รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมต้องใช้ชิปประมาณ 500 ถึง 600 ชิ้น ส่วนรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเบา รถยนต์ไฮบริดแบบเสียบปลั๊ก และรถยนต์ไฟฟ้าล้วนประมาณ 1,000 คันต้องใช้ชิปอย่างน้อย 2,000 ชิ้น
นั่นหมายความว่าในกระบวนการพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าอัจฉริยะอย่างรวดเร็ว ไม่เพียงแต่ความต้องการชิปประมวลผลขั้นสูงจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเท่านั้น แต่ความต้องการชิปแบบดั้งเดิมก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน นี่คือ MCU นอกจากจำนวนจักรยานที่เพิ่มขึ้นแล้ว ตัวควบคุมโดเมนยังนำมาซึ่งความต้องการใหม่ๆ สำหรับ MCU ที่มีความปลอดภัยสูง ความน่าเชื่อถือสูง และประสิทธิภาพการประมวลผลสูง
MCU หรือหน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อไมโครคอมพิวเตอร์/ไมโครคอนโทรลเลอร์/ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดี่ยว ทำหน้าที่รวม CPU หน่วยความจำ และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ ไว้ในชิปตัวเดียว เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ระดับชิปที่มีฟังก์ชันควบคุม ใช้เพื่อประมวลผลและควบคุมสัญญาณเป็นหลัก ถือเป็นหัวใจสำคัญของระบบควบคุมอัจฉริยะ
ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ อุตสาหกรรม คอมพิวเตอร์และเครือข่าย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน และอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ล้วนมีความเกี่ยวพันอย่างใกล้ชิดกับชีวิตของเรา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์เป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดของอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ และอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์มีสัดส่วนถึง 33% ของตลาดทั่วโลก
โครงสร้าง MCU
MCU ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์กลาง CPU หน่วยความจำ (ROM และ RAM) อินเทอร์เฟซ I/O อินพุตและเอาต์พุต พอร์ตซีเรียล เคาน์เตอร์ ฯลฯ เป็นหลัก
ซีพียู:หน่วยประมวลผลกลาง หรือหน่วยประมวลผลกลาง เป็นส่วนประกอบหลักภายใน MCU ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถดำเนินการตรรกะเลขคณิตข้อมูล การประมวลผลตัวแปรบิต และการส่งข้อมูลได้ ส่วนควบคุมจะประสานงานตามเวลาที่กำหนดตามลำดับ เพื่อวิเคราะห์และดำเนินการตามคำสั่ง
รอม:หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว คือหน่วยความจำโปรแกรมที่ใช้เก็บโปรแกรมที่เขียนโดยผู้ผลิต ข้อมูลจะถูกอ่านโดยไม่ทำลายข้อมูล สาระสำคัญ
แรม:หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (Random Access Memory) คือหน่วยความจำข้อมูลที่แลกเปลี่ยนข้อมูลกับซีพียูโดยตรง และไม่สามารถรักษาข้อมูลไว้ได้แม้ไฟฟ้าดับ โปรแกรมสามารถเขียนและอ่านได้ตลอดเวลาขณะทำงาน โดยทั่วไปมักใช้เป็นสื่อบันทึกข้อมูลชั่วคราวสำหรับระบบปฏิบัติการหรือโปรแกรมอื่นๆ ที่กำลังทำงานอยู่
ความสัมพันธ์ระหว่าง CPU และ MCU:
CPU คือแกนหลักของการควบคุมการทำงาน นอกจาก CPU แล้ว MCU ยังมี ROM หรือ RAM ซึ่งเป็นชิประดับชิป ชิปที่นิยมใช้กันคือ SOC (System On Chip) ซึ่งเรียกว่าชิประดับระบบ ซึ่งสามารถจัดเก็บและรันโค้ดระดับระบบ รัน QNX, Linux และระบบปฏิบัติการอื่นๆ รวมถึงหน่วยประมวลผลหลายตัว (CPU+GPU+DSP+NPU+หน่วยเก็บข้อมูล+หน่วยอินเทอร์เฟซ)
ตัวเลข MCU
ตัวเลขนี้หมายถึงความกว้างของ MCU ในแต่ละข้อมูลที่ประมวลผล ยิ่งจำนวนหลักมากเท่าใด ความสามารถในการประมวลผลข้อมูลของ MCU ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ปัจจุบัน ตัวเลขที่สำคัญที่สุดคือ 8, 16 และ 32 หลัก โดย 32 บิตมีสัดส่วนมากที่สุดและเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ในงานอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ต้นทุนของ MCU แบบ 8 บิตนั้นต่ำและพัฒนาได้ง่าย ปัจจุบัน MCU ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการควบคุมที่ค่อนข้างง่าย เช่น แสงสว่าง น้ำฝน หน้าต่าง เบาะนั่ง และประตู อย่างไรก็ตาม สำหรับงานที่ซับซ้อนกว่า เช่น จอแสดงผลบนแผงหน้าปัด ระบบข้อมูลความบันเทิงในรถยนต์ ระบบควบคุมกำลังไฟฟ้า แชสซี ระบบช่วยเหลือการขับขี่ ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบ 32 บิต และวิวัฒนาการด้านไฟฟ้ายานยนต์ ระบบอัจฉริยะ และเครือข่าย ความต้องการพลังงานในการประมวลผลของ MCU ก็เพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ เช่นกัน
