汽車(chē)電子模塊和車(chē)規級芯片

“芯片”這個(gè)詞最近是否在您的供應鏈（任何制造活動(dòng)的脊梁）下發(fā)出震顫？如果沒(méi)有，那么你一定非常幸運，是一個(gè)有遠見(jiàn)的超級規劃師??！盡管如此，人們不必擔心——這是一個(gè)完全暫時(shí)的現象，很快就會(huì )過(guò)去。

芯片或半導體技術(shù)在過(guò)去克服了嚴重的挑戰 - 無(wú)論是在技術(shù)和市場(chǎng)方面 - 現在正以龍卷風(fēng)的速度發(fā)展。每個(gè)人都有興趣從中分一杯羹，并在平等國家中占據至高無(wú)上的地位。不用說(shuō)，各國通過(guò)一系列激勵措施、補貼和其他“胡蘿卜”招攬投資，充分說(shuō)明了這一計劃。自從羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）在60多年前在仙童（Fairchild）推出第一個(gè)集成器件（之前是晶體管的發(fā)明）以來(lái)，這個(gè)“奇跡沙束”的發(fā)展是驚人的，在今天的現實(shí)中，沒(méi)有產(chǎn)品或用例不受其影響。想想無(wú)處不在的手機、路由器、大型數據中心、電網(wǎng)、交通元件，甚至是我們孩子玩的玩具，包括制造所有這些由芯片驅動(dòng)的工廠(chǎng)。該列表可能會(huì )繼續下去，但在本文的上下文中將僅限于汽車(chē)。

汽車(chē)電子的曙光

我們每個(gè)人在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)都以某種形式使用汽車(chē)作為我們日常生活的一部分?；叵胍幌麓髂防瞻l(fā)明的汽油發(fā)動(dòng)機，奔馳為他的三輪汽車(chē)（1號型）申請了專(zhuān)利，后來(lái)福特有效地開(kāi)創(chuàng )了（汽車(chē)）傳說(shuō)中的移動(dòng)裝配線(xiàn)，用于T型車(chē)的批量生產(chǎn)，使其更實(shí)惠。在汽車(chē)中使用電子設備的開(kāi)端可以追溯到 1955 年，當時(shí) Philco 的全晶體管（準確地說(shuō)是 12 個(gè)）收音機被加載到克萊斯勒的帝國車(chē)型上。隨后在較輕的交流發(fā)電機中使用硅二極管整流器，該交流發(fā)電機開(kāi)始取代發(fā)電機，從而能夠處理更大的電氣負載。在美國，德國和日本的各種制造商中進(jìn)行了許多研究活動(dòng)，從而即興創(chuàng )作了當時(shí)他們的車(chē)輛面臨的當前問(wèn)題。點(diǎn)火系統配備了分立式固態(tài)電子設備，減少了機械磨損，提高了發(fā)動(dòng)機效率。使用電子設備的下一個(gè)重大成功是引入了計算機化的ABS，有助于提高車(chē)輛安全性。與此同時(shí)，MOSFET的發(fā)明徹底改變了半導體領(lǐng)域，微處理器（盡管實(shí)際的始作俑者可能是模糊的）誕生了——大多數電子系統的大腦（或者有些人可能會(huì )說(shuō)是心臟）。這被認為是工程界的分水嶺之一，也是我們今天都知道的半導體巨頭的出現。

隨著(zhù)晶體管和微處理器的發(fā)明，內燃機從純機械到機電再到全電子控制解決方案，推動(dòng)了對效率和優(yōu)化的追求，并滿(mǎn)足日益嚴格的CAFE規范。自從通用汽車(chē)在1980年左右在汽車(chē)中引入第一個(gè)基于微處理器的電子系統以來(lái)，這確實(shí)是一段漫長(cháng)的旅程，盡管電子控制模塊（ECM）在電子設備有限之前就已經(jīng)存在了。更進(jìn)一步，安全氣囊、變速箱控制、導航、信息娛樂(lè )、安全和舒適應用等其他領(lǐng)域在具有自己控制單元的車(chē)輛中不斷發(fā)展。隨著(zhù)時(shí)間的推移，電子控制單元（ECU）已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)緊湊而復雜的模塊或子系統，不斷挑戰汽車(chē)電子現有創(chuàng )新的界限。那么什么是ECU？

