Semiconductori în industria auto: un schimbător de joc pentru primul spațiu automobilistic

În ultimii câțiva ani, o serie de tehnologii au fost încorporate în industria auto, în special pentru producția de masă de mașini, inclusiv senzori lidar îmbunătățiți și senzori bazați pe camere inteligente. În centrul acestor inovații se află o dependență crescută de semiconductori.

În era în care mașinile au devenit computere de înaltă performanță pe roți, producătorii de mașini se confruntă cu un nou nivel de complexitate – adaptându-se la schimbarea paradigmei spre valorificarea puterii de calcul a semiconductorilor în industria auto.

Având în vedere că cipurile autonome se așteaptă să creeze peste 29 de miliarde de dolari până în 2030, conform unei perspective a lui McKinsey, mizele sunt mari pentru a explora utilizarea tehnologiei semiconductoare în industria auto.

În acest articol, vom face călătoria mai ușoară, scufundându-ne în rolul tehnologiei semiconductoarelor în industria auto prin intermediul beneficiilor și al pieței în schimbare.

Beneficiile tehnologiei semiconductorilor în industria auto

Popularitatea tot mai mare a vehiculelor electrice și a vehiculelor fără șofer a cerut progrese în tehnologia semiconductoarelor în industria auto, care ar face spațiul mai inteligent și eficient din punct de vedere energetic.

Conectivitate îmbunătățită : În calitate de șoferi, ne-am familiarizat cu utilizarea unor funcții precum cartografierea rutelor și închiderea drumurilor folosind GPS-ul în vehicul – caracteristici care funcționează prin integrarea tehnologiei semiconductoare în mașini. Semiconductori nod moștenire de înaltă calitate reglează fin sistemele preinstalate în vehicul. Semiconductorul este, de asemenea, utilizat pentru a procesa și a detecta datele cheie ale sistemului de calcul al vehiculului, ceea ce duce la un control fiabil, precis și în timp util al vehiculului.

Electrificarea vehiculelor : Electrificarea introduce caracteristici uimitoare în sectorul auto – gestionarea bateriilor vehiculelor hibride, îmbunătățirea eficienței arderii combustibilului în vehicule și chiar restabilirea energiei în vehiculele electrice din sistemele de frânare regenerativă. Semiconductorii din industria auto simplifică aceste procese complexe prin gestionarea eficienței și luarea rapidă a deciziilor.

Siguranță mai bună : Unul dintre punctele cheie de vânzare ale vehiculelor cu conducere autonomă este sistemul lor de frânare care funcționează în fracțiuni de secunde. Un domeniu în care beneficiile tehnologiei semiconductoare în industria auto sunt cele mai vizibile. Software-ul oferă funcții precum controlul vitezei de croazieră, sistemul de frânare de urgență, sistemele de detectare a unghiului mort, asistența camerei de parcare, senzorii de evitare a coliziunii etc., într-un mod care să răspundă în timp real.

Creșterea numărului de AV-uri : Una dintre cele mai mari revoluții ale timpului actual a fost Vehiculele autonome. Aceste vehicule se pot deplasa dintr-un punct în altul fără nicio asistență umană într-un „Mod Autopilot” cu ajutorul unei tehnologii bazate pe inteligență artificială. Pentru a regla acest model extrem de sofisticat, industria de automobile folosește semiconductori avansati.

Asistență avansată la conducere : O serie de funcții, cum ar fi controlul vitezei de croazieră, navigația GPS cu control vocal, direcția activă și actualizările OTA etc., depind în întregime de tehnologia semiconductoarelor din mașini. Acești semiconductori funcționează ca o punte între soluțiile software semiconductoare pentru automobile și funcțiile vehiculelor ale mașinilor moderne.

Gamă extinsă EV : semiconductorii moderni oferă o eficiență ridicată prin capacitatea lor de a porni și opri de mii de ori pe secundă. Acest lucru duce la o scădere substanțială a pierderilor de putere, ceea ce duce la o durată mai mare a bateriilor și la extinderea autonomiei. Acești semiconductori ajută, de asemenea, producătorii de autovehicule să folosească baterii mici, permițându-le să proiecteze noi arhitecturi auto prin reduceri de spațiu.

