Полупроводники в автомобильной промышленности: меняет правила игры в технологичном автомобильном пространстве

За последние несколько лет в автомобильной промышленности, особенно для массового производства автомобилей, был внедрен ряд технологий, в том числе улучшенные лидарные датчики и датчики на базе интеллектуальных камер. В центре этих инноваций лежит растущая зависимость от полупроводников.

В эпоху, когда автомобили стали высокопроизводительными компьютерами на колесах, производители автомобилей сталкиваются с новым уровнем сложности – адаптацией к сдвигу парадигмы в сторону использования вычислительной мощности полупроводников в автомобильной промышленности.

По оценкам McKinsey, поскольку к 2030 году автономные чипы принесут более 29 миллиардов долларов, ставки высоки в изучении использования полупроводниковых технологий в автомобилестроении.

В этой статье мы собираемся облегчить этот путь, углубившись в роль полупроводниковых технологий в автомобильной промышленности с точки зрения преимуществ и меняющегося рынка.

Преимущества полупроводниковых технологий в автомобилестроении

Растущая популярность электромобилей и беспилотных транспортных средств требует развития полупроводниковых технологий в автомобильной промышленности, которые сделают пространство более умным и энергоэффективным.

Улучшенные возможности подключения . Как водители, мы познакомились с такими функциями, как картографирование маршрутов и перекрытие дорог с помощью бортового GPS – функций, которые реализуются за счет интеграции полупроводниковых технологий в автомобили. Высококачественные устаревшие полупроводниковые узлы позволяют точно настроить предустановленные системы автомобиля. Полупроводник также используется для обработки и распознавания ключевых данных вычислительной системы автомобиля, что обеспечивает надежный, точный и своевременный контроль над автомобилем.

Электрификация транспортных средств : Электрификация открывает удивительные возможности в автомобильном секторе – управление батареями гибридных транспортных средств, повышение эффективности сгорания топлива в транспортных средствах и даже восстановление энергии в электромобилях за счет систем рекуперативного торможения. Полупроводники в автомобильной промышленности упрощают эти сложные процессы, обеспечивая эффективность и быстроту принятия решений.

Повышенная безопасность . Одним из ключевых преимуществ беспилотных транспортных средств является их тормозная система, которая срабатывает за доли секунды. Область, где преимущества полупроводниковых технологий в автомобилестроении наиболее заметны. Программное обеспечение обеспечивает такие функции, как круиз-контроль, система экстренного торможения, системы обнаружения слепых зон, система помощи при парковке, датчики предотвращения столкновений и т. д., реагируя в режиме реального времени.

Увеличение количества беспилотных автомобилей . Одной из крупнейших революций современности стали беспилотные транспортные средства. Эти транспортные средства могут перемещаться из одной точки в другую без какой-либо помощи человека в «режиме автопилота» с помощью технологии на основе искусственного интеллекта. Для точной настройки этой сложной модели в автомобильной промышленности используются современные полупроводники.

Расширенная помощь при вождении : ряд функций, таких как круиз-контроль, голосовое управление GPS-навигацией, активное рулевое управление, обновления OTA и т. д., полностью зависят от полупроводниковой технологии в автомобилях. Эти полупроводники служат мостом между полупроводниковыми программными решениями для автомобилей и автомобильными функциями современных автомобилей.

Расширенный диапазон EV : современные полупроводники обеспечивают высокую эффективность благодаря своей способности включаться и выключаться тысячи раз в секунду. Это приводит к существенному снижению потерь мощности, что приводит к увеличению срока службы батарей и увеличению дальности действия. Эти полупроводники также помогают производителям автомобильного оборудования использовать небольшие батареи, что позволяет им разрабатывать новые автомобильные архитектуры за счет сокращения занимаемого пространства.

Единственным общим элементом всех этих преимуществ полупроводниковых технологий в автомобилестроении является принцип работы этой технологии. Чтобы понять глубину использования полупроводниковых технологий в автомобилестроении, важно понять, что в них входит.

Давайте теперь рассмотрим ключевые компоненты полупроводникового программного обеспечения.

Ключевые компоненты полупроводников в автомобильной промышленности

Развитие полупроводниковых технологий в автомобильном секторе достигло такой степени, что существует острая нехватка чипов. Хотя дефицит в основном является проблемой цепочки поставок, смысл очевиден: полупроводники призваны трансформировать автомобильную отрасль. Теперь, чтобы компания-разработчик программного обеспечения создала систему, которая объединила бы полупроводники и аппаратное обеспечение (автомобильные автомобили), важно понять основы технологии.

