La electrificación y la automatización de los automóviles avanzan rápidamente.de acuerdo a informe Según Bloomberg NEF, las ventas de vehículos eléctricos de pasajeros ahora superan el billón de dólares. El informe de 2021 de McKinsey predice que el mercado de semiconductores para automóviles crecerá de aproximadamente $ 47 mil millones en 2021 a $ 147 mil millones en 2030, con un ingreso total de semiconductores que alcanzará $ 1 billón. Bajo este escenario, la electrónica automotriz representaría casi el 20 % de todos los ingresos por semiconductores, superando a la industria con una tasa de crecimiento anual compuesto de 13 % a 15 % (Figura 1). Esto crea grandes oportunidades para los fabricantes de semiconductores para automóviles.
Figura 1: Crecimiento de semiconductores automotrices en el mercado de $1 billón (Fuente: NXP Semiconductors, parte de la presentación en SEMI ISS 2023)
La automatización y la electrificación han aumentado significativamente la cantidad de chips por vehículo. Según McKinsey, este volumen aumentará de 600 en 2021 a aproximadamente 1220 en 2030, como se muestra en la Figura 2.
El mercado de la automoción es un entorno muy duro. En los sistemas electrónicos automotrices para motores de combustión interna, los chips deben poder soportar temperaturas extremas, frías y calientes. Dependiendo de las condiciones, también existen desafíos ambientales como la humedad y la suciedad. El entorno del chip EV es solo ligeramente diferente. El calor y la humedad también afectan el rendimiento del chip y también hay problemas de vida útil. Según Consumer Reports, la vida útil promedio de un automóvil es de 8 años, o alrededor de 150,000 millas. Esto significa que el sistema eléctrico debe ser lo suficientemente robusto para durar entre 10 y 12 años, o al menos la vida útil de la batería en el caso de los vehículos eléctricos, pero eso aún no se ha determinado por completo.
Figura 2: El contenido de semiconductores por vehículo aumenta significativamente con el tiempo. Los mayores cambios son DCU (ADAS) y electrónica de potencia. (Fuente: McKinsey Future Mobility Center)
La electrificación aumentará la cantidad de unidades de control de dominio (DCU), unidades de control electrónico (ECU) y sensores en el vehículo. Estos sistemas son el cerebro operativo de los sistemas en el EV. Cada uno de estos sistemas requiere soporte de memoria no volátil (NVM) para grabar, almacenar y cargar datos de sensores y sistemas operativos, así como para descargar conjuntos de instrucciones y nueva programación inalámbrica (OTA).
Yole Group estima una oportunidad de $ 1.62 mil millones para 2027 para NVM, memoria estática de acceso aleatorio (SRAM), RAM ferroeléctrica (FRAM) y flash NOR. Aunque estas memorias funcionan bien, tienen inconvenientes potenciales para el mercado automotriz. NVM es un punto potencial de falla si no es lo suficientemente robusto. Sin embargo, la RAM magnetorresistiva (MRAM) está emergiendo como una NVM robusta que puede reemplazar fácilmente a FRAM y NOR Flash en el mercado automotriz.
La informatización en el mercado automotriz requiere NVM o memoria persistente con rendimiento, resistencia, retención, memoria unificada y bajo consumo de energía. Todas estas características hacen que MRAM sea un reemplazo fácil para NOR flash y FRAM en aplicaciones automotrices. Analicemos estas características una por una para explorar las ventajas de MRAM en el campo automotriz.
Tabla de contenido
almacenamiento y retención
El almacenamiento y la retención de datos juegan un papel importante en los sistemas eléctricos de vehículos eléctricos. Con el aumento masivo de DCU, ECU y sensores en los automóviles, la capacidad de registrar y almacenar datos a corto y largo plazo se ha vuelto fundamental. En los sistemas alimentados por batería, también es importante conservar la información durante largos períodos de tiempo para que los puntos de datos importantes y la información de programación no se pierdan si se interrumpe la alimentación o se agota la batería. MRAM tiene la ventaja de almacenar datos en un estado magnético en lugar de un estado eléctrico. Esto garantiza que sus datos se almacenen con precisión durante al menos 10 años y, en algunos casos, 20 años. Es poco probable que los vehículos eléctricos pierdan potencia durante largos períodos de tiempo, pero esto demuestra la solidez de la tecnología MRAM.
Los beneficios de la memoria almacenada para automóviles se demuestran para los controles en la cabina que incluyen cosas simples como los ajustes de los asientos, las posiciones de los espejos, las preferencias de manejo, los controles de entretenimiento y las preferencias del entorno en la cabina.
Desde la perspectiva de las operaciones del sistema, la recopilación y el almacenamiento de datos son cada vez más importantes. Se recopilan miles de puntos de datos durante el funcionamiento del vehículo eléctrico. El sistema de control supervisa continuamente el comportamiento y, en última instancia, guarda los datos que se cargan en un servidor para mejorar el comportamiento del vehículo. MRAM puede leer y almacenar estos datos rápidamente debido a sus características de escritura rápida. También guarda datos de manera eficiente sin usar energía, por lo que incluso en caso de accidente o falla, los datos permanecen y se pueden usar para solucionar problemas.