Singurul element comun dintre toate aceste beneficii ale tehnologiei semiconductoare din automobile constă în funcționarea tehnologiei. Pentru a înțelege adâncimea utilizării tehnologiei semiconductoare în industria auto, este esențial să înțelegem ce se întâmplă în ea.

Să ne uităm în continuare la componentele cheie ale software-ului semiconductor.

Componentele cheie ale semiconductoarelor în industria auto

Progresele tehnologice ale semiconductoarelor în sectorul auto au crescut într-o măsură în care există o lipsă profundă de cipuri. În timp ce deficitul este în mare parte o provocare a lanțului de aprovizionare, implicația este clară – semiconductorii sunt aici pentru a transforma spațiul auto. Acum, pentru ca o companie de software să construiască un sistem care să facă o punte între semiconductor și hardware (vehicul auto), este important să înțeleagă elementele de bază ale tehnologiei.

Piața semiconductoarelor auto poate fi ușor clasificată în patru segmente. Primul sunt microcontrolere utilizate pentru caracteristicile auto tradiționale, cum ar fi frâne antiblocare și controlul emisiilor, al doilea este cipul de modem fără fir care conectează mașinile la internet. În continuare, există alte două categorii care lucrează la caracteristicile autonome ale mașinilor: cipuri pentru senzori și camere și cipuri de procesare care acționează ca creierul vehiculului.

Iată diferitele componente care se unesc pentru a face segmentul întreg.

• Microcontrolere: Microcontrolerele sau MCU-urile sunt circuite integrate care constau dintr-o memorie, CPU (Unitate centrală de procesare) și o gamă largă de interfețe periferice. Ele sunt utilizate în aplicațiile auto pentru controlul și monitorizarea funcțiilor precum controlul caroseriei, managementul motorului, controlul grupului motopropulsor și sistemele de infotainment.
• Procesoare de semnal digital: DSP-urile sunt microprocesoare care sunt proiectate pentru a efectua sarcini de procesare a semnalului digital. În automobile, acestea sunt utilizate pentru recunoașterea vorbirii, procesarea imaginilor în sistemele ADAS, procesarea audio și alte activități grele din punct de vedere computațional.
• Circuite integrate specifice aplicației: ASIC-urile sunt circuite integrate personalizate construite pentru anumite utilizări specifice auto. Acestea oferă performanțe ridicate și stabilesc capacități de integrare pentru funcții speciale, cum ar fi sisteme specifice de control al vehiculului, procesarea imaginilor și algoritmi ADAS.
• Unitate de control electric: ECU-urile sunt componente critice ale vehiculului a căror funcționalitate este controlată de semiconductori auto. Acestea permit monitorizarea în timp real, controlul precis și combinarea mai multor sisteme în interiorul unui vehicul, utilizând interfețe cu senzori, microcontrolere și protocoale de comunicare. Acest lucru duce în cele din urmă la îmbunătățirea siguranței, performanței și funcționalității vehiculelor.
• CI de gestionare a energiei: Sarcina principală a circuitelor integrate de gestionare a energiei este de a controla și gestiona alimentarea cu energie a vehiculelor. Aceste componente se asigură că distribuția eficientă a energiei, reglarea tensiunii și protecția sunt menținute în toate sistemele auto ale vehiculelor electrice.
• Senzori: Senzorii auto sunt cruciali pentru colectarea de informații din sistemul intern al vehiculului și din împrejurimi. Acești senzori variază de la: senzori de poziție, senzori de presiune, giroscoape, senzori de proximitate, senzori de temperatură, accelerometre și multe altele. Ei împreună adună și trimit informații pentru utilizări multiple, cum ar fi sistemele de control al mediului, ADAS și managementul motorului.
• MEMS (Sisteme Micro-Electro-Mecanice): Tehnologia joacă un rol cheie în semiconductori în industria auto. Semiconductorii bazați pe MEMS oferă capacități avansate de acționare și de detectare pentru industria auto, ceea ce ajută în cele din urmă la îmbunătățirea siguranței, ușurinței și performanței vehiculului. Acest lucru permite sistemelor inteligente să urmărească și să răspundă la o serie de condiții de vehicul și de mediu, îmbunătățind astfel experiența generală de conducere.