Рынок автомобильных полупроводников можно легко разделить на четыре сегмента. Первый — это микроконтроллеры, используемые для традиционных автомобильных функций, таких как антиблокировочная система тормозов и контроль выбросов, второй — это чип беспроводного модема, который соединяет автомобили с Интернетом. Далее, есть две другие категории, работающие над автономными функциями автомобилей: чипы для датчиков и камер и процессоры обработки данных, которые действуют как мозг автомобиля.

Вот различные компоненты, которые объединяются, чтобы сделать сегмент целостным.

• Микроконтроллеры. Микроконтроллеры или микроконтроллеры представляют собой интегральные схемы, состоящие из памяти, ЦП (центрального процессора) и широкого спектра периферийных интерфейсов. Они используются в автомобильных приложениях для управления и мониторинга таких функций, как управление кузовом, управление двигателем, управление трансмиссией и информационно-развлекательные системы.
• Процессоры цифровых сигналов: DSP — это микропроцессоры, предназначенные для выполнения задач цифровой обработки сигналов. В автомобилестроении они используются для распознавания речи, обработки изображений в системах ADAS, обработки звука и других трудоемких вычислительных операций.
• Интегральные схемы для конкретного применения: ASIC — это персонализированные интегральные схемы, созданные для некоторых конкретных автомобильных применений. Они обеспечивают высокую производительность и обеспечивают возможности интеграции для специальных функций, таких как специальные системы управления транспортными средствами, обработка изображений и алгоритмы ADAS.
• Электрический блок управления: ЭБУ являются важнейшими компонентами автомобиля, функциональность которых контролируется автомобильными полупроводниками. Они обеспечивают мониторинг в реальном времени, точный контроль и объединение нескольких систем внутри транспортного средства с помощью сенсорных интерфейсов, микроконтроллеров и протоколов связи. В конечном итоге это приводит к повышению безопасности, производительности и функциональности транспортных средств.
• Микросхемы управления питанием. Основная задача интегральных схем управления питанием — контроль и управление электропитанием транспортных средств. Эти компоненты обеспечивают эффективное распределение мощности, регулирование напряжения и защиту во всех автомобильных системах электромобилей.
• Датчики. Автомобильные датчики имеют решающее значение для сбора информации из внутренней системы автомобиля и окружающей среды. Эти датчики различаются: датчики положения, датчики давления, гироскопы, датчики приближения, датчики температуры, акселерометры и многое другое. Они вместе собирают и отправляют информацию для различных целей, таких как системы экологического контроля, ADAS и управление двигателем.
• МЭМС (микроэлектромеханические системы). Эта технология играет ключевую роль в полупроводниках в автомобильной промышленности. Полупроводники на основе МЭМС предлагают передовые возможности управления и измерения для автомобильной промышленности, что в конечном итоге помогает повысить безопасность, простоту и производительность транспортных средств. Это позволяет интеллектуальным системам отслеживать и реагировать на различные условия транспортного средства и окружающей среды, тем самым улучшая общее впечатление от вождения.

Хотя с технической стороны они охватывают сферу полупроводников, для того, чтобы технология соответствовала растущему спросу автомобильной техники, роль полупроводниковых технологий в автомобильной промышленности должна стать инвестиционной и партнерской. Вот обзор сотрудничества между производителями автомобилей и компаниями-производителями полупроводников.

Хотя партнерские отношения между компаниями-разработчиками полупроводников и производителями автомобилей вместе формируют преимущества полупроводниковых технологий в автомобилестроении как для них самих, так и для водителей, существуют некоторые проблемы, которые также не следует игнорировать.

Производители автомобильной продукции сталкиваются с рядом препятствий из-за растущей сложности архитектуры электроники и бортового программного обеспечения, необходимого для упрощения требований к подключенным транспортным средствам, автономному вождению, электрификации силовых агрегатов и требованиям совместной мобильности (ACES). Хотя они сотрудничают с компаниями-разработчиками программного обеспечения или создают собственную команду для решения большинства этих проблем, модернизация полупроводников потребует в целом нового набора стратегий на бизнес-уровне.