顧名思義，ECU是控制車(chē)輛內特定功能的設備。它們通常由芯片或集成電路以及其他電子元件構建，這些電子元件通常接收各種輸入，根據規范進(jìn)行處理，并為適當的輸出響應提供必要的指令。除了硬件內容外，每個(gè)ECU都有特定的軟件或固件，具有各種接口和通信協(xié)議，以有效地執行其給定的功能。實(shí)際上，它是一個(gè)嵌入式系統，用于控制車(chē)輛內部的電氣系統，并且最近進(jìn)展到與其他車(chē)輛和基礎設施以及云的連接。通常，現代汽車(chē)根據車(chē)輛上可用的功能和選項在其架構中封裝了大約 70 ~ 150 個(gè) ECU。發(fā)現的一些更常見(jiàn)的ECU是發(fā)動(dòng)機控制模塊（ECM），車(chē)身控制模塊（BCM），安全氣囊模塊，動(dòng)力總成控制模塊（PCM），變速箱控制模塊（TCM），遠程信息處理控制模塊，懸架控制模塊（SCM），信息娛樂(lè )模塊（IVI），電池管理系統（BMS）等，每個(gè)都有自己的處理器，內存和軟件。村田制作所提供了大量構成這些模塊關(guān)鍵要素的汽車(chē)級設備。

車(chē)輛中的常見(jiàn)ECU

各用途設備可用性

半導體技術(shù)開(kāi)發(fā)

雖然汽車(chē)系統開(kāi)發(fā)本身很復雜，各個(gè)子系統之間具有無(wú)縫互操作性;半導體技術(shù)必須在創(chuàng )新周期中保持領(lǐng)先地位，以補充汽車(chē)原始設備制造商的努力。值得注意的是，汽車(chē)應用所需的芯片比消費類(lèi)產(chǎn)品高出一個(gè)檔次，因此推動(dòng)了更高的成本來(lái)滿(mǎn)足這些規格;一些關(guān)鍵屬性如下。

更高的溫度要求 – 通常需要 -40°C 至 125°C 的支持

可靠性要求 – AEC Q100

功能安全 – ASIL 安全級別

PPAP – 一致性和變更/風(fēng)險管理

半導體技術(shù)在晶體管密度、封裝、外形尺寸、制造工藝等各個(gè)方面都發(fā)生了指數級變化，幾乎所有應用對推動(dòng)自動(dòng)化水平的更多創(chuàng )新的需求不斷推動(dòng)芯片開(kāi)發(fā)的革命。這種需求已經(jīng)超越了對新材料的尋找，以超越硅的飽和度，因為它可能達到摩爾定律的極限。半導體材料的研究正在快速發(fā)展，GaN、石墨烯、黃鐵礦等新化合物正在開(kāi)發(fā)中，作為硅和砷化鎵的潛在替代品。然后，這種納米級芯片需要改進(jìn)熱管理，因為它們變得更小，具有多倍的強大功能，創(chuàng )造了影響性能的熱點(diǎn)。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員正在發(fā)現像砷化硼（BAs）這樣的材料，這些材料可以集成到半導體芯片設計中，以便在未來(lái)的電子封裝中以滿(mǎn)載性能提供更好的熱管理。芯片技術(shù)將繼續發(fā)展，IBM和MIT / TSMC發(fā)布2nm公告的最新消息闡明了下一個(gè)邏輯節點(diǎn)的一些突破。我們是否正在通往埃（Å）的道路上!!!

車(chē)輛架構轉型

與此同時(shí)，車(chē)輛本身正在轉變?yōu)橹悄苤悄軝C器，除了運輸之外，還可以滿(mǎn)足人類(lèi)需求的許多其他方面。這些機器正在變得綠色、平均、精益、自我驅動(dòng)和完全連接。迄今為止，隨著(zhù)每一代新產(chǎn)品和功能的增強，車(chē)輛架構已經(jīng)創(chuàng )造了一個(gè)相當龐大而復雜的網(wǎng)絡(luò )ECU迷宮，不再提供靈活性和擴展的空間。這導致了重新考慮車(chē)輛架構的轉折點(diǎn)，因為在新功能中添加更多控制模塊變得不可持續。汽車(chē)原始設備制造商和一級供應商已經(jīng)在研究替代車(chē)輛架構，半導體制造商同步推動(dòng)并推動(dòng)行業(yè)協(xié)作，以定義協(xié)議和發(fā)布芯片，以實(shí)現這些新的集中式架構。我們中的許多人現在都熟悉域控制器和區域控制器等術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)正在推動(dòng)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )架構的轉變。一些知名的原始設備制造商/一級供應商已經(jīng)發(fā)布了域控制器的公告，甚至我們自己的本土汽車(chē)制造商也開(kāi)始考慮過(guò)渡。域控制器將來(lái)自多個(gè)ECU的功能整合到一個(gè)域中，從而提高效率，合并功能和軟件平臺，加快通信速度以及OTA更新，以便將來(lái)擴展。區域建筑在將多個(gè)不相關(guān)的功能與空間方向集成方面領(lǐng)先一步，從而壓縮線(xiàn)束、連接器并減輕重量。預計具有相同處理器架構的控制器將更少，用于軟件兼容性和平臺遷移以實(shí)現新功能集成。漸進(jìn)式路徑是在未來(lái)考慮完整的區域架構，但在完全過(guò)渡之前，采用混合模型來(lái)引導和優(yōu)化收益是否謹慎。這是否會(huì )導致完全集中的處理架構，如果是這樣，汽車(chē)行業(yè)何時(shí)以及將接受它？再加上電信界推出5G（6G）網(wǎng)絡(luò )，AI和ML以及復雜傳感器設備的可用性的發(fā)展，這一趨勢有增無(wú)減。對于模塊的演變來(lái)說(shuō)是如此之多。