În timp ce acestea acoperă spațiul semiconductorilor din punct de vedere tehnic, pentru ca tehnologia să devină aliniată cu cererea în creștere a vehiculelor auto, rolul tehnologiei semiconductoarelor în industria auto ar trebui să devină bazat pe investiții și parteneriate. Iată o privire de ansamblu asupra colaborărilor care au loc între producătorii de vehicule auto și companiile producătoare de semiconductori.

În timp ce parteneriatele dintre companiile de dezvoltare de semiconductori și producătorii de vehicule modelează împreună beneficiile tehnologiei semiconductoare din industria auto atât pentru ei înșiși, cât și pentru șoferi, există unele provocări care nu ar trebui ignorate.

OEM-urile de automobile se confruntă cu o serie de obstacole din cauza complexității tot mai mari ale arhitecturii electronice și ale software-ului de bord necesare pentru a simplifica vehiculele conectate, conducerea autonomă, electrificarea grupului de propulsie și cerințele de mobilitate partajată (ACES). În timp ce colaborează cu companii de software sau construiesc o echipă internă pentru a aborda majoritatea acestor provocări, modernizarea semiconductorilor va necesita un nou set de strategii la nivel de afaceri.

• Dezvoltarea unei înțelegeri profunde a arhitecturii end-to-end pentru dezvoltarea software-ului semiconductor pentru automobile – de la cazuri de utilizare a software-ului până la semiconductori – pentru a optimiza sistemele.
• Crearea de planuri de recrutare și reținere pentru construirea internă a expertizei în semiconductori; indiferent de deciziile de proiectare ale OEM-ului auto, aceștia ar avea nevoie de angajați care să înțeleagă și să măsoare conceptele.
• Asigurarea că își mențin eforturile concentrate pe planificarea și proiectarea semiconductorilor, ceea ce la rândul său ar evita fragmentarea resurselor. Acest lucru ar face ușoară dublarea funcționalităților care contează cu adevărat (de exemplu, concentrarea pe o zonă de caz de utilizare în ADAS)
• Identificarea partenerilor strategici pentru implementarea strategiilor de semiconductori și accelerarea eforturilor de integrare.

Cum poate ajuta Appinventiv la construirea unei strategii pentru semiconductori în industria auto?

Ca parte a soluțiilor noastre de mobilitate electrică, folosim expertiza noastră profundă atât în ​​industria semiconductoarelor, cât și în industria auto pentru a evalua pregătirea infrastructurii OEM pentru automobile, în conformitate cu complexitățile tehnice și software ale semiconductorilor. Odată stabilit, construim o arhitectură care ar transforma semiconductori într-un middleware - unul care trimite informații prin cloud către o aplicație care apoi semnalează semiconductorului să răspundă într-un anumit mod prin comenzile vehiculului - toate acestea într-o chestiune de o fracțiune de secundă.

În plus, deținem, de asemenea, o experiență în a ajuta producătorii de mașini să înțeleagă capacitățile semiconductoarelor și să le utilizeze într-un mod în care să fie capabili să integreze tehnologia și software-ul backend cu încredere.

Acum că am analizat conceptul de semiconductori în industria auto din mai multe perspective, să închidem articolul cu o perspectivă asupra viitorului tehnologiei.

Drumul de urmat pentru semiconductori în industria auto

Piața semiconductoarelor auto este împărțită în mai multe componente și un număr de jucători intră în spațiu pentru a satisface cererea de adoptare a tehnologiei, cum ar fi Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel și Nvidia etc. tehnic și parteneriatele se încheie, împreună modelează viitorul tehnologiei.

