Automobilhalbleiter

Author Rick Wang | 2. August 2021 | Alle, Automobil

Fahrzeuge werden intelligenter, sauberer und vernetzter Halbleiter sind die entscheidende Technologie hinter der nächsten Entwicklung der Automobilindustrie.

Im Jahr 2016 wurde GM-Präsident Dan Ammann berühmt gesagt„Wir sehen in den nächsten fünf Jahren mehr Veränderungen als in den letzten 50.“ Und fünf Jahre später scheint das Zitat tatsächlich wahr zu sein.

Traditionell haben OEMs Wert durch Motorleistung, Materialqualität und Fahrkomfort geschaffen. Doch heute erfinden sich die meisten neu, indem sie autonome Fahrfunktionen, Elektrifizierung, Erlebnisse im Fahrzeug und intelligente Konnektivität entwickeln. Die meisten Innovationen im Automobilbereich sind heute elektronischer und nicht mechanischer Natur – und die Spielregeln haben sich für immer geändert.

ACES und Halbleiter

Autohersteller Daimler hat im Rahmen seiner Unternehmensstrategie das Akronym ACES geprägt, das für Autonomous, Connected, Electric und Shared steht (Abbildung 1). A, C und E stehen für technische Herausforderungen, während sich S auf veränderte Wertschöpfungsketten und Einnahmequellen bezieht. ACES ist mittlerweile ein gebräuchlicher Begriff und definiert die vier Megatrends, die den Übergang zur neuen Mobilität vorantreiben. Entsprechend McKinseyhaben Investoren zwischen 2010 und 2020 fast $330 Milliarden in mehr als 2.000 ACES-fokussierte Unternehmen gesteckt.

Autonome Fahrzeuge: Die Zukunft des autonomen Fahrens

Die Society of Automotive Engineers (SAE) definiert sechs Stufen der Fahrautomatisierung, die von Stufe 0 (vollständig manuell) bis Stufe 5 (vollständig autonom) reichen (Abbildung 2). Heutige Autos liegen zwischen Level 0 und 2, aber eine wachsende Zahl von OEMs, Tier-1-Unternehmen, Softwareunternehmen und Giganten der Halbleiterindustrie arbeiten zusammen, um die Technologie des autonomen Fahrens zu verbessern.

Advanced Driver Assistant Systems (ADAS) sind der Schlüssel zum autonomen Fahren auf höherer Ebene, bei dem fortschrittliche Sensoren über die folgenden drei Schritte mit Hochleistungscomputern kombiniert werden:

Dateneingabe: Ultraschallsensoren, Kameras, Radargeräte, LIDAR, Infrarotsensoren und HD-Karten liefern Umgebungsinformationen.

Sensorfusion + Entscheidungsfindung: SoC-Geräte mit komplexen Algorithmen und maschinellen Lernsystemen nutzen Daten verschiedener Sensoren, um Entscheidungen zu treffen.

Fahrzeugsteuerung: Das automatisierte System sendet Anweisungen an die Aktoren des Fahrzeugs, die Funktionen wie Beschleunigung, Bremsen und Lenken steuern.

Die ADAS-Entwicklung erfordert zunehmend Halbleiter-Know-how in den Bereichen Hochgeschwindigkeitsprozessoren, Speicher, NAND-Flash-Speicherlösungen, KI und maschinelles Lernen. Gartner und DeloitteSchätzungen zufolge wird der ADAS-Halbleitermarkt im Jahr 2022 ein Volumen von $11 Milliarden erreichen, mit einem CAGR (2017-2022) von 23,6%.

Vernetzte Autos und der Beginn von V2X

Früher kannten wir die Automobilkonnektivität als „Telematik“, was die Begriffe Telekommunikation und Informatik vereint. Diese Systeme stellten den zentralen Knotenpunkt für den Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und ihrer Umgebung dar, doch die Konnektivität umfasst mittlerweile viele weitere Anwendungen:

OTA (Over the Air)
eCall
Elektronische Maut
Fahrzeugverfolgung
Flottenmanagement
Navigationsunterstützung
Ferndiagnose

Eine Telematics Control Unit (TCU) vereint diese Anwendungen, unterstützt durch Funktionen wie LTE, 5G, Wi-Fi, Bluetooth, e-SIM und GPS. Zur Verbesserung der Konnektivität werden Halbleitertechnologien eingesetzt, darunter SoC, DRAM, NAND-Speicher, HF- und Basisbandchips, NAD (Network Access Devices) und intelligente Antennen.

Viele der heutigen Funktionen sind relativ einfach – wie Software-OTA, Flottenmanagement und eCall-Systeme – und Deloitte schätzt, dass bis 2023 über 90% Neufahrzeuge über mindestens ein Konnektivitätssystem auf Basisebene verfügen werden. Das Ziel der Konnektivität ist V2X; ein Konzept, das Fahrzeug-zu-Infrastruktur, Fahrzeug-zu-Fußgänger, Fahrzeug-zu-Fahrzeug und Fahrzeug-zu-Cloud kombiniert – und Halbleiter spielen bei seiner Entwicklung eine entscheidende Rolle.

