet przywracanie energii w pojazdach elektrycznych z regeneracyjnych układów hamulcowych. Półprzewodniki w przemyśle motoryzacyjnym upraszczają te złożone procesy, zarządzając wydajnością i szybkim podejmowaniem decyzji.

Większe bezpieczeństwo : Jedną z kluczowych zalet pojazdów autonomicznych jest ich układ hamulcowy, który działa w ułamku sekundy. Obszar, w którym najbardziej widoczne są zalety technologii półprzewodnikowej w motoryzacji. Oprogramowanie obsługuje takie funkcje, jak tempomat, system hamowania awaryjnego, systemy wykrywania martwego pola, asystent kamery parkowania, czujniki unikania kolizji itp. w sposób reagujący w czasie rzeczywistym.

Rosnąca liczba pojazdów AV : Jedną z największych rewolucji obecnych czasów były pojazdy autonomiczne. Pojazdy te mogą przemieszczać się z jednego punktu do drugiego bez pomocy człowieka w „trybie autopilota” dzięki technologii opartej na sztucznej inteligencji. Aby udoskonalić ten wysoce wyrafinowany model, przemysł motoryzacyjny wykorzystuje zaawansowane półprzewodniki.

Zaawansowane wspomaganie prowadzenia pojazdu : Szereg funkcji, takich jak tempomat, nawigacja GPS sterowana głosem, aktywny układ kierowniczy i aktualizacje OTA itp., jest całkowicie zależnych od technologii półprzewodników w samochodach. Półprzewodniki te pełnią funkcję pomostu pomiędzy rozwiązaniami oprogramowania półprzewodnikowego dla przemysłu motoryzacyjnego i funkcjami pojazdów współczesnych samochodów.

Rozszerzony zakres pojazdów elektrycznych : Współczesne półprzewodniki zapewniają wysoką wydajność dzięki możliwości włączania i wyłączania tysiące razy na sekundę. Powoduje to znaczny spadek strat mocy, co prowadzi do dłuższej żywotności akumulatorów i zwiększenia zasięgu. Półprzewodniki te pomagają również producentom OEM z branży motoryzacyjnej w korzystaniu z małych akumulatorów, umożliwiając im projektowanie nowych architektur samochodów poprzez redukcję przestrzeni.

Jedynym wspólnym elementem wszystkich zalet technologii półprzewodnikowej w motoryzacji jest jej działanie. Aby zrozumieć głębokość zastosowania technologii półprzewodników w motoryzacji, niezwykle ważne jest zrozumienie, co się z nią wiąże.

Przyjrzyjmy się następnie kluczowym komponentom oprogramowania półprzewodnikowego.

Kluczowe elementy półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym

Postęp technologii półprzewodników w sektorze motoryzacyjnym osiągnął taki poziom, że występuje głęboki niedobór chipów. Chociaż niedobory stanowią głównie wyzwanie dla łańcucha dostaw, implikacje są jasne – półprzewodniki są tutaj, aby przekształcić przestrzeń samochodową. Aby firma tworząca oprogramowanie zbudowała system łączący półprzewodnik ze sprzętem (pojazd samochodowy), ważne jest zrozumienie podstaw tej technologii.

Rynek półprzewodników motoryzacyjnych można łatwo podzielić na cztery segmenty. Pierwszy z nich to mikrokontrolery wykorzystywane do tradycyjnych funkcji motoryzacyjnych, takich jak układ przeciwblokujący hamulce i kontrola emisji, drugi to chip modemu bezprzewodowego, który łączy samochody z Internetem. Następnie istnieją dwie inne kategorie zajmujące się funkcjami autonomicznymi samochodów: chipy do czujników i kamer oraz chipy przetwarzające, które działają jak mózg pojazdu.

Oto różne elementy, które tworzą całość.

