Сколько чипов в наших машинах?

29 января 1886 года немецкий инженер-механик Карл Бенц подал заявку на патент на свое изобретение, автомобиль с газовым двигателем, ставший первым из многих автомобилей, которые этой цивилизации было суждено изобрести. Запатентованный Benz трехколесный автомобиль с одним цилиндром и максимальной скоростью 10 миль в час стал образцом для дальнейших разработок, которые привели к современным автомобилям, которыми пользуется мир сегодня. 

Будущее автомобильного сектора действительно выглядит очень радужным, поскольку все больше и больше деталей транспортных средств в настоящее время управляются или контролируются с помощью электроники. Сегодня современные автомобили имеют множество функций, таких как полный привод, навигационные инструменты и датчики, автомобильные развлечения, тормозные системы и даже возможности самостоятельного вождения. Стремление Qualcomm к цифровому преобразованию автомобилей во время выставки CES 2022 в начале этого года является показателем. 

Модули электронного блока управления в современном автомобиле 
Конечно, по мере того, как автомобили начинают становиться умнее и отказываться от внутреннего сгорания, количество электроники в автомобиле неизбежно будет расти. Сколько чипов в наших автомобилях?  

По оценкам, в неэлектрическом транспортном средстве содержится примерно около 1000+ чипов, а в электрическом — вдвое больше. Представьте себе компьютер или мобильный телефон. Чипов в этих устройствах значительно меньше, чем в автомобиле.  

Зачем нужны все эти чипы?  
В современном автомобиле используется несколько электронных модулей, управляющих различными функциями автомобиля. Проще говоря, автомобиль сегодня не может работать без всяких микрочипов. В то время как производители автомобилей работают с производителями чипов, такими как Qualcomm, над разработкой новых инноваций для создания цифрового шасси, количество необходимых чипов, безусловно, будет увеличиваться. 

Чтобы контролировать, контролировать и управлять множеством систем в автомобиле, производители тратят много усилий на разработку электронных блоков управления или электронных блоков управления. Эти ECU представляют собой мини-компьютер, предназначенный для управления очень специфической функцией автомобиля, и обычно имеют специальный чип, который запускает его программное обеспечение или прошивку. Эти мини-системы получают входные данные от различных частей автомобиля, в зависимости от его общей функции, с помощью различных типов датчиков, приводов и переключателей. Они включены, и иногда для правильной работы могут потребоваться подключения для передачи данных.  

Конечно, это просто вид сверху на электронику среднего автомобиля сегодня. Каждый модуль ECU будет содержать несколько микросхем, а в среднем автомобиле, вероятно, будет около 100 отдельных модулей, каждый из которых должен быть подключен соответствующим образом. Это означает, что межмодульная обработка данных будет более эффективной, если она будет выполняться отдельно, а не под управлением одного процессора. Соедините это с переходом на электромобили (EV), и количество чипов в автомобиле легко удвоится, не говоря уже о появлении более умных автомобилей.  

Ниже приведен снимок некоторых из этих ECU. 

1. Безопасность, безопасность и доступ 
Есть несколько ECU, предназначенных только для безопасности. Учитывая, что на карту поставлены жизни, если какая-либо из этих функций не сработает, когда это необходимо, точность и надежность являются обязательными для любого автомобильного ЭБУ, особенно для функций безопасности. 

Эти модули контролируют подушки безопасности, помощь при парковке, предотвращение столкновений, электрические замки, помощь при торможении, контроль давления в шинах и контроль тяги. Например, ECU, предназначенный для предотвращения столкновений, будет отслеживать близость к машине, чтобы предупредить водителя и помочь избежать или значительно снизить риск, связанный с столкновением, что особенно важно для беспилотных автомобилей. ECU, предназначенный для подушек безопасности, облегчит развертывание после обнаружения аварии. Точное время развертывания может означать для пассажира либо жизнь, либо смерть. 

ЭБУ для безопасности и доступа включают в себя дверные замки, вход без ключа и системы сигнализации, и это лишь некоторые из них, которые также предназначены для обеспечения безопасности автомобиля и пассажиров внутри. Функции бесключевого зажигания уже начинают заменять обычные автомобильные брелки, и это идет с ЭБУ, предназначенным для облегчения этой функции.  