Să ne uităm la câteva dintre celelalte evenimente cheie care pot fi așteptate de la tehnologie în viitorul viitor.

Sprijină inteligența artificială a vehiculelor

Industria auto va fi văzută folosind semiconductori pentru a susține sistemele AI în vehicule pentru a copia, a crește și a sprijini acțiunile oamenilor. În vehiculele viitorului, care sunt complet fără șofer, AI va deduce ce acțiuni trebuie întreprinse în funcție de senzorii din mașină și de mediu. Aici vor fi folosiți semiconductori pentru implementarea acestor sisteme AI într-un mod fără erori.

Comunicare V2X

Tehnologia Vehicle-to-Everything permite vehiculelor să comunice cu mediul lor și să facă conducerea eficientă și sigură. Tehnologia informează despre ceea ce urmează, cu vizibilitate zero a șoferului și este capabilă să vadă colțurile și obstacolele pe o rază de până la o milă. Pentru a susține comunicarea într-un mod mai real în timp, se vor folosi semiconductori.

Dezvoltarea tehnologiei în bandă ultralargă

UWB-urile oferă abilități de localizare exacte, sigure și în timp real, care sunt de neegalat de tehnologiile wireless precum bluetooth, GPS și Wi-Fi. Tehnologia este concepută pentru a oferi conștientizare spațială mașinilor și dispozitivelor bazate pe UWB, pentru a le permite să știe unde se află utilizatorii.

Rolul semiconductorilor aici va fi văzut în crearea IC UWB auto care ar conecta vehiculul cu un smartphone.

Vehiculele inteligente solicită impact asupra valorii semiconductoarelor

În comparație cu vehiculele tradiționale ICE, vehiculele inteligente folosesc din ce în ce mai multe cipuri. De exemplu, în cazul mașinilor cu conducere autonomă, numărul mediu de cipuri necesare începe de la 8 și poate merge până la 20 de cipuri de senzor. În plus, cantitatea masivă de colectare, procesare și stocare a datelor efectuate de AV-uri duce la o situație în care este nevoie de instalarea la bord a mai multor cipuri inteligente și de stocare ridicată.

Numărul în creștere de senzori

Autonomia aduce mai mulți senzori de înaltă performanță vehiculelor, care trebuie să funcționeze pe tehnologii avansate de semiconductor. În starea actuală, LiDAR-urile în infraroșu apropiat sunt cei mai folosiți senzori pentru vehicule la nivelul SAE 3, cu toate acestea, acest lucru va trece în curând la infraroșu cu unde scurte, deoarece oferă beneficii de performanță mai bune. Această tranziție va necesita semiconductori de valoare mai mare pe piețele ADAS (Sisteme avansate de asistență pentru șofer) și pe piețele de autonomie.

O mai bună integrare între hardware și software

Odată cu apariția erei producției de masă, accentul producătorilor de automobile OEM s-a concentrat în principal pe optimizarea hardware-ului și dezvoltarea componentelor mecanice care pot îmbunătăți durata de viață a unei mașini. Cu toate acestea, un accent dedicat asupra hardware-ului poate fi contraintuitiv pentru producătorii care doresc să devină o proeminență în sectorul vehiculelor autonome.

Necesitatea momentului este de a construi colaborări mai bune între producătorii de mașini și firmele de producție de cipuri, într-o măsură în care producătorii au un cuvânt de spus în specificațiile și definirea caracteristicilor microcipurilor care vor fi utilizate în flota lor.

Semiconductori bazați pe predicții

Majoritatea senzorilor actuali sunt limitate la „observarea” mediului, pentru a extinde cazurile de utilizare pe care companiile au început să caute cipuri care să sprijine urmărirea și analiza bazate pe predicții. Iată un exemplu despre cum ar putea funcționa aceste cipuri. Imaginați-vă că mașina pe banda de lângă tine se gândește brusc să depășească mașina din fața ei venind pe banda ta, indiciile moi pe care le vor lăsa, precum o ușoară schimbare a traiectoriei atunci când sunt capturate de senzori și analizate de semiconductor, pot ajuta la prevenirea pericolelor. situatii de trafic.