• Mikrokontrolery: Mikrokontrolery lub MCU to układy scalone składające się z pamięci, procesora (jednostki centralnej) i szerokiej gamy interfejsów peryferyjnych. Wykorzystuje się je w zastosowaniach motoryzacyjnych do sterowania i monitorowania funkcji, takich jak sterowanie nadwoziem, zarządzanie silnikiem, sterowanie układem napędowym i systemy informacyjno-rozrywkowe.
• Cyfrowe procesory sygnałowe: Procesory DSP to mikroprocesory zaprojektowane do wykonywania zadań przetwarzania sygnału cyfrowego. W motoryzacji wykorzystuje się je do rozpoznawania mowy, przetwarzania obrazu w systemach ADAS, przetwarzania dźwięku i innych zadań wymagających dużych mocy obliczeniowych.
• Układy scalone specyficzne dla aplikacji: Układy ASIC to spersonalizowane układy scalone zbudowane do określonych zastosowań motoryzacyjnych. Zapewniają wysoką wydajność i zapewniają możliwości integracji funkcji specjalnych, takich jak określone systemy sterowania pojazdem, przetwarzanie obrazu i algorytmy ADAS.
• Elektryczna jednostka sterująca: ECU to krytyczne elementy pojazdu, których funkcjonalność jest kontrolowana przez półprzewodniki samochodowe. Umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym, precyzyjne sterowanie i łączenie wielu systemów wewnątrz pojazdu za pomocą interfejsów czujników, mikrokontrolerów i protokołów komunikacyjnych. Ostatecznie skutkuje to poprawą bezpieczeństwa, wydajności i funkcjonalności pojazdów.
• Układy scalone zarządzania energią: Głównym zadaniem układów scalonych zarządzania energią jest kontrolowanie i zarządzanie zasilaniem pojazdów. Komponenty te zapewniają skuteczną dystrybucję mocy, regulację napięcia i ochronę w układach samochodowych pojazdów elektrycznych.
• Czujniki: Czujniki samochodowe odgrywają kluczową rolę w gromadzeniu informacji z wewnętrznego układu pojazdu i jego otoczenia. Czujniki te obejmują czujniki położenia, czujniki ciśnienia, żyroskopy, czujniki zbliżeniowe, czujniki temperatury, akcelerometry i inne. Razem zbierają i wysyłają informacje do wielu zastosowań, takich jak systemy kontroli środowiska, ADAS i zarządzanie silnikiem.
• MEMS (systemy mikroelektromechaniczne): technologia odgrywa kluczową rolę w półprzewodnikach w przemyśle motoryzacyjnym. Półprzewodniki oparte na MEMS oferują zaawansowane możliwości uruchamiania i wykrywania dla przemysłu motoryzacyjnego, co ostatecznie pomaga w poprawie bezpieczeństwa, łatwości i wydajności pojazdów. Umożliwia to inteligentnym systemom śledzenie i reagowanie na szereg warunków pojazdu i środowiska, poprawiając w ten sposób ogólne wrażenia z jazdy.

Chociaż od strony technicznej obejmują one obszar półprzewodników, aby technologia mogła zostać dostosowana do rosnącego zapotrzebowania pojazdów samochodowych, technologia półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym musiałaby opierać się na inwestycjach i partnerstwach. Oto przegląd współpracy między producentami pojazdów samochodowych a firmami produkującymi półprzewodniki.

Chociaż partnerstwa między firmami zajmującymi się rozwojem półprzewodników a producentami pojazdów wspólnie kształtują korzyści płynące z technologii półprzewodników w motoryzacji zarówno dla nich samych, jak i dla kierowców, istnieją pewne wyzwania, których również nie należy ignorować.

Producenci OEM z branży motoryzacyjnej stoją przed szeregiem przeszkód ze względu na rosnącą złożoność architektury elektroniki i oprogramowania pokładowego potrzebnego do uproszczenia wymagań pojazdów podłączonych do sieci, jazdy autonomicznej, elektryfikacji układów napędowych i mobilności współdzielonej (ACES). Chociaż współpracują z producentami oprogramowania lub budują wewnętrzny zespół, aby sprostać większości tych wyzwań, modernizacja półprzewodników będzie wymagać całkowicie nowego zestawu strategii na poziomie biznesowym.