• Развитие глубокого понимания комплексной архитектуры разработки полупроводникового программного обеспечения для автомобильной промышленности — от сценариев использования программного обеспечения до полупроводников — с целью оптимизации систем.
• Создание планов набора и удержания персонала для накопления собственных знаний в области полупроводников; Независимо от проектных решений OEM-производителя автомобилей, ему потребуются сотрудники, которые понимают и оценивают концепции.
• Обеспечение того, чтобы их усилия были сосредоточены на планировании и разработке полупроводников, что, в свою очередь, позволит избежать фрагментации ресурсов. Это облегчит удвоение количества действительно важных функций (например, сосредоточение внимания на одной области использования в ADAS).
• Определение стратегических партнеров для реализации стратегий в области полупроводников и ускорения усилий по интеграции.

Как Appinventiv может помочь в разработке стратегии использования полупроводников в автомобильной промышленности?

В рамках наших решений для электронной мобильности мы используем наш глубокий опыт как в полупроводниковой, так и в автомобильной промышленности, чтобы оценить готовность инфраструктуры OEM-производителей автомобилей в соответствии с техническими и программными сложностями полупроводников. Как только это будет установлено, мы создадим архитектуру, которая превратит полупроводники в промежуточное программное обеспечение – то, которое отправляет информацию через облако в приложение, которое затем сигнализирует полупроводнику о необходимости отреагировать определенным образом через органы управления его автомобилем – и все это в вопросе какие-то доли секунды.

Кроме того, мы также обладаем опытом, помогая производителям автомобилей понять возможности полупроводников и использовать их таким образом, чтобы они могли уверенно интегрировать технологию и серверное программное обеспечение.

Теперь, когда мы рассмотрели концепцию полупроводников в автомобильной промышленности с разных точек зрения, давайте завершим статью обзором будущего этой технологии.

Путь полупроводников в автомобильной промышленности

Рынок автомобильных полупроводников разделен на множество компонентов, и ряд игроков выходят на него, чтобы удовлетворить спрос на внедрение этой технологии, такие как Texas Instruments, ROHM, Renesas Electronics, NXP Semiconductors, Intel и Nvidia и т. д. Технический и партнерский конец, вместе формируют будущее технологий.

Давайте посмотрим на некоторые другие ключевые события, которые можно ожидать от этой технологии в ближайшем будущем.

Поддержка искусственного интеллекта транспортных средств

Автомобильная промышленность будет использовать полупроводники для поддержки автомобильных систем искусственного интеллекта, которые будут копировать, дополнять и поддерживать действия людей. В транспортных средствах будущего, которые будут полностью беспилотными, ИИ будет определять, какие действия предпринять, в зависимости от датчиков автомобиля и окружающей среды. Именно здесь полупроводники будут использоваться для развертывания этих систем искусственного интеллекта без сбоев.

V2X-коммуникация

Технология Vehicle-to-Everything позволяет транспортным средствам взаимодействовать с окружающей средой и делает вождение эффективным и безопасным. Технология информирует о том, что впереди, при нулевой видимости для водителя и способна видеть повороты и препятствия в радиусе до одной мили. Для поддержки связи в режиме реального времени будут использоваться полупроводники.

Разработка сверхширокополосных технологий

СШП обеспечивают точные, безопасные возможности локализации в режиме реального времени, которым нет равных среди беспроводных технологий, таких как Bluetooth, GPS и Wi-Fi. Технология разработана для того, чтобы обеспечить пространственную осведомленность автомобилям и устройствам на базе UWB, чтобы они могли знать, где находятся пользователи.

Роль полупроводников здесь будет видна в создании автомобильной СШП-ИС, которая бы соединяла автомобиль со смартфоном.

Спрос на интеллектуальные транспортные средства повлияет на стоимость полупроводников

По сравнению с традиционными автомобилями с ДВС, интеллектуальные автомобили все чаще используют больше чипов. Например, в случае с беспилотными автомобилями среднее количество требуемых чипов начинается с 8 и может достигать 20 сенсорных чипов. Кроме того, огромные объемы сбора, обработки и хранения данных, выполняемые AV, приводят к ситуации, когда на борту необходимо установить несколько интеллектуальных чипов с высокой емкостью памяти.

Растущее количество датчиков

Автономия обеспечивает автомобили более высокопроизводительными датчиками, которые должны работать на передовых полупроводниковых технологиях. В настоящее время лидары ближнего инфракрасного диапазона являются наиболее распространенными датчиками для транспортных средств уровня SAE 3, однако вскоре они перейдут на коротковолновый инфракрасный диапазон, поскольку он обеспечивает лучшие преимущества в производительности. Этот переход потребует более дорогих полупроводников на рынках ADAS (усовершенствованных систем помощи водителю) и автономии.

