Semicondutores na indústria automotiva: uma virada de jogo para o espaço automotivo tecnológico

Nos últimos anos, uma série de tecnologias foram incorporadas na indústria automotiva, especialmente para a produção em massa de automóveis, incluindo sensores lidar aprimorados e sensores inteligentes baseados em câmeras. No centro destas inovações está uma dependência crescente de semicondutores.

Na era em que os automóveis se tornaram computadores sobre rodas de alto desempenho, os fabricantes de automóveis enfrentam uma nova camada de complexidade – ajustando-se à mudança de paradigma no sentido de aproveitar o poder computacional dos semicondutores na indústria automóvel.

Com a expectativa de que os chips autônomos gerem mais de US$ 29 bilhões até 2030, de acordo com uma visão da McKinsey, os riscos são altos para explorar o uso da tecnologia de semicondutores no setor automotivo.

Neste artigo, vamos facilitar a jornada mergulhando no papel da tecnologia de semicondutores na indústria automotiva por meio dos benefícios e das mudanças no mercado.

Os benefícios da tecnologia de semicondutores no setor automotivo

A crescente popularidade dos veículos eléctricos e dos veículos sem condutor exigiu avanços na tecnologia de semicondutores na indústria automóvel, que tornariam o espaço mais inteligente e energeticamente eficiente.

Conectividade aprimorada : como motoristas, nos familiarizamos com o uso de recursos como mapeamento de rotas e fechamento de estradas usando GPS no veículo – recursos que funcionam pela integração da tecnologia de semicondutores nos carros. Semicondutores de nós legados de alta qualidade ajustam os sistemas pré-instalados no veículo. O semicondutor também é usado para processar e detectar dados importantes do sistema de computação do veículo, levando a um controle confiável, preciso e oportuno do veículo.

Eletrificação de Veículos : A eletrificação introduz recursos surpreendentes no setor automobilístico – gerenciando baterias de veículos híbridos, melhorando a eficiência de combustão de combustível nos veículos e até mesmo restaurando a energia nos veículos elétricos a partir de sistemas de frenagem regenerativa. Os semicondutores na indústria automotiva simplificam esses processos complexos gerenciando a eficiência e a rápida tomada de decisões.

Melhor segurança : Um dos principais pontos de venda dos veículos de condução autónoma é o seu sistema de travagem, que funciona em fracções de segundos. Uma área onde os benefícios da tecnologia de semicondutores no setor automotivo são mais visíveis. O software potencializa recursos como controle de cruzeiro, sistema de frenagem de emergência, sistemas de detecção de ponto cego, assistência de câmera de estacionamento, sensores para evitar colisão, etc.

Aumento da contagem de AVs : Uma das maiores revoluções da atualidade foram os Veículos Autônomos. Esses veículos podem se mover de um ponto a outro sem qualquer assistência humana em “Modo Piloto Automático” com a ajuda de uma tecnologia baseada em IA. Para aperfeiçoar este modelo altamente sofisticado, semicondutores avançados estão sendo usados ​​pela indústria automotiva.

Assistência avançada à direção : vários recursos, como controle de cruzeiro, navegação GPS com controle de voz, direção ativa e atualizações OTA, etc., dependem inteiramente da tecnologia de semicondutores nos carros. Esses semicondutores funcionam como uma ponte entre as soluções de software de semicondutores para o setor automotivo e as funções veiculares dos carros da era moderna.

Faixa EV estendida : Os semicondutores modernos oferecem alta eficiência por sua capacidade de ligar e desligar milhares de vezes por segundo. Isso resulta em um declínio substancial nas perdas de energia, fazendo com que as baterias durem mais e aumentem o alcance. Esses semicondutores também ajudam os OEMs automotivos a usar baterias pequenas, permitindo-lhes projetar novas arquiteturas de automóveis através da redução de espaço.

O único elemento comum entre todos esses benefícios da tecnologia de semicondutores no setor automotivo reside no funcionamento da tecnologia. Para compreender a profundidade do uso da tecnologia de semicondutores no setor automotivo, é fundamental entender o que está envolvido nela.

A seguir, examinaremos os principais componentes do software semicondutor.

Os principais componentes dos semicondutores na indústria automotiva

Os avanços da tecnologia de semicondutores no setor automotivo cresceram a tal ponto que há uma profunda escassez de chips. Embora a escassez seja principalmente um desafio da cadeia de abastecimento, a implicação é clara – os semicondutores estão aqui para transformar o espaço automóvel. Agora, para uma empresa de software construir um sistema que faça a ponte entre o semicondutor e o hardware (veículo automotivo), é importante entender os fundamentos da tecnologia.