Elektrofahrzeuge (EVs): Die nächste Entwicklung der Automobilindustrie

In vielen Teilen der Welt ist die Politik die treibende Kraft hinter Elektrofahrzeugen. Die EU, China, die USA, Japan und Südkorea setzen allesamt Gesetze zur Subventionierung von New Energy Vehicles (NEVs) um, um Treibhausgase zu reduzieren, die Luftqualität zu verbessern und sich an verbindliche Klimaabkommen anzupassen.

Diese Richtlinien haben direkte Auswirkungen TrendForceberichtet, dass sich die weltweiten NEV-Verkäufe im Jahr 2020 auf 2,9 Millionen beliefen, mit einem jährlichen Wachstum von 431 TP3T. Im Jahr 2021 rechnet das Unternehmen damit, dass der Verkauf von NEVs rund 3,9 Millionen von 80 Millionen weltweiten Lieferungen erreichen wird.

Diese rasante Elektrifizierung hat erhebliche Auswirkungen auf das Automobildesign, insbesondere auf die Architektur. Im Vergleich zu ICEVs (Internal Combustion Engine Vehicles) verfügen Elektrofahrzeuge über viele neue Module:

Traktionsmotor
Bordladegerät
Batterieüberwachungssystem
DC / DC-Wandler
Soundgenerator

Geräte wie Gate-Treiber-ICs, IGBTs, MOSFETs, Bipolartransistoren und Gleichrichter sind für die Entwicklung von Leistungssteuerungen, Schalt-, Regelungs- und Schutzfunktionen von entscheidender Bedeutung. Die Nachfrage nach elektrischen Antriebsstrangsystemen treibt auch die Nachfrage nach Halbleitern mit großer Bandlücke wie SiC und GaN voran, die höhere Schaltfrequenzen und eine überlegene thermische Leistung aufweisen. Yole Développement geht davon aus, dass der Marktwert für EV-Halbleiter, die elektronische Geräte antreiben, im Jahr 2026 $5,6 Milliarden erreichen wird, mit einem CAGR (2020-2026) von 25,7%.

Geteilte Mobilität

Shared Mobility ist eine Untergruppe der Sharing Economy und fungiert als Mechanismus, der Ressourcen unter den Nutzern teilt, um eine hybride Mobilitätsart zwischen privaten und öffentlichen Verkehrsmitteln zu schaffen. Zu den gängigen Shared-Mobility-Lösungen gehören:

Automobilbasiert
Autofahrten auf Anfrage
Carsharing und Ridesharing
Mikrotransit
Mikromobilität
Fahrrad teilen
Scootersharing
Fahrgemeinschaften

Gemeinsame Mobilität befasst sich mit Herausforderungen wie Fahrzeugbesitzkosten, Verkehrsstaus, Parkschwierigkeiten und Umweltbedenken und treibt neue Innovationen in sozialen Netzwerken, Smartphone-Apps, standortbasierten Diensten und Internettechnologien voran.

Halbleiterindustrie: Die Automobil-Game-Changer

Chiplieferanten profitieren von diesem Nachfrageboom nach Automobiltechnologien. IHS Markit prognostiziert, dass der weltweite Umsatz mit Automobilhalbleitern von $38 Milliarden im Jahr 2020 auf $67,6 Milliarden im Jahr 2026 steigen wird.

Traditionell verkaufen Halbleiterlieferanten an Tier-1, die dann die Technologien in Module integrieren und sie zur Montage an Automobilhersteller (OEMs) liefern. Heutzutage festigen Automobilzulieferer von Halbleitern durch die Entwicklung von autonomem Fahren, digitalen Cockpits, Spracherkennung und elektrischen Antriebssträngen viel wichtigere Rollen in der Lieferkette. Auch das Kooperationsmodell verändert sich (Abbildung 6), wie die folgenden jüngsten Partnerschaften zeigen:

Volvos Zusammenarbeit mit NVIDIA zur Verwendung der NVIDIA DRIVE Orin™ SoC-Technologie zur Stromversorgung des autonomen Fahrcomputers in seinen Fahrzeugen der nächsten Generation.

Audis Partnerschaft mit SamsungsExynos Auto V9 entwickelt sein fortschrittlichstes IVI-System seit 2019.

NIOs Zusammenarbeit mit Qualcomm zur Entwicklung digitaler Cockpits und 5G-Plattformen der nächsten Generation.

Natürlich ist das reale Ökosystem weitaus komplizierter als in Abbildung 6 dargestellt.

Neue Akteure entstehen und die Rollen bestehender Akteure verändern sich, angetrieben durch strategische Partnerschaften wie M&As und JVs. Als NAND-Flash-Speicher- und Technologiedienstleistungsunternehmen halten wir es für eine großartige Idee, die Positionierung des Unternehmens zu untersuchen und alle neuen Möglichkeiten in dieser sich schnell verändernden Automobilindustrie zu maximieren.