در پس زمینه این خبر، تولیدکنندگان بزرگ خودرو در تکاپو برای تأمین سهم چیپ‌های نیمه هادی مورد نیازشان بودند اما بر طبق نتایج منتشر شده توسط موسسه تحقیقات بازار IHS Markit واقع در انگلستان، علی­رغم تمام تلاش‌های انجام شده فقط در فصل نخست سال ۲۰۲۱ میلادی حدود ۶۷۰٫۰۰۰ خودرو در سراسر جهان در مرحله تولید دچار مشکل جدی شدند.

پرسشی که ایجاد می‌شود این است: “چرا نیمه هادی‌ها تا این اندازه در تولید خودرو مهم هستند و نقش آن‌ها در پشتیبانی خودرو چیست؟” در این قسمت از  Mobility Inside به این پرسش‌ها پاسخ می‌دهیم.

نیمه هادی‌های استفاده شده در خودروها قابلیت‌های محاسباتی آن خودرو را تعیین می‌کنند. به زبان ساده‌تر، آن‌ها به عنوان مغز خودرو عمل می‌کنند و به خودرو و تمام قطعات الکترونیکی آن مانند سیستم سرگرمی داخل خودرو (IVI)، کاکپیت دیجیتال (digital cockpit) و بسیاری قطعات دیگر برق‌رسانی می‌کنند.

در قرن ۲۱، نوآوری خودرو بیشتر بر دقت تکنولوژی موتور، گیربکس اتوماتیک (cutting-edge gearboxes) و سیستم‌های برقی تمرکز داشت و به این صورت تولیدکنندگان جهانی خودرو با به کارگیری این فن‌آوری‌ها پیشگامی در انقلاب صنعتی را در دست گرفتند.

اما خودروهای گذشته در مقایسه با خودروهای امروزی- که به کامپیوترهایی تبدیل شده‌اند که با استفاده از فن‌آوری اطلاعات با سایر خودروها ارتباط برقرار کرده و انواع سرگرمی‌ها را در نمایشگرهایشان فراهم می‌کنند- رنگ باختند. به عبارت دیگر نرم افزار کنترل کننده سخت­افزارهای خودرو به بخش اصلی خودروهای مدرن بدل شد و این نرم افزار تنها با استفاده از ظرفیت محاسباتی یک نیمه هادی پیشرفته نسل جدید، قابل ارتقاء است.  

وقتی از کسی می‌خواهیم که تصورش را از خودروهای آینده توصیف کند احتمالاً اکثر افراد نوعی خودروی برقی را توصیف می‌کنند. اگرچه پیش‌بینی شکل ظاهری خودروهایی که در دهه‌های پیش‌ رو تولید خواهند شد غیر ممکن است اما به جرأت می‌توان گفت آن‌ها نیز با نیمه‌‍‌‌هادی‎‌ها کار می‌کنند. در آینده نزدیک، تعریف خودرو از “وسیله‌ای برای حمل و نقل” فراتر رفته و مفهوم آن وسیله‌ای برای سرگرمی و یا حتی خانه‌ای متحرک که شما را سریعاً از نقطه A به نقطه B می‌برد بدون این که به کره ‌زمین آسیبی برساند را نیز در بر می‌گیرد.

 در خصوص خودروهای بدون راننده، هوش مصنوعی داخلی از سیستمی شامل مجموعه‌ای از دوربین‌ها و حسگرهای نصب شده در طرفین برای تحلیل ترافیک، فاصله و غیره استفاده می‌کند و در نتیجه می‌تواند بدون این که با سایر خودروها یا اشیاء برخورد کند خود را به مقصد برساند. بدون نیمه‌هادی‌ها این امر غیر ممکن بود چرا که نیمه‌هادی‌ها به هوش مصنوعی اجازه می‌دهند که همه محاسبات و تحلیل‌های لازم را برای رانندگی کاملاً مستقل و خودکار انجام دهد. 

خودروهای خودران می‌توانند اطلاعات دقیق محیط اطرافشان شامل انسان‌ها، اشیاء، راه‌ها و ساختمان‌ها را تشخیص داده و بلافاصله پردازش کرده و با سایر خودروها و سیستم‌ها نیز به اشتراک بگذارند. با وجود خودروهای خودران و راه‌هایی که شرایط آن‌ها همواره تغییر می‌کند، ما در خودروها به نیمه‌هادی‌های قدرتمندی نیار داریم که حجم عظیمی از اطلاعات همواره در حال تغییر را پردازش کنند. این تراشه‌های نوآورانه برای ایجاد پایداری همراه با تجربه منحصر به فرد رانندگی خودران از حسگر تصویری استفاده می‌کنند.