O mercado de semicondutores automotivos pode ser facilmente categorizado em quatro segmentos. O primeiro são microcontroladores usados ​​para recursos automotivos tradicionais, como freios antibloqueio e controles de emissões; o segundo é o chip do modem sem fio que conecta os carros à Internet. Em seguida, há outras duas categorias que trabalham nas características autônomas dos carros: chips para sensores e câmeras e chips de processamento que funcionam como cérebros do veículo.

Aqui estão os diferentes componentes que se unem para formar o segmento inteiro.

• Microcontroladores: Microcontroladores ou MCUs são circuitos integrados que consistem em uma memória, CPU (Unidade Central de Processamento) e uma vasta gama de interfaces periféricas. Eles são usados ​​em aplicações automotivas para controlar e monitorar funções como controle da carroceria, gerenciamento do motor, controle do trem de força e sistemas de infoentretenimento.
• Processadores de sinais digitais: DSPs são microprocessadores projetados para executar tarefas de processamento de sinais digitais. No setor automotivo, eles são usados ​​para reconhecimento de fala, processamento de imagens em sistemas ADAS, processamento de áudio e outras atividades computacionalmente pesadas.
• Circuitos Integrados Específicos de Aplicação: ASICs são circuitos integrados personalizados construídos para alguns usos automotivos específicos. Eles potencializam alto desempenho e estabelecem capacidades de integração para funções especiais, como sistemas específicos de controle de veículos, processamento de imagens e algoritmos ADAS.
• Unidade de Controle Elétrico: ECUs são componentes críticos de veículos cuja funcionalidade é controlada por semicondutores automotivos. Eles permitem monitoramento em tempo real, controle preciso e combinação de vários sistemas dentro de um veículo usando interfaces de sensores, microcontroladores e protocolos de comunicação. Em última análise, isso resulta na melhoria da segurança, desempenho e funcionalidade dos veículos.
• CIs de gerenciamento de energia: A principal tarefa dos circuitos integrados de gerenciamento de energia é controlar e gerenciar o fornecimento de energia dos veículos. Esses componentes garantem que a distribuição eficaz de energia, a regulação de tensão e a proteção sejam mantidas em todos os sistemas automotivos dos veículos elétricos.
• Sensores: Os sensores automotivos são cruciais para coletar informações do sistema interno e do ambiente de um veículo. Esses sensores variam de sensores de posição, sensores de pressão, giroscópios, sensores de proximidade, sensores de temperatura, acelerômetros e muito mais. Juntos, eles reúnem e enviam informações para usos múltiplos, como sistemas de controle ambiental, ADAS e gerenciamento de motores.
• MEMS (Sistemas Microeletromecânicos): A tecnologia desempenha um papel fundamental em semicondutores na indústria automotiva. Os semicondutores baseados em MEMS oferecem capacidades avançadas de atuação e detecção para a indústria automotiva, o que ajuda a melhorar a segurança, a facilidade e o desempenho do veículo. Isto permite que sistemas inteligentes rastreiem e respondam a uma série de condições ambientais e do veículo, melhorando assim a experiência geral de condução.

Embora estes abranjam o espaço dos semicondutores no lado técnico, para que a tecnologia se alinhe com a crescente procura dos veículos automóveis, o papel da tecnologia de semicondutores na indústria automóvel teria de se tornar orientado para investimentos e parcerias. Aqui está uma visão geral das colaborações que acontecem entre fabricantes de veículos automotivos e empresas fabricantes de semicondutores.

Embora as parcerias entre as empresas de desenvolvimento de semicondutores e os fabricantes de veículos estejam em conjunto a moldar os benefícios da tecnologia de semicondutores no setor automóvel, tanto para eles próprios como para os condutores, existem alguns desafios que também não devem ser ignorados.

Os OEMs automotivos enfrentam uma série de obstáculos devido às crescentes complexidades da arquitetura eletrônica e do software integrado necessários para simplificar os veículos conectados, a condução autônoma, a eletrificação do trem de força e os requisitos de mobilidade compartilhada (ACES). Embora estejam fazendo parcerias com empresas de software ou montando uma equipe interna para enfrentar a maioria desses desafios, a atualização de semicondutores exigirá um novo conjunto de estratégias em nível empresarial.

