Innovations automobiles dans les semi-conducteurs

Par Jeff Barnum, Janay Camp et Cathy Perry Sullivan

L’industrie des semi-conducteurs a obtenu de meilleurs résultats que prévu en 2020 malgré l’impact du COVID-19 sur l’économie mondiale et se prépare à une croissance accélérée en 2021 et au-delà. La pandémie mondiale de coronavirus a considérablement augmenté la demande d’électronique de communication et a alimenté la croissance du cloud computing pour soutenir le travail et l’apprentissage à distance. Les fabricants de semi-conducteurs, dont beaucoup fonctionnent à pleine capacité, continuent de produire des puces critiques qui entrent dans pratiquement tous les appareils électroniques fabriqués, y compris les ordinateurs, les infrastructures de réseau 5G, les smartphones, l’automobile, la télévision, les appareils ménagers, les réseaux de données, les équipements médicaux et bien plus encore. En fait, cette demande explosive dépasse les délais de fabrication et de livraison sur de nombreux marchés. Cette situation sans précédent a mis en lumière le grand nombre de puces semi-conductrices intégrées dans les automobiles et leur importance pour le fonctionnement et la fonctionnalité de base du véhicule. Examinons plus longuement ce sujet automobile dynamique et explorons quelques innovations, tendances et opportunités clés permises par l’industrie des semi-conducteurs.

L’automobile et la consommationrLes automobiles sont une partie essentielle de nos vies en tant que principal mode de transport aujourd’hui. Actuellement, il y a plus de 1,3 milliard de véhicules à moteur sur les routes dans le monde, et ce nombre devrait atteindre 1,8 milliard d’ici 2035. Les voitures particulières représentent environ 74 % de ces statistiques, tandis que les véhicules utilitaires légers et les camions lourds, les autobus, les autocars et les les minibus représentent les 26% restants. Les automobiles nous offrent commodité et fonctionnalité – la capacité unique de voyager de manière autonome, généralement à la demande, où et quand nous le souhaitons. Nous dépendons des performances, de la fiabilité et de la sécurité du véhicule pour mener à bien nos modes de vie professionnels et personnels, chaque jour, chaque semaine, et nous attendons des années de performances constantes et fiables du cycle de vie du produit. Il n’est pas surprenant que la fiabilité et la sécurité soient des facteurs de décision critiques pour le consommateur lors de l’achat d’un véhicule et sont également des préoccupations majeures des constructeurs automobiles pour protéger leurs clients.

Lorsqu’il est temps d’acheter ou de louer une nouvelle automobile, de nombreuses personnes se tournent vers Internet pour rechercher une pléthore de spécifications, y compris la marque, le modèle, le style, la transmission, les caractéristiques, la fonctionnalité, la qualité du véhicule, la fiabilité, les classements, les prix, les incitations, les performances et Commentaires. Des enquêtes sur le comportement des consommateurs à l’égard de l’achat d’une voiture révèlent notre caractère pratique : l’apparence, la sécurité, l’économie de carburant et la qualité de fabrication font toutes partie de la liste des dix principales raisons d’acheter une voiture. Et pourtant, l’une des principales raisons de prendre une décision d’achat de voiture reste la fiabilité et la capacité du véhicule à maintenir la sécurité de ses passagers, des autres personnes et de son environnement pendant son utilisation. Examinons brièvement et de haut niveau l’industrie automobile, comment elle s’est transformée au fil des ans et certaines des projections que les experts ont faites. Ensuite, nous aborderons les innovations et les inflexions clés qui déterminent la valeur critique du contenu des dispositifs à semi-conducteurs dans les automobiles. Et enfin, nous connecterons le rôle de KLA dans le contrôle des processus des semi-conducteurs pour soutenir cette industrie en évolution.

Innovations automobilesAu fil des ans, il y a eu un nombre énorme d’innovations dans l’industrie automobile,5,6 dont : le modèle Ford T (1908), les radios (1933), les clés (1949), la climatisation (1953), les ceintures de sécurité (1958) , vitres électriques (années 1960), freins antiblocage (1971), affichages numériques du tableau de bord (1974), coussins gonflables (1974), diagnostic embarqué (1994), véhicules hybrides (1997), navigation par satellite GPS (2000), conducteur avancé les systèmes d’assistance (ADAS ; 2010s) et la conduite autonome (maintenant et en amélioration). Le marché automobile en évolution d’aujourd’hui est motivé par plusieurs domaines clés, notamment la connectivité, l’électrification et la conduite autonome.7,8 Les gens sont attirés et désireux d’avoir ces caractéristiques et fonctionnalités, alors examinons de plus près cette tendance.

ConnectivitéLes services mobiles mains libres et la navigation embarquée sont aujourd’hui standard dans la plupart des véhicules. Les améliorations se poursuivent dans les domaines de la télématique, de la navigation GPS, de l’accès à distance, des services d’urgence, de la notification de collision, de l’assistance vocale, des applications mobiles intégrées, des affichages contextuels, de la cartographie 3D et plus encore. La connectivité de véhicule à véhicule prise en charge par la 5G augmentera. Gartner, une société mondiale de recherche technologique, a estimé que d’ici la fin de 2020, il y aura 50 milliards d’appareils IoT installés dans le monde, dont beaucoup dans nos voitures. La connectivité influence fortement les décisions d’achat de véhicules et peut avoir un impact encore plus important à l’avenir.

ÉlectrificationLes ventes annuelles combinées de véhicules électriques à batterie et de véhicules électriques hybrides rechargeables ont franchi pour la première fois la barre des deux millions de véhicules en 2019 et représentent 2,5 % de toutes les ventes de voitures neuves. Malgré l’impact de la pandémie mondiale, le marché des véhicules électriques devrait rebondir avec une croissance continue. Les prévisions mondiales de Deloitte en matière de véhicules électriques sont un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 29 % atteint au cours des dix prochaines années : les ventes totales de véhicules électriques passeront de 2,5 millions en 2020 à 11,2 millions en 2025, puis pour atteindre 31,1 millions en 2030.