Interacțiuni bazate pe 5G și 6G

Mașinile moderne nu funcționează ca entități izolate. Sunt întotdeauna conectați cu infrastructurile și vehiculele din jurul lor, cu care partajează în mod constant date critice ale senzorilor 24*7. Acest schimb constant de informații depinde de o conexiune stabilă la rețea și de aceea atât producătorii de automobile, cât și producătorii de cipuri sunt interesați de tehnologiile 5G și 6G.

Conexiunile de rețea 5G și 6G au potențialul de a accesa frecvențele radio înalte pentru a combina lățimea de bandă mare și acoperirea geografică cu erori limitate ale semnalului. Integrarea lor ar necesita totuși producătorii de cipuri să funcționeze la o capacitate de 100 GHz sau mai mult – lucru pe care companiile de dezvoltare de semiconductori au început să se uite.

Eficiență energetică mai bună

În spatele unei oferte crescute de vehicule electrice, există o cerere crescută de semiconductori eficiente din punct de vedere energetic. Există o serie de moduri în care producătorii de cipuri abordează acest lucru – folosind AI pentru a face schimb de resurse de calcul, trecând la dispozitive de alimentare cu semiconductor WBG pentru a gestiona controlul, conversia și procesarea energiei electrice. În plus, ei experimentează, de asemenea, utilizarea componentelor din carbură de siliciu ca tehnologie principală, datorită beneficiilor pierderilor mai mici, frecvențelor de comutare ridicate, robusteței mai mari în medii dure și temperaturii de funcționare mai ridicate.

Cuvântul final

Includerea semiconductorilor în industria auto este mai răspândită decât înainte – un eveniment care duce la stabilirea mai multor parteneriate între producătorii de vehicule (OEM de automobile) și companiile de dezvoltare de semiconductori. Ceea ce este adus de-a lungul acestor parteneriate este o nouă eră în care industria auto devine electrificată și autonomă.

Sperăm că informațiile pe care le-am acoperit în articol vă vor aduce în concordanță cu traiectoria în schimbare. Luați legătura cu echipa noastră dacă aveți nevoie de mai multe informații despre tehnologie sau căutați integrarea semiconductorilor în vehiculele dumneavoastră.

Întrebări frecvente

Î. Ce este tehnologia semiconductoarelor în contextul automobilelor?

A. Toate inovațiile moderne ale tehnologiei de asistență a șoferului rulează pe semiconductori. De exemplu, camerele din spate au nevoie de cipuri pentru a comunica cu afișajele de la bord, în mod similar, sistemele de navigație, controlul adaptiv al vitezei de croazieră și sistemele de infotainment funcționează și pe semiconductori.

Î. Care sunt beneficiile utilizării tehnologiei semiconductoare în automobile?

A. Electrificarea vehiculelor este utilizarea principală a semiconductorilor, care ajută la înlocuirea sistemelor manuale cu sistemele electrice, ceea ce duce la beneficii precum o eficiență mai bună a vehiculului, o dependență redusă de ulei și o reducere semnificativă a emisiilor de carbon. În plus, ajută la creșterea asistenței șoferului și a siguranței în automobile prin menținerea conectivității în mașini în timp real.

Î. Care este potențialul viitor al tehnologiei semiconductoarelor în industria auto?

A. Se preconizează că piața semiconductoarelor pentru automobile va fi martora unei creșteri masive în următorii ani, datorită unui număr de factori precum creșterea cererii pentru sisteme avansate de asistență pentru șofer, creșterea electrificării vehiculelor și progresele tehnologice în tehnologiile autonome. Pe măsură ce industria auto devine puternică și inteligentă, spațiul semiconductorilor auto va deveni și el indispensabil.