L'importanza dei semiconduttori nelle auto sempre più basate sul software
I semiconduttori sono già fondamentali nelle auto di oggi, ma diventeranno sempre più importanti nella mobilità del prossimo futuro, sia per la guida autonoma che per l'infotainment immersivo.
I semiconduttori sono stati protagonisti delle cronache negli ultimi anni a causa della loro scarsa disponibilità nelle catene di fornitura. Un problema che ha riguardato non solo l'automotive, ma anche molti altri settori.
Ma, andando oltre le problematiche di approvvigionamento, come mai i chip sono così importanti, anche per le auto? Prima di tutto, l'elettrificazione e la digitalizzazione stanno rendendo sempre più rilevanti i software all'interno dei veicoli; tutti questi software funzionano su diverse centraline sparse per il veicolo - e ognuna di queste è dotata almeno di un chip.
Cosa è un chip
Per elaborare i calcoli, i computer utilizzano i circuiti integrati, che sono versioni ridotte dei circuiti elettronici. Questi instradano tutte le informazioni e le attività attraverso l'unità di elaborazione centrale (CPU), la memoria e altri elementi costitutivi. I circuiti integrati sono realizzati in silicio, un elemento che può fungere sia da conduttore sia da isolante per la corrente elettrica, da cui il nome semiconduttore. Questo lo rende la parte più preziosa del computer, poiché i semiconduttori possono agire come transistor, accendendo e spegnendo la corrente proprio come un interruttore elettrico.
"Circuito integrato" (IC), "SoC" (System on a Chip) e "microchip" sono sinonimi e descrivono un'unità di elaborazione per lo più basata su silicio che oggi fa funzionare tutti i nostri dispositivi elettronici. I microchip vengono fabbricati a gruppi di centinaia sui cosiddetti wafer, dischi di silicio molto simili a un CD ma che hanno le dimensioni di un LP. Ognuno di questi microchip può contenere miliardi di singoli transistor.

Un chip per ogni cosa
Le auto utilizzano i chip per le loro funzioni, come qualsiasi altro dispositivo elettronico, e una singola automobile può avere anche un migliaio di questi chip, distribuiti in tutte le aree. Dal sensore che rileva un incidente e attiva l'airbag, ai sensori dell'ESC (Electronic Stability Control) che riducono il rischio di slittamento, passando per gli specchietti elettrici, la chiusura centralizzata o il bagagliaio elettrico: tutti questi sistemi sono gestiti elettronicamente grazie ai semiconduttori.
L'invenzione dei chip risale alla metà del XX secolo, quando Jack Kilby realizzò il primo circuito integrato che rivoluzionò l'industria elettronica e gli valse il premio Nobel per la fisica. Oltre mezzo secolo dopo, i chip più sofisticati si trovano anche negli smartphone e siamo tutti abituati al fatto che le loro prestazioni siano sempre in aumento.
I chip per le auto
I semiconduttori per il mercato automotive, tuttavia, hanno delle caratteristiche particolari: la prima è la loro straordinaria durata. I microchip che si trovano nelle auto sono diversi da quelli dei dispositivi dell'elettronica di consumo, sia in termini di qualità che di requisiti operativi. Visto che vengono utilizzati in situazioni critiche per la sicurezza, hanno specifiche molto più rigorose. Inoltre devono funzionare per almeno 15 anni e avere un tasso di difettosità tendente allo zero, comunque molto inferiore a quello dei chip che si trovano negli smartphone e nei computer portatili.
Bisogna anche considerare che i semiconduttori sono componenti fragili e sensibili e che nelle applicazioni automobilistiche devono resistere a condizioni ambientali estreme, come quelle causate dall'umidità e dalle vibrazioni. Questo è un aspetto fondamentale, perché le auto sono progettate anche per affrontare strade sconnesse o addirittura il fuoristrada.
Condizioni estreme
I microchip per i dispositivi portatili non hanno bisogno di questo livello di robustezza, mentre quelli delle auto devono funzionare perfettamente a temperature sia molto basse che molto alte, in alcuni casi tra -40 °C e +150 °C. Nella Death Valley, per esempio, capita spesso che il caldo estremo provochi il surriscaldamento di un semiconduttore dello smartphone, che si spegne automaticamente. Questo non può succedere in un'auto, che invece deve gestire il calore per mantenere sicure le funzioni di guida.
Per questo i semiconduttori automobilistici sono sottoposti a un rigoroso processo di produzione e collaudo; lo svantaggio è che i chip più all'avanguardia non sono adatti a questo tipo di condizioni.
Chip all'avanguardia
È per questo che nell'automotive raramente si usano chip ad alte prestazioni; ma i team di CARIAD dedicati allo sviluppo di chip e hardware stanno lavorando intensamente, con partner come STMicroelectronics e Qualcomm; lo scopo è quello di garantire la robustezza necessaria alle applicazioni auto anche ai circuiti integrati più all'avanguardia, in modo che possano essere usati nei veicoli di serie.
Il potenziale è grande, perché permetterà di definire architetture elettroniche più snelle all'interno delle auto, per le quali basterà un solo computer ad alte prestazioni. Inoltre, i semiconduttori più avanzati saranno alla base delle funzioni di guida autonoma e di un'esperienza digitale immersiva all'interno dei veicoli. In altre parole, più sono potenti i chip, più i software possono essere ambiziosi.
Fonte: CARIAD
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