• Rozwijanie głębokiego zrozumienia kompleksowej architektury na potrzeby tworzenia oprogramowania półprzewodników dla branży motoryzacyjnej – od przypadków użycia oprogramowania po półprzewodniki – w celu optymalizacji systemów.
• Tworzenie planów rekrutacji i retencji w celu budowania własnej wiedzy specjalistycznej w zakresie półprzewodników; niezależnie od decyzji projektowych producentów OEM z branży motoryzacyjnej potrzebowaliby pracowników, którzy rozumieją i mierzą koncepcje.
• Zapewnienie, że wysiłki skupią się na planowaniu i projektowaniu półprzewodników, co z kolei pozwoli uniknąć fragmentacji zasobów. Ułatwiłoby to podwojenie funkcjonalności, które naprawdę mają znaczenie (na przykład skupienie się na jednym obszarze przypadków użycia w ADAS).
• Identyfikacja partnerów strategicznych w celu wdrożenia strategii półprzewodnikowych i przyspieszenia wysiłków integracyjnych.

W jaki sposób Appinventiv może pomóc w budowaniu strategii dla półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym?

W ramach naszych rozwiązań w zakresie e-mobilności wykorzystujemy naszą głęboką wiedzę specjalistyczną zarówno w branży półprzewodników, jak i motoryzacyjnej, aby ocenić gotowość infrastruktury OEM z branży motoryzacyjnej zgodnie ze złożonością techniczną i oprogramowaniem półprzewodników. Kiedy już to ustalimy, budujemy architekturę, która zamieni półprzewodniki w oprogramowanie pośredniczące – takie, które wysyła informacje przez chmurę do aplikacji, która następnie sygnalizuje półprzewodnikowi, aby zareagował w określony sposób za pomocą elementów sterujących pojazdu – a wszystko to w ciągu kilku minut. jakiś ułamek sekundy.

Ponadto posiadamy również wiedzę specjalistyczną w pomaganiu producentom samochodów w zrozumieniu możliwości półprzewodników i wykorzystaniu ich w sposób umożliwiający pewną integrację technologii i oprogramowania zaplecza.

Teraz, gdy przyjrzeliśmy się koncepcji półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym z wielu perspektyw, zakończmy artykuł spojrzeniem na przyszłość tej technologii.

Droga przed półprzewodnikami w przemyśle motoryzacyjnym

Rynek półprzewodników motoryzacyjnych jest podzielony na wiele komponentów i wkracza na niego wielu graczy, takich jak Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel i Nvidia itp., aby zaspokoić popyt na tę technologię. koniec technologii i partnerstwa, wspólnie kształtujemy przyszłość technologii.

Przyjrzyjmy się innym kluczowym wydarzeniom, których można się spodziewać w związku z technologią w nadchodzącej przyszłości.

Wspieraj sztuczną inteligencję pojazdów

W branży motoryzacyjnej będzie można zaobserwować wykorzystanie półprzewodników do wspierania pokładowych systemów sztucznej inteligencji w celu kopiowania, wzmacniania i wspierania działań człowieka. W pojazdach przyszłości, które są całkowicie autonomiczne, sztuczna inteligencja będzie decydowała, jakie działania należy podjąć, w zależności od czujników zainstalowanych w samochodzie i otoczenia. To tutaj półprzewodniki będą wykorzystywane do wdrażania systemów sztucznej inteligencji w sposób pozbawiony usterek.