خودروهای دوستدار محیط زیست که هدفشان حذف دود حاصل از بنزین و گازوئیل است نیز به همان اندازه به سیستم‌های الکترونیکی وابسته هستند چرا که این خودروها نیز دارای سیستم الکترونیکی داخلی هستند و بدون نیمه‌هادی‌ها که کل cockpit را کنترل می‌کنند، کار نمی‌کنند .

در ادامه به ویژگی‌های منحصر­به­فرد نیمه‌هادی‌ها می­پردازیم.

۱) طراحی پیچیده

نیمه‌هادی‌ها در دو نوع عرضه می‌شوند: نیمه‌هادی‌های حافظه‌ای و نیمه‌هادی‌های غیر حافظه‌ای. نیمه‌هادی‌های حافظه‌ای برای هر نوع محصول به صورت انبوه تولید می‌شوند و به عنوان حافظه مورد استفاده قرار می‌گیرند در حالی‌که نیمه‌هادی‌های غیر حافظه‌ای که نیمه‌هادی‌های خودرو نیز در این دسته قرار دارند به صورت مجموعه‌هایی کوچک برای انواع مختلفی از محصولات تولید می‌شوند و برای آنالیز و پردازش اطلاعات و افزودن مقادیر اضافه مورد استفاده قرار می‌گیرند. نیمه‌هادی‌های غیر حافظه‌ای ۶۰ درصد کل بازار نیمه‌هادی را به خود اختصاص می‌دهند و نیازمند تکنولوژی پیشرفته طراحی هستند و به همین دلیل گران‌تر هستند. 

۲) قابلیت‌های متنوع

نیمه‌هادی‌های غیر حافظه‌ای نه تنها در خودروها بلکه در طیف وسیعی از وسایل روزمره مانند لوازم خانگی، تلفن‌های همراه هوشمند ۵G، کنسول‌های بازی و کارت‌های گرافیک استفاده می‌شوند. تقاضا برای این وسایل و خودروها به لطف رونق بازار غیرحضوری بر اثر پاندمی جهانی، رشد فزاینده‌ای داشته است اما همین امر چالش بی سابقه‌ای را برای تولیدکنندگان نیمه‌هادی در بازار جهت همگامی و پاسخ به هجوم گسترده تقاضای خرید، ایجاد کرده است. 

۳) دشواری تولیدات فرمایشی

معمولاً ساخت و ارسال نیمه‌هادی خودرو یا همان نیمه‌هادی غیر حافظه‌ای حدود ۶ ماه زمان می‌برد، چرا که ساخت این قطعات به تکنولوژی پیچیده‌ای نیاز دارد و زمان چشمگیری نیز برای هر یک از مراحل کنترل کیفیت از طریق بازرسی و تضمین کیفیت، سرمایه‌گذاری تسهیلات و ظرفیت طراحی صرف می‌شود.

به همین دلیل، تولیدکنندگان خودرو برای تضمین تولید پایدار نیمه‌هادی‌ها به صورت بی‌وقفه و خستگی‌ناپذیر کار می‌کنند. آن‌ها قراردادها و روابطشان را با تولیدکنندگان گسترش می‌دهند، و با استارت‌آپ‌ها در زمینه تکنولوژی خودروهای خودران، شرکت‌های جهانی با سیستم‎‌های نیمه‌هادی‌ قابل اعتماد و شرکت‌های پیشرو در حمل و نقل ادغام شده یا همکاری می‌کنند. از این گذشته، شرکت‌ها بیش از پیش در بخش تحقیق و طراحی سرمایه‌گذاری می‌کنند تا بتوانند تکنولوژی‌های نیمه‌هادی ایمن خود را ثبت کرده و از یک مزیت رقابتی برخوردار شوند. 

ال‎‌جی همواره در تلاش است که آینده حمل‌و‌نقل را به درب منزل شما بیاورد، پس منتظر تکنولوژی‌های حمل‌ونقل و نرم افزاری ال‌جی باشید!