Улучшенная интеграция между оборудованием и программным обеспечением

С наступлением эпохи массового производства основное внимание автопроизводителей было сосредоточено на оптимизации аппаратного обеспечения и разработке механических компонентов, которые могут продлить срок службы автомобиля. Однако особое внимание к аппаратному обеспечению может оказаться нелогичным для производителей, стремящихся добиться выдающегося положения в секторе беспилотных транспортных средств.

Необходимость сегодняшнего дня состоит в том, чтобы улучшить сотрудничество между производителями автомобилей и фирмами, производящими микросхемы, до такой степени, чтобы производители имели право голоса в определении спецификаций и характеристик микрочипов, которые будут использоваться в их автопарке.

Полупроводники, управляемые предсказаниями

Большинство современных датчиков ограничены «наблюдением» за окружающей средой, поэтому для расширения вариантов использования компании начали искать чипы, которые поддерживали бы отслеживание и анализ на основе прогнозов. Вот пример того, как эти чипы могут работать. Представьте себе, что машина, движущаяся по соседней полосе, внезапно думает обогнать машину впереди нее, выехав на вашу полосу движения. Мягкие сигналы, которые они оставляют, например, небольшое изменение траектории, когда они фиксируются датчиками и анализируются полупроводником, могут помочь предотвратить опасные ситуации. дорожные ситуации.

Взаимодействие на основе 5G и 6G

Современные автомобили не работают как изолированные объекты. Они всегда связаны с окружающей инфраструктурой и транспортными средствами, с которыми они постоянно обмениваются критически важными данными датчиков 24*7. Этот постоянный обмен информацией зависит от стабильного сетевого соединения, и именно поэтому как производители автомобильного оборудования, так и производители чипов заинтересованы в технологиях 5G и 6G.

Сетевые соединения 5G и 6G обладают потенциалом использования высоких радиочастот для сочетания большой пропускной способности и географического покрытия с ограниченными сбоями сигнала. Однако их интеграция потребует от производителей чипов работы на частоте 100 ГГц или выше – над чем начали задумываться компании-разработчики полупроводников.

Повышение энергоэффективности

На фоне увеличения предложения электромобилей растет спрос на энергоэффективные полупроводники. Производители чипов подходят к этой проблеме разными способами: использование искусственного интеллекта для распределения вычислительных ресурсов, переход на полупроводниковые силовые устройства WBG для управления контролем, преобразованием и обработкой электроэнергии. Кроме того, они также экспериментируют с использованием компонентов из карбида кремния в качестве основной технологии из-за преимуществ более низких потерь, высоких частот переключения, большей надежности в суровых условиях и более высокой рабочей температуры.

Последнее слово

Использование полупроводников в автомобильной промышленности стало более распространенным, чем раньше, и это событие ведет к установлению большего количества партнерских отношений между производителями автомобилей (автомобильными OEM-производителями) и компаниями-разработчиками полупроводников. Эти партнерства приносят с собой новую эру, когда автомобильная промышленность становится электрифицированной и автономной.

Мы надеемся, что информация, которую мы изложили в статье, поможет вам соответствовать меняющейся траектории. Обратитесь к нашей команде, если вам нужна дополнительная информация об этой технологии или вы ищете возможность интеграции полупроводников в свои автомобили.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос. Что такое полупроводниковая технология в автомобильной промышленности?

А. Все современные технологии помощи водителю работают на полупроводниках. Например, задним камерам нужны чипы для связи с бортовыми дисплеями, аналогично навигационные системы, адаптивный круиз-контроль и информационно-развлекательные системы также работают на полупроводниках.

Вопрос. Каковы преимущества использования полупроводниковых технологий в автомобилях?

A. Электрификация транспортных средств — это основное использование полупроводников, которое помогает заменить ручные системы электрическими, что приводит к таким преимуществам, как повышение эффективности транспортных средств, снижение зависимости от нефти и значительное сокращение выбросов углекислого газа. Кроме того, они помогают улучшить помощь водителю и повысить безопасность в автомобилях, поддерживая связь в автомобилях в режиме реального времени.

Вопрос. Каков будущий потенциал полупроводниковых технологий в автомобильной промышленности?

A. По прогнозам, рынок автомобильных полупроводников в ближайшие годы станет свидетелем огромного роста из-за ряда факторов, таких как увеличение спроса на передовые системы помощи водителю, рост электрификации транспортных средств и технологические достижения в области автономных технологий. Поскольку автомобильная промышленность становится мощной и интеллектуальной, сфера автомобильных полупроводников также станет незаменимой.