快速瀏覽我公司村田電子在連接領(lǐng)域的汽車(chē)模塊產(chǎn)品，用于某些目標應用。

汽車(chē)模塊的應用領(lǐng)域

創(chuàng )新和功能增強不僅在四輪車(chē)或 CV 領(lǐng)域，我國密集的摩托車(chē)手人口在對技術(shù)吸收到他們快樂(lè )的 2 輪騎行的需求方面也不甘落后。我們提供的一個(gè)這樣的解決方案是與汽車(chē)領(lǐng)域領(lǐng)先的芯片創(chuàng )新者合作，為任何原始設備制造商/一級供應商定制一個(gè)完全連接的集群設計;快速瀏覽如下。

可擴展的集群/遠程信息處理連接平臺概念，從原型到批量生產(chǎn)

未來(lái)的道路

汽車(chē)電子趨勢清楚地表明了完全聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的時(shí)代，主要是電動(dòng)和自動(dòng)駕駛，刺激了對高性能半導體和模塊的需求，這些半導體和模塊將從根本上確保其內部和外部乘客的安全。預計未來(lái)的車(chē)輛將成為“車(chē)輪上的移動(dòng)”，專(zhuān)注于騎手體驗而不是駕駛員體驗，這與提高舒適性、氛圍和生產(chǎn)力的需求相呼應。車(chē)輛內的平均半導體含量估計約為350美元（電動(dòng)汽車(chē)的2倍），預計全自動(dòng)駕駛汽車(chē)將高達3000美元，正如一些行業(yè)報告所假設的那樣。幾位專(zhuān)家認為，到2030年，所有銷(xiāo)售的汽車(chē)中有一半以上將是電動(dòng)汽車(chē)，這并不遙遠。這些新要求和未來(lái)愿望（包括地緣政治）將推動(dòng)創(chuàng )建一個(gè)更具協(xié)作性的生態(tài)系統，開(kāi)發(fā)多種技術(shù)的高度強大和集成的設備 - 芯片，模塊，MEMS，測距，電池，無(wú)線(xiàn)技術(shù)，能量收集甚至氫燃料電池。鑒于持續的芯片供應形勢和正在定義的新車(chē)輛架構，汽車(chē)原始設備制造商正在增加與半導體供應商合作的直接機會(huì )，到目前為止，半導體供應商一直是其一級供應商的領(lǐng)域，而一級供應商又正在考慮投資自己的晶圓廠(chǎng)和芯片。

一個(gè)重要的方面將是汽車(chē)價(jià)值鏈的明顯變化，它將從現有的（供應商）層級過(guò)渡到中心輻射模式，進(jìn)一步轉向參與者（供應商、電信公司、科技巨頭、OEM）和產(chǎn)品周期（從設計到售后）之間的矩陣融合。這將使生態(tài)系統中新參與者的出現和維持成為可能，以及制定相關(guān)商業(yè)模式的需求。其中一些包括轉向在線(xiàn)銷(xiāo)售，按使用付費，訂閱模式，最重要的是將連接時(shí)代產(chǎn)生的大量數據貨幣化，這些數據可能實(shí)現高達50%的收入。軟件將在車(chē)輛的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在今天的汽車(chē)中，大約有1億行代碼。隨著(zhù)車(chē)輛變得越來(lái)越自動(dòng)化和軟件定義（在硬件支持的更輕的靜脈上），可能需要近5億行代碼才能平穩運行未來(lái)的汽車(chē)。所有這些都將推動(dòng)一些新進(jìn)入生態(tài)系統的人，提高在這個(gè)游樂(lè )場(chǎng)內建立戰略多層次鏈接合作伙伴關(guān)系的需求，以獲得最佳的用戶(hù)體驗。

                                                                                                                                                        侵權必刪

                                                                                                                           Please let us know if there is any infringement