Conduite autonomeIl y a cinq niveaux dans l’évolution de la conduite autonome. Au cours des dernières années, nous avons constaté une adoption accrue de l’ADAS de niveau 1, notamment une détection de distance lidar améliorée, des commandes de sortie de voie, une détection des angles morts, un régulateur de vitesse adaptatif et des capteurs de caméra améliorés. Les constructeurs automobiles produisent actuellement des véhicules de niveau 2 et de nombreux constructeurs démontrent (certaines) fonctionnalités de niveau 3. Le niveau 5 ultime ne nécessitera aucun conducteur, une vision que beaucoup sont ravis d’embrasser, une fois que tous les les technologies et infrastructures intradépendantes sont établies, testées et éprouvées. Imaginez être conduit à votre destination, tout en travaillant sur votre PC, en organisant une vidéoconférence, en dégustant un repas ou en regardant une émission de télévision ou un film. Est-ce que ça va être cool ?

Les innovations en matière de connectivité automobile, d’électrification et de conduite autonome sont largement obtenues grâce à l’intégration de davantage d’électronique, alimentée par une teneur en silicium importante et croissante. En fait, au cœur des véhicules d’aujourd’hui se trouvent des milliers de puces semi-conductrices qui servent d’yeux, d’oreilles et de cerveau au véhicule – détectant l’environnement, prenant des décisions et contrôlant les actions. Les automobiles modernes peuvent avoir au moins 8 000 puces semi-conductrices et plus de 100 unités de commande électroniques, qui représentent actuellement plus de 35 % du coût total du véhicule – un nombre qui devrait passer à 50 % d’ici 2030. Gartner rapporte que le secteur de l’électronique automobile va connaître le plus grand taux de croissance des composés semi-conducteurs au cours des quatre prochaines années, jusqu’en 2024, à 9,3 %.

Il y a un fait simple à propos de ces milliers de puces trouvées dans une voiture : elles ne peuvent tout simplement pas tomber en panne. Pourtant, plus de la moitié des défaillances de semi-conducteurs sur la chaîne de montage automobile aujourd’hui (défaillances dites de 0 km) sont attribuées à la défectuosité provenant du processus de fabrication des semi-conducteurs. Et certainement, toute puce qui tombe en panne sur le terrain peut entraîner des rappels coûteux et des réparations sous garantie, endommager l’image de la marque du constructeur automobile et, dans le pire des cas, entraîner des blessures corporelles ou même des pertes de vie. SEMI défend activement les normes de traçabilité tout au long de la chaîne d’approvisionnement automobile. Doug Suerich, évangéliste des produits chez PEER Group et participant actif au comité de traçabilité des normes SEMI, a déclaré : « Il s’agit d’un problème de sécurité. Nous devons pouvoir collecter des données tout au long de la chaîne d’approvisionnement, afin de pouvoir retracer la source d’un problème de fiabilité, analyser les données et prendre des mesures correctives concernant les applications pour lesquelles la sécurité est essentielle. Les appareils automobiles, médicaux et aérospatiaux doivent continuer à fonctionner pendant cinq, dix ans, voire plus. Pour l’industrie des semi-conducteurs, cela signifie redéfinir le rendement.

Cela nous amène à KLA, les leaders du contrôle des processus et de la gestion du rendement, et à notre rôle essentiel dans cette industrie. En 2019, KLA a été la première entreprise d’équipement de semi-conducteurs à être acceptée en tant que membre associé de l’Automotive Electronic Council (AEC), l’organisation qui définit les normes de qualification pour les composants électroniques dans l’industrie automobile. Nous sommes ravis d’établir un deuxième siège social nord-américain à Ann Arbor, dans le Michigan, où nous avons étendu nos programmes de R&D en mettant l’accent sur l’IA, à proximité du cœur de l’industrie automobile américaine.

La forte demande actuelle de semi-conducteurs, due en grande partie à la communication et à l’électronique grand public – qui serait normalement considérée comme un « bon problème » – a causé des problèmes de chaîne d’approvisionnement affectant la production automobile, les ordinateurs personnels, les appareils ménagers, etc. De nombreuses usines fonctionnent à 100 % de leur capacité et ne peuvent pas simplement ajouter de nouveaux démarrages de plaquettes ; les nouvelles usines et les extensions prévues ne peuvent pas résoudre le problème à court terme. Une opportunité de fournir des puces plus fonctionnelles (et fiables) aux constructeurs automobiles est d’améliorer la fabrication de plaquettes et le rendement des tests finaux là où ces puces indispensables sont fabriquées.

Aujourd’hui, les solutions d’inspection, de métrologie, d’analyse de données et de criblage de matrices innovantes de KLA aident les fabricants de circuits intégrés automobiles à améliorer les méthodologies de contrôle des processus et à améliorer le rendement. Nous aidons les fabricants de puces à mettre en œuvre des stratégies zéro défaut visant à optimiser la fiabilité de l’électronique automobile en trouvant et en isolant les défauts de fiabilité latents en ligne, aidant ainsi à empêcher les puces à haut potentiel de défaillance de quitter l’usine. Notre travail en collaboration avec plusieurs fabricants de semi-conducteurs et constructeurs automobiles OEM a mis en place des stratégies de contrôle et de criblage de processus uniques qui améliorent la qualité des puces, le rendement de sortie fabuleux, la fiabilité et des coûts globaux inférieurs.

Attachez-vous pour ce voyage automobile passionnant, dynamique et en pleine croissance.