2. Силовой агрегат и электрические системы 
Чтобы автомобиль работал на оптимальном уровне, существует множество систем для контроля и мониторинга трансмиссии и электрических систем, таких как двигатель, системы впрыска топлива, гибридно-электрическое управление, управление трансмиссией, запуск, системы освещения и автомобильные диагностические системы. . Эти системы жизненно важны для обеспечения безопасной и стабильной работы автомобиля. Электромобиль по своей сути будет иметь другую систему трансмиссии, чем двигатель внутреннего сгорания. Тот, который проще, но все же требует ЭБУ для мониторинга и управления. Электрические модули ECU этой категории отвечают за распределение питания на все остальные модули в автомобиле. Думайте об этом как о сердечно-сосудистой системе автомобиля, которая перекачивает кровь и распределяет ее по всему телу. 

3. Комфорт, информационно-развлекательная система и возможности подключения 
Комфортная езда всегда является важным преимуществом автомобиля. Основы включают в себя управление окнами/зеркалами, подогрев сидений, контроль, климат-контроль и т. д. Соедините это с автомобильными информационно-развлекательными системами, такими как системы управления аудио/видео, дисплеи для водителя и даже навигация. Эти системы включают такие интерфейсы, как традиционная кнопочная панель или более современный дисплей с сенсорным экраном и голосовые команды. Интегрированные головные устройства теперь в основном представляют собой сенсорные экраны, которые служат центральным контроллером для информационно-развлекательных систем.  

Другие современные автомобили теперь имеют активный проекционный дисплей (HUD), который отображает информацию о транспортном средстве в режиме реального времени на прозрачном экране, расположенном на приборной панели, чтобы помочь водителю меньше отвлекаться, глядя слишком далеко от дороги. Некоторые премиальные функции могут включать в себя несколько дисплеев, для которых потребуются высокопроизводительные цифровые сигнальные процессоры (чипы DSP) и графические процессоры (GPU). 

Подключение автомобиля к всемирной паутине открывает множество новых возможностей для того, как может выглядеть цифровое шасси завтрашнего дня. Протокол CAN (локальная сеть контроллеров) помогает стандартизировать связь внутри автомобиля, позволяя системам и устройствам взаимодействовать друг с другом. Другие варианты подключения включают GPS, Wi-Fi, Bluetooth и беспроводные обновления программного обеспечения, все они контролируются специальными ЭБУ.  

Дефицит и автомобильная промышленность 
Ни для кого не секрет, насколько сильно нехватка чипов повлияла на автомобильную промышленность. Все производители автомобилей столкнулись с задержками производства, закрытием заводов из-за COVID и проблемами с поставками. Например, некоторые, такие как General Motors, начали создавать свои модели с отсутствующими функциями, которые можно установить задним числом, как только поставка будет доступна. В конце 2021 года GM временно прекратила предлагать сиденья с подогревом в своих моделях 2022 года, чтобы не отставать от спроса. 

Точно так же многие другие производители, такие как Mercedes-Benz и Volkswagen, приняли меры для смягчения последствий дефицита. Из-за этого потребителям стало труднее покупать новые автомобили, поскольку у автодилеров были ограниченные запасы, а производство новых моделей все еще задерживалось и их было мало. 

В то время как западные автопроизводители пострадали от дефицита, японский автопроизводитель Toyota пострадал меньше. Благодаря грамотному планированию и накоплению запасов чипов производство Toyota в Северной Америке продемонстрировало отличную производительность при 90% мощности в 2021 году, несмотря на дефицит.  

Учитывая огромное количество чипов, необходимых для современных автомобилей, легко понять, почему их нехватка нанесла ущерб автопроизводителям за последние несколько лет. Где-то в начале 2000-х электроника в автомобиле составляла примерно 18% от общей стоимости. К 2020 году электроника будет составлять 40% стоимости автомобиля, а прогнозы говорят, что к 2030 году она вырастет до 45%. Однако чипы, используемые в автомобильном секторе, также отличаются от тех, которые используются в бытовой электронике. Чипы автомобильного класса должны сохранять функциональность и надежность в более экстремальных условиях, чем их потребительские аналоги. Температурные диапазоны в транспортном средстве выше, жизненные циклы длиннее и частота отказов ниже. Все, что необходимо для соответствия автомобильным стандартам чипов. 

Поскольку производители чипов изо всех сил пытаются удовлетворить спрос за счет увеличения производственных мощностей, многие аналитики все еще считают, что этот дефицит сохранится до 2023 года, усугубляемый растущей напряженностью в некоторых частях земного шара. Некоторые эксперты советуют делать предварительный заказ по крайней мере за год вперед, если возникнут какие-либо предсказуемые потребности в транспортных средствах. Конечно, из-за этой нестабильной смеси управления COVID-19 и продолжающихся политических войн горизонт кажется туманным.