การตรวจสอบรถยนต์ MCU
ก่อนที่ซัพพลายเออร์ MCU จะเข้าสู่ระบบห่วงโซ่อุปทาน OEM โดยทั่วไปจำเป็นต้องทำการรับรองหลักสามประการให้เสร็จสิ้น: ขั้นตอนการออกแบบต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยในการทำงาน ISO 26262 ขั้นตอนการไหลและบรรจุภัณฑ์ต้องปฏิบัติตาม AEC-Q001 ~ 004 และ IATF16949 เช่นเดียวกับขั้นตอนการทดสอบการรับรองต้องปฏิบัติตาม AEC-Q100/Q104
ในจำนวนนี้ ISO 26262 กำหนดระดับความปลอดภัยของ ASIL สี่ระดับจากต่ำไปสูง คือ A, B, C และ D; AEC-Q100 แบ่งออกเป็นระดับความน่าเชื่อถือสี่ระดับจากต่ำไปสูง คือ 3, 2, 1 และ 0 ตามลำดับ คือ 3, 2, 1 และ 0 สาระสำคัญ การรับรองมาตรฐาน AEC-Q100 ซีรีส์โดยทั่วไปใช้เวลา 1-2 ปี ในขณะที่การรับรอง ISO 26262 มีความยากกว่าและวงจรจะยาวนานกว่า
การประยุกต์ใช้ MCU ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าอัจฉริยะ
การประยุกต์ใช้ MCU ในอุตสาหกรรมยานยนต์มีขอบเขตกว้างขวาง ยกตัวอย่างเช่น การประยุกต์ใช้งานหลักๆ ครอบคลุมตั้งแต่อุปกรณ์ตกแต่งตัวถัง ระบบส่งกำลัง แชสซี ระบบความบันเทิงในรถยนต์ ไปจนถึงระบบขับขี่อัจฉริยะ ในยุคของรถยนต์ไฟฟ้าอัจฉริยะ ความต้องการผลิตภัณฑ์ MCU ของผู้คนจะยิ่งเพิ่มมากขึ้น
การใช้ไฟฟ้า:
1. ระบบจัดการแบตเตอรี่ BMS:BMS จำเป็นต้องควบคุมการชาร์จและการคายประจุ อุณหภูมิ และการปรับสมดุลแบตเตอรี่ บอร์ดควบคุมหลักจำเป็นต้องใช้ MCU และคอนโซลสเลฟแต่ละตัวก็จำเป็นต้องใช้ MCU หนึ่งตัวเช่นกัน
2.ตัวควบคุมยานพาหนะ VCU:การจัดการพลังงานยานยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องเพิ่มตัวควบคุมยานพาหนะ และในขณะเดียวกันก็ติดตั้ง MCU ระดับไฮเอนด์ 32 บิต ซึ่งแตกต่างจากแผนของแต่ละโรงงาน
3.ตัวควบคุมเครื่องยนต์/ตัวควบคุมกระปุกเกียร์: การเปลี่ยนอะไหล่, ตัวควบคุมอินเวอร์เตอร์รถยนต์ไฟฟ้า MCU ตัวควบคุมเครื่องยนต์รถยนต์ที่ใช้น้ำมันทางเลือก เนื่องจากความเร็วมอเตอร์สูง จึงต้องลดความเร็วรอบของกระปุกเกียร์ ตัวควบคุมกระปุกเกียร์
ปัญญา:
1. ปัจจุบัน ตลาดรถยนต์ภายในประเทศยังคงอยู่ในระดับการเจาะตลาดความเร็วสูง L2 จากการพิจารณาต้นทุนและประสิทธิภาพโดยรวม ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ (OEM) เลือกใช้ฟังก์ชัน ADAS แทนสถาปัตยกรรมแบบกระจาย เมื่ออัตราการโหลดเพิ่มขึ้น MCU ของการประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
2. เนื่องจากจำนวนฟังก์ชันห้องนักบินเพิ่มมากขึ้น บทบาทของชิปพลังงานใหม่ที่สูงขึ้นจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ และสถานะ MCU ที่สอดคล้องกันก็ลดลง
งานฝีมือ
ตัว MCU เองมีข้อกำหนดด้านพลังการประมวลผลที่มีความสำคัญสูง และไม่มีข้อกำหนดสูงสำหรับกระบวนการขั้นสูง ขณะเดียวกัน ระบบจัดเก็บข้อมูลแบบฝังตัวในตัวก็จำกัดการพัฒนากระบวนการ MCU เช่นกัน ควรใช้กระบวนการ 28 นาโนเมตรกับผลิตภัณฑ์ MCU ข้อกำหนดของกฎระเบียบยานยนต์ส่วนใหญ่คือเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว ผู้ผลิตบางราย โดยเฉพาะ IDM ได้เริ่มเปลี่ยนมาใช้แพลตฟอร์มขนาด 12 นิ้วแล้ว
กระบวนการ 28 นาโนเมตรและ 40 นาโนเมตรในปัจจุบันถือเป็นกระแสหลักของตลาด
วิสาหกิจทั่วไปในประเทศและต่างประเทศ
เมื่อเทียบกับ MCU ระดับการบริโภคและระดับอุตสาหกรรมแล้ว MCU ระดับรถยนต์มีความต้องการที่สูงกว่าในแง่ของสภาพแวดล้อมการทำงาน ความน่าเชื่อถือ และวงจรการจัดหา นอกจากนี้ การเข้าสู่ตลาดยังเป็นเรื่องยาก ดังนั้นโครงสร้างตลาดของ MCU จึงค่อนข้างกระจุกตัวอยู่ โดยในปี 2021 บริษัท MCU ห้าอันดับแรกของโลกมีส่วนแบ่งตลาดอยู่ที่ 82%
ในปัจจุบัน MCU ระดับรถยนต์ของประเทศของฉันยังอยู่ในช่วงแนะนำ และห่วงโซ่อุปทานมีศักยภาพอย่างมากสำหรับการใช้ที่ดินและทางเลือกในประเทศ
เวลาโพสต์: 8 ก.ค. 2566