• Desenvolver uma compreensão profunda da arquitetura ponta a ponta para desenvolvimento de software de semicondutores para o setor automotivo – desde casos de uso de software até semicondutores – a fim de otimizar sistemas.
• Criação de planos de recrutamento e retenção para desenvolver internamente experiência em semicondutores; independentemente das decisões de design do OEM automotivo, eles precisariam de funcionários que entendessem e medissem conceitos.
• Garantir que mantenham os seus esforços concentrados no planeamento e concepção de semicondutores, o que por sua vez evitaria a fragmentação de recursos. Isso tornaria mais fácil duplicar as funcionalidades que realmente importam (por exemplo, focar em uma área de caso de uso no ADAS)
• Identificar parceiros estratégicos para implementar estratégias de semicondutores e acelerar os esforços de integração.

Como a Appinventiv pode ajudar na construção de uma estratégia para semicondutores na indústria automotiva?

Como parte de nossas soluções de mobilidade elétrica, utilizamos nossa profunda experiência nas indústrias de semicondutores e automotiva para avaliar a prontidão da infraestrutura dos OEMs automotivos de acordo com as complexidades técnicas e de software dos semicondutores. Uma vez estabelecido isso, construímos uma arquitetura que transformaria os semicondutores em um middleware – um que envia informações através da nuvem para um aplicativo que então sinaliza ao semicondutor para responder de uma determinada maneira através dos controles do veículo – tudo isso em uma questão de alguma fração de segundos.

Além disso, também temos experiência em ajudar os fabricantes de automóveis a compreender as capacidades dos semicondutores e a utilizá-los de forma que sejam capazes de integrar a tecnologia e o software de back-end com confiança.

Agora que analisamos o conceito de semicondutores na indústria automotiva sob múltiplas perspectivas, fechemos o artigo com uma visão do futuro da tecnologia.

O caminho a seguir para semicondutores na indústria automotiva

O mercado de semicondutores automotivos está dividido em vários componentes e vários players estão entrando no espaço para atender à demanda pela adoção da tecnologia, como Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel e Nvidia, etc. final técnico e de parcerias, estão juntos moldando o futuro da tecnologia.

Vejamos alguns dos outros acontecimentos importantes que podem ser esperados da tecnologia no futuro próximo.

Inteligência Artificial de Veículos de Apoio

A indústria automotiva será vista usando semicondutores para apoiar sistemas de IA em veículos para copiar, aumentar e apoiar as ações humanas. Nos veículos do futuro que são completamente sem condutor, a IA inferirá quais ações tomar dependendo dos sensores ambientais e do carro. É aqui que os semicondutores serão usados ​​para implantar esses sistemas de IA sem falhas.

Comunicação V2X

A tecnologia Vehicle-to-Everything permite que os veículos se comuniquem com o ambiente e tornem a condução eficiente e segura. A tecnologia informa o que está por vir, sem visibilidade ao motorista e é capaz de ver curvas e obstruções em um raio de até um quilômetro. Para apoiar a comunicação de forma mais em tempo real, serão utilizados semicondutores.

Desenvolvimento de tecnologia de banda ultralarga

Os UWBs fornecem habilidades de localização exatas, seguras e em tempo real incomparáveis ​​com tecnologias sem fio como Bluetooth, GPS e Wi-Fi. A tecnologia foi projetada para dar consciência espacial aos carros e dispositivos baseados em UWB, permitindo-lhes saber onde os usuários estão.

O papel dos semicondutores aqui será visto na criação de CI UWB automotivo que conectaria o veículo a um smartphone.

Demanda de veículos inteligentes para impactar o valor dos semicondutores

Quando comparados aos veículos ICE tradicionais, os veículos inteligentes utilizam cada vez mais chips. Por exemplo, no caso de carros com condução autônoma, o número médio de chips necessários começa em 8 e pode ir até 20 chips sensores. Além disso, a enorme quantidade de coleta, processamento e armazenamento de dados realizados pelos AVs está levando a uma situação em que vários chips inteligentes e de alto armazenamento são necessários para serem instalados a bordo.

Número crescente de sensores

A autonomia está trazendo mais sensores de alto desempenho para os veículos, que precisam funcionar com tecnologias avançadas de semicondutores. No estado atual, os LiDARs de infravermelho próximo são os sensores mais utilizados para veículos no nível SAE 3, no entanto, em breve farão a transição para o infravermelho de ondas curtas, uma vez que oferecem melhores benefícios de desempenho. Esta transição exigirá semicondutores de maior valor nos mercados ADAS (sistemas avançados de assistência ao condutor) e de autonomia.