Komunikacja V2X

Technologia Vehicle-to-Everything umożliwia pojazdom komunikowanie się z otoczeniem, dzięki czemu jazda jest wydajna i bezpieczna. Technologia informuje o tym, co dzieje się przed kierowcą, przy zerowej widoczności kierowcy i jest w stanie dostrzec zakręty i przeszkody w promieniu do jednej mili. Aby wspierać komunikację w czasie bardziej rzeczywistym, zastosowane zostaną półprzewodniki.

Rozwój technologii ultraszerokopasmowej

Urządzenia UWB zapewniają dokładne, bezpieczne możliwości lokalizacji w czasie rzeczywistym, które nie mają sobie równych w technologiach bezprzewodowych, takich jak Bluetooth, GPS i Wi-Fi. Technologia ta została zaprojektowana tak, aby zapewnić świadomość przestrzenną samochodom i urządzeniom opartym na UWB, aby umożliwić im wiedzieć, gdzie znajdują się użytkownicy.

Rolę półprzewodników będzie można zobaczyć w tworzeniu samochodowych układów scalonych UWB, które łączyłyby pojazd ze smartfonem.

Zapotrzebowanie inteligentnych pojazdów na wartość półprzewodników

W porównaniu z tradycyjnymi pojazdami ICE inteligentne pojazdy coraz częściej wykorzystują więcej chipów. Przykładowo w przypadku samochodów autonomicznych średnia liczba wymaganych chipów zaczyna się od 8 i może sięgać nawet 20 chipów czujnikowych. Ponadto ogromna ilość danych gromadzonych, przetwarzanych i przechowywanych przez systemy antywirusowe prowadzi do sytuacji, w której konieczne jest zainstalowanie na pokładzie wielu inteligentnych chipów o dużej pojemności.

Rosnąca liczba czujników

Autonomia zapewnia w pojazdach więcej czujników o wysokiej wydajności, które muszą działać w oparciu o zaawansowane technologie półprzewodnikowe. W obecnym stanie LiDAR działające w bliskiej podczerwieni są najczęściej stosowanymi czujnikami w pojazdach na poziomie SAE 3, jednak wkrótce zostaną one przeniesione na podczerwień krótkofalową, ponieważ zapewnia ona lepsze korzyści w zakresie wydajności. To przejście będzie wymagało stosowania półprzewodników o wyższej wartości na rynkach ADAS (zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy) i rynkach autonomicznych.

Lepsza integracja sprzętu i oprogramowania

Wraz z nadejściem ery produkcji masowej producenci OEM z branży motoryzacyjnej skupili się głównie na optymalizacji sprzętu i opracowywaniu komponentów mechanicznych, które mogą wydłużyć żywotność samochodu. Jednakże skupienie się na sprzęcie może być sprzeczne z intuicją producentów chcących zyskać znaczącą pozycję w sektorze pojazdów autonomicznych.

Potrzebą chwili jest zbudowanie lepszej współpracy między producentami OEM samochodów a firmami produkującymi chipy w takim stopniu, aby producenci mieli wpływ na specyfikacje i definicje właściwości mikrochipów, które będą używane w ich flocie.

Półprzewodniki sterowane prognozami

Większość współczesnych czujników ogranicza się do „obserwacji” środowiska, aby rozszerzyć zakres zastosowań, firmy zaczęły szukać chipów, które wspierałyby śledzenie i analizę opartą na predykcjach. Oto przykład działania tych chipów. Wyobraź sobie, że samochód na pasie obok Ciebie nagle myśli o wyprzedzeniu samochodu poprzedzającego, wjeżdżając na Twój pas. Miękkie sygnały, jakie pozostawi, takie jak niewielka zmiana trajektorii po zarejestrowaniu przez czujniki i przeanalizowaniu przez półprzewodnik, mogą pomóc w zapobieganiu niebezpiecznym sytuacje drogowe.