Fuerza
Como se mencionó anteriormente, una característica importante de MRAM es su capacidad para almacenar datos rápidamente y mantenerlos sin aplicar energía. En los sistemas que funcionan con baterías, esto ofrece una ventaja significativa sobre otras tecnologías de memoria. Una de las características clave de los vehículos eléctricos es la autonomía por carga, y es probable que el consumo de energía durante el funcionamiento sea importante, especialmente en entornos fríos.
MRAM también tiene velocidades de escritura muy rápidas en comparación con otras NVM. Como resultado, se requiere menos energía al realizar actualizaciones OTA. Escribir en MRAM lleva milisegundos en lugar de minutos. Esto no solo ahorra energía, sino que también brinda un aspecto de seguridad, ya que hay menos oportunidades de ataques de piratería mientras se carga y descarga información. Los gráficos incluidos aquí muestran una reducción de 2-3 órdenes de magnitud en el consumo de energía para MRAM (EMxxLX xSPI STT-MRAM) para programar o escribir datos en NOR flash.
Resistencia
La NVM en muchas unidades de control EV debe poder realizar potencialmente millones de ciclos de lectura y escritura. Los vehículos eléctricos reciben actualizaciones OTA frecuentes para todo, desde controlar motores y frenos hasta administrar la apertura y el cierre de la cajuela. La gran cantidad de datos recopilados por muchos sensores y enviados a las unidades de control se cargan con frecuencia en la nube.
NOR flash y NAND flash solo pueden realizar miles de ciclos de lectura/escritura, mientras que MRAM puede realizar decenas de millones de ciclos de lectura/escritura. La durabilidad de MRAM elimina la necesidad de reemplazar el sistema de control (o al menos el propio MRAM) durante la vida útil del vehículo. Esto prácticamente garantiza una longevidad significativa de los sistemas electrónicos del vehículo.
actuación
MRAM a veces se llama memoria unificada porque es un dispositivo que combina la velocidad de la memoria de acceso aleatorio con las capacidades de retención a largo plazo del almacenamiento de datos (el tipo que se encuentra típicamente en unidades de estado sólido y unidades de disco duro). La MRAM no solo ofrece una resistencia superior y velocidades de lectura/escritura significativamente más rápidas que otras NVM del mercado, sino que también es la NVM con mayor eficiencia energética disponible. Con la última familia de productos EMxxLX de Everspin, puede lograr lecturas y escrituras simétricas de 400 MB/s. Los puntos de referencia realizados por JBLOpen muestran una diferencia de velocidad de escritura para accesos de 4 KB en comparación con NOR flash.
Robustez
MRAM también es muy robusto. Ofrecen un rendimiento excelente en un amplio rango de temperatura, son tolerantes a la radiación y se utilizan con frecuencia en la industria aeroespacial, que presenta condiciones aún más duras que la industria automotriz. La vida útil de MRAM supera la de los tipos de NVM de la competencia debido a su resistencia. En conjunto, sus muchas propiedades hacen de MRAM un candidato ideal para varias aplicaciones en el mercado automotriz, especialmente EV.
Gemelos digitales: guardar y comparar
Los motores eléctricos que impulsan las ruedas deben interactuar con las baterías que alimentan los motores. El motor funciona a un voltaje mucho más alto, lo que provoca el proceso de inversión. Los fabricantes de vehículos eléctricos encontraron que MRAM era útil para optimizar las métricas de potencia y, debido a sus ciclos rápidos de lectura/escritura y su capacidad para almacenar datos como la RAM, los fabricantes de vehículos eléctricos utilizan MRAM para lograr métricas de potencia ideales y lo que realmente está sucediendo. Decidí que podía comparar. operación de motores
Lo mismo ocurre con los sistemas de seguridad como los frenos. Con cualquier tipo de frenado, el sistema de frenos antibloqueo brinda una respuesta y retroalimentación muy rápidas. Los datos locales se almacenan en la MRAM de la unidad de control y se comparan con las métricas de potencia reales ajustadas a los frenos. De alguna manera, esto es similar a lo que puede suceder con un gemelo digital. IBM define un gemelo digital como “una representación virtual de un objeto o sistema a lo largo de su ciclo de vida, actualizado a partir de datos en tiempo real y que utiliza simulación, aprendizaje automático e inferencia para ayudar en la toma de decisiones”.
resumen
MRAM tiene un gran potencial para tener un gran impacto en el campo de la electrónica automotriz. Esta es una memoria unificada robusta que puede durar más de 20 años en entornos hostiles en un amplio rango de temperatura. Tiene excelentes ciclos de lectura/escritura y es significativamente más rápido y utiliza menos energía que las NVM actuales, como NOR Flash. Las rápidas velocidades de lectura y escritura de MRAM lo convierten en un mecanismo ideal de adquisición y almacenamiento de datos para sistemas críticos de EV en la industria automotriz. Como beneficio adicional, hace que el sistema sea más seguro ya que los incidentes de piratería de OTA son más difíciles. Dado que MRAM puede reemplazar fácilmente a la NVM actual, la mayoría de los fabricantes de automóviles deberían considerar a MRAM como el sistema de control del futuro.
Según Joe O’Hare, es el director de marketing de Everspin Technologies.