Melhor integração entre hardware e software

Com o advento da era da produção em massa, o foco dos OEMs automotivos tem sido principalmente na otimização de hardware e no desenvolvimento de componentes mecânicos que podem melhorar a vida útil de um carro. No entanto, um foco dedicado no hardware pode ser contra-intuitivo para os fabricantes que procuram ganhar destaque no setor dos veículos autónomos.

A necessidade do momento é construir melhores colaborações entre OEMs de automóveis e empresas fabricantes de chips, de modo que os fabricantes tenham uma palavra a dizer na definição das especificações e características dos microchips que serão usados ​​em sua frota.

Semicondutores baseados em previsão

A maioria dos sensores atuais está restrita à “observação” do ambiente. Para expandir os casos de uso, as empresas começaram a procurar chips que apoiassem o rastreamento e a análise baseados em previsões. Aqui está um exemplo de como esses chips poderiam funcionar. Imagine que o carro na pista ao seu lado de repente pensa em ultrapassar o carro da frente deles entrando na sua pista, os sinais suaves que eles deixarão, como a ligeira mudança de trajetória quando capturados pelos sensores e analisados ​​​​pelo semicondutor, podem ajudar a prevenir situações perigosas. situações de trânsito.

Interações baseadas em 5G e 6G

Os carros modernos não funcionam como entidades isoladas. Eles estão sempre conectados com as infraestruturas e veículos ao seu redor, com os quais compartilham constantemente dados críticos de sensores, 24 horas por dia, 7 dias por semana. Esta troca constante de informações depende de uma conexão de rede estável e é por isso que tanto os OEMs automotivos quanto os fabricantes de chips estão interessados ​​nas tecnologias 5G e 6G.

As conexões de rede 5G e 6G apresentam potencial para explorar altas frequências de rádio para combinar grande largura de banda e cobertura geográfica com falhas de sinal limitadas. A sua integração, no entanto, exigiria que os fabricantes de chips funcionassem a uma capacidade de 100 GHz ou mais – algo que as empresas de desenvolvimento de semicondutores começaram a estudar.

Melhor eficiência energética

Devido ao aumento da oferta de veículos elétricos, há uma demanda crescente por semicondutores energeticamente eficientes. Existem várias maneiras pelas quais os fabricantes de chips estão abordando isso – usando a IA para negociar recursos de computação, mudando para dispositivos de energia semicondutores do WBG para gerenciar o controle, a conversão e o processamento de eletricidade. Além disso, eles também estão experimentando o uso de componentes de carboneto de silício como tecnologia principal devido aos benefícios de perdas mais baixas, altas frequências de comutação, maior robustez em ambientes agressivos e temperatura operacional mais alta.

Palavra final

A inclusão de semicondutores na indústria automóvel é mais prevalente do que antes – um evento que está a levar ao estabelecimento de mais parcerias entre fabricantes de veículos (OEMs automóveis) e empresas de desenvolvimento de semicondutores. O que está a ser trazido com estas parcerias é uma nova era em que a indústria automóvel está a tornar-se eletrificada e autónoma.

Esperamos que as informações abordadas no artigo o alinhem com a trajetória de mudança. Entre em contato com nossa equipe se precisar de mais informações sobre a tecnologia ou estiver procurando integração de semicondutores em seus veículos.

Perguntas frequentes

P. O que é tecnologia de semicondutores no contexto automotivo?

R. Todas as inovações modernas em tecnologia de assistência ao motorista funcionam com semicondutores. Por exemplo, as câmaras traseiras precisam de chips para comunicar com os ecrãs a bordo, da mesma forma, os sistemas de navegação, o controlo de cruzeiro adaptativo e os sistemas de infoentretenimento também funcionam em semicondutores.

P. Quais são os benefícios do uso da tecnologia de semicondutores em automóveis?

R. A eletrificação de veículos é o principal uso de semicondutores que ajuda na substituição de sistemas manuais por sistemas elétricos, o que leva a benefícios como melhor eficiência dos veículos, menor dependência do petróleo e uma redução significativa nas emissões de carbono. Além disso, ajudam a aumentar a assistência ao motorista e a segurança dos automóveis, mantendo a conectividade nos carros em tempo real.

P. Qual é o potencial futuro da tecnologia de semicondutores na indústria automotiva?

R. Prevê-se que o mercado de semicondutores automotivos testemunhe um crescimento maciço nos próximos anos devido a uma série de fatores, como o aumento da demanda por sistemas avançados de assistência ao motorista, o aumento da eletrificação dos veículos e os avanços tecnológicos em tecnologias autônomas. À medida que a indústria automotiva se torna poderosa e inteligente, o espaço dos semicondutores automotivos também se tornará indispensável.