Почему автомобильных чипов все еще не хватает?

Jul 25, 2023

Автомобильной промышленности по-прежнему не хватает полупроводниковых чипов

Сейчас почти все знают, что автомобильной промышленности по-прежнему не хватает полупроводниковых чипов, хотя ситуация, похоже, улучшается. Хотя то, что в электромобилях используется больше полупроводников, вполне очевидно, почему в автомобилях с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) используется так много чипов? И есть ли у этих чипов свойства, которые затрудняют наращивание производственных мощностей, когда их не хватает? Это то, что эта статья попытается объяснить.

Газета New York Times NYT сообщила, что современный автомобиль может использовать до 3000 полупроводниковых чипов, в то время как другой источник сообщил, что более 1000. Я уверен, что это зависит от того, что вы считаете, но еще в 1960-х годах электроника в автомобилях была в значительной степени ограничивается автомагнитолой. Как продукт, который не так давно был почти полностью механическим, оказался с таким количеством чипов? Ответ состоит из нескольких частей и отражает общий рост использования чипов в широком спектре потребительских и промышленных продуктов: производительность, стоимость и миграцию функциональности с аппаратного обеспечения на программное обеспечение.

Что касается автомобилей, огромный толчок к улучшению экономии топлива после нефтяного кризиса 1973 года привел к быстрому увеличению использования электроники в управлении двигателем. Хотя электронное зажигание начало появляться в конце 1960-х годов, использование микроконтроллеров для управления двигателем продемонстрировало возможности цифрового подхода. Используя датчики для контроля таких параметров, как температура, положение коленчатого вала, массовый расход воздуха, положение дроссельной заслонки и концентрация кислорода в выхлопных газах, автопроизводители смогли значительно улучшить экономию топлива и профиль выбросов своих автомобилей. Чипы контроллера оперативно выполняли расчеты для оптимизации работы двигателя, чего невозможно было добиться с помощью механических датчиков и связей.

Это подчеркивает один из главных факторов роста использования полупроводниковых чипов: реализацию многих функций с использованием программного обеспечения, которые было бы трудно (или даже невозможно) реализовать с помощью одного только оборудования. Расчет оптимальной скорости подачи топлива на форсунки может включать решение сложных уравнений в режиме реального времени или поиск чисел в таблицах. Это легко (и недорого сделать) с помощью компьютерных чипов и некоторого программного обеспечения. Таким же образом мы получили более совершенные автоматические коробки передач, использующие программное обеспечение для реализации сложных схем управления, таких как переключение на пониженную передачу при движении под уклон. Микросхема контроллера, прикрепленная к датчикам скорости, посылает сигналы на полупроводниковые силовые переключатели, которые управляют соленоидами трансмиссии. Это подчеркивает роль силовых полупроводников — устройств, которые переключают питание под цифровым управлением и которые широко используются в автомобиле. Если вы также посчитаете эти устройства «чипами» (как, вероятно, сделала New York Times), количество полупроводниковых устройств в автомобиле значительно возрастет.

Полупроводниковые чипы автомобильного класса и связанные с ними переключатели и устройства, которыми они управляют, более надежны, чем их механические аналоги. Помню, когда я был намного моложе, друг показал мне последовательные указатели поворота в багажнике их Mercury Cougar 1968 года выпуска. Красные указатели поворотов, очевидно, были подключены к маленькому вращающемуся переключателю с электроприводом, который «звучал как стиральная машина». Когда контакты изнашивались или корродировали, все шло вразнос. Переход на полупроводниковые переключатели и простую схему таймера сделали подобные механизмы гораздо более надежными.

В информационно-развлекательных системах автомобилей используется множество микросхем: БРИТА ПЕДЕРСЕН/dpa | использование по всему миру (Фото ... [+] Бритты Педерсен / фотоальянс через Getty Images)

Другой пример: несколько лет назад я арендовал Volkswagen Beetle, и когда я прыгнул в машину и закрыл дверь, окно со стороны водителя немного опустилось, когда дверь собиралась закрыться, а затем снова поднялось. Это выровняло давление внутри салона, и уши не заложились. Такую функциональность было бы очень сложно реализовать чисто механически, но с микрочипом это, вероятно, было бы всего лишь несколькими строками кода. Кузовная электроника автомобиля — электрические стеклоподъемники, дверные замки, зеркала бокового обзора обычно подключаются к микросхеме модуля управления кузовом (BCM). BCM также взаимодействует с другими электронными блоками автомобиля, такими как комбинация приборов и множество датчиков. И, конечно же, информационно-развлекательные системы используют большое количество чипов.