Interakcje oparte na 5G i 6G

Nowoczesne samochody nie działają jako izolowane jednostki. Są zawsze połączeni z otaczającą infrastrukturą i pojazdami, którym stale udostępniają krytyczne dane z czujników 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Ta ciągła wymiana informacji zależy od stabilnego połączenia sieciowego, dlatego zarówno producenci OEM z branży motoryzacyjnej, jak i producenci chipów są zainteresowani technologiami 5G i 6G.

Połączenia sieciowe 5G i 6G umożliwiają wykorzystanie wysokich częstotliwości radiowych w celu połączenia dużej przepustowości i zasięgu geograficznego z ograniczonymi zakłóceniami sygnału. Ich integracja wymagałaby jednak od producentów chipów pracy z częstotliwością 100 GHz lub większą – czymś, czym zaczęły się interesować firmy zajmujące się rozwojem półprzewodników.

Lepsza efektywność energetyczna

W związku ze zwiększoną podażą pojazdów elektrycznych rośnie zapotrzebowanie na energooszczędne półprzewodniki. Producenci chipów podchodzą do tego na wiele sposobów – wykorzystując sztuczną inteligencję do wymiany zasobów obliczeniowych, przechodząc na półprzewodnikowe urządzenia zasilające WBG w celu zarządzania kontrolą, konwersją i przetwarzaniem energii elektrycznej. Ponadto eksperymentują również z wykorzystaniem komponentów z węglika krzemu jako swojej podstawowej technologii ze względu na korzyści płynące z niższych strat, wysokich częstotliwości przełączania, większej wytrzymałości w trudnych warunkach i wyższej temperatury roboczej.

Ostatnie słowo

Włączanie półprzewodników do przemysłu motoryzacyjnego jest bardziej powszechne niż wcześniej – jest to wydarzenie, które prowadzi do nawiązania większej liczby partnerstw między producentami pojazdów (producentami OEM z branży motoryzacyjnej) a firmami zajmującymi się rozwojem półprzewodników. Dzięki tym partnerstwom rozpoczyna się nowa era, w której przemysł motoryzacyjny staje się zelektryfikowany i autonomiczny.

Mamy nadzieję, że informacje, które omówiliśmy w artykule, pozwolą Państwu dostosować się do zmieniającej się trajektorii. Jeśli potrzebujesz więcej informacji na temat technologii lub szukasz możliwości integracji półprzewodników w swoich pojazdach, skontaktuj się z naszym zespołem.

Często zadawane pytania

P. Czym jest technologia półprzewodników w kontekście motoryzacyjnym?

O. Wszystkie współczesne innowacje w technologii wspomagania kierowcy opierają się na półprzewodnikach. Na przykład tylne kamery potrzebują chipów do komunikacji z wyświetlaczami pokładowymi, podobnie systemy nawigacji, adaptacyjny tempomat i systemy informacyjno-rozrywkowe również działają na półprzewodnikach.

P. Jakie są korzyści ze stosowania technologii półprzewodników w samochodach?

O. Elektryfikacja pojazdów to główne zastosowanie półprzewodników, które pomaga w zastąpieniu systemów ręcznych układami elektrycznymi, co prowadzi do korzyści, takich jak lepsza wydajność pojazdu, zmniejszona zależność od oleju i znaczna redukcja emisji gazów cieplarnianych. Dodatkowo pomagają zwiększyć pomoc kierowcy i bezpieczeństwo w samochodach, utrzymując łączność w samochodach w czasie rzeczywistym.

Pyt. Jaki jest przyszły potencjał technologii półprzewodników w przemyśle motoryzacyjnym?

O. Przewiduje się, że w nadchodzących latach rynek półprzewodników motoryzacyjnych odnotuje ogromny wzrost ze względu na szereg czynników, takich jak wzrost popytu na zaawansowane systemy wspomagania kierowcy, rosnąca elektryfikacja pojazdów oraz postęp technologiczny w technologiach autonomicznych. W miarę jak przemysł motoryzacyjny stanie się potężny i inteligentny, przestrzeń półprzewodników motoryzacyjnych również stanie się niezbędna.