Elektrikli araçlara geçiş, elektrik şebekelerine daha fazla enerji üretmeleri ve bu enerjiyi çok daha verimli kullanmaları için araçlar üzerinde baskı yapıyor ve otomotiv dünyasının her kesimini, onu destekleyen altyapıyı ve onu destekleyen altyapıyı etkileyecek devasa bir dizi zorluk yaratıyor. tüm bu işi yapmak için gerekli olan çipler.

Yarı iletken açısından bakıldığında, daha fazla sensörden daha fazla veri işledikleri ve birbirleriyle ve dış dünya ile iletişim kurdukları için yongaların ve alt sistemlerin aşırı ısınmasını önlemek için termal yönetimde iyileştirmelere ihtiyaç duyulacaktır. Donanım ve yazılımın birlikte tasarlanması gerekecek, böylece verimliliği artırmak için farklı işlevler bölünebilir ve önceliklendirilebilir. Ve pil yönetimi ve pil kimyalarında değişikliklerin yanı sıra aerodinamikte iyileştirmeler yapılması gerekecek.

Ürün yönetimi direktörü Preeti Gupta, “Herkesin düşünme gücünde tam bir paradigma değişimi yaşanıyor” dedi. Ansys. “Performans ve alanla ilgili olduğu günler geride kaldı. Güç artık çok kritik bir tasarım ölçütü. Watt başına performans hakkında bir şeyler duyuyorsunuz. Bu sadece performansla ilgili değil, aynı zamanda bu performansı hangi güç maliyetiyle sağlıyorsunuz. Otomotiv endüstrisi, tasarım akışının başlarında güç ve termal etkiyi anlamakla çok ilgileniyor. Tasarım seçimleri açısından büyük kararlar alıyorlar. Cips söz konusu olduğunda, sadece çipin üzerinde ne olduğu ve yanma gücü değil, paketleme ile ilgili çok şey var. Bir mobil cihazı tutarken elinizi yakmaması gerektiği için güç ve termal ayak izleri konusunda endişe duyan mobil veya el tipi cihaz geliştiricileri gibi, elektrikli araçlar söz konusu olduğunda, aynı pil ömrü uzatması geçerlidir. . Doğru tasarım kararlarını verebilmek için termal yönleri erken modellemek daha da önemlidir. Yüksek düzeyde, herkes sola kaymaya hareket ediyor, bu da tasarım akışında mümkün olduğunca erken geri bildirim alıyor."

Araçlar giderek dijitalleştikçe, EV mimarileri daha fazla hesaplama işlemi gerektirecektir. Sonuç olarak, elektrikli araç bilgi işlem taleplerini karşılamak için farklı mimariler gelişiyor.

Bellek çözümleri ve RAM genel müdürü Ramesh Chettuvetty, “Bir yaklaşım, muhtemelen tartışılan nihai mimari olan merkezi bir bilgi işlem alanıdır ve otomotiv ekosistemi bu mimariye yöneliyor” dedi. Infineon Technologies. "Henüz orada değiliz. Hala dağıtık bir alan yaklaşımı olan alan/bölgesel mimari aşamasındayız. Bununla birlikte, bir kez bu kadar çok hesaplamaya sahip olduğumuzda ve otonom sürüş başladığında ve her türlü sensör verisi geldiğinde, işleme iş yükü kesinlikle çok yüksek olacaktır. Bu, bu hesaplama elemanlarının termal yayılımını artıracaktır.”

Bu faktörlerin birleşimi aynı zamanda tasarım karmaşıklığını da artırır, çünkü çiplerin sistemlerin bir parçası olarak veya sistem sistemleri bağlamında tasarlanması gerekir.

Chettuvetty, "Geniş bir sıcaklık aralığı ortamında çalışmak için yarı iletkenler tasarlamak zaten zor" dedi. “Çoğu 125 ° C'de zirve yapıyor. Termal yayılım çok daha yüksekse, daha yüksek hesaplama ihtiyacının bir parçası olarak, veri merkezlerinde ve soğutucu veya fan gerektiren diğer uygulamalarda karşılaştığımız zorluklar kesinlikle olacaktır. Bunlar, bir miktar enerji tüketecek ek masraflardır çünkü hepsi nihayetinde EV piliyle çalışacaktır. Bu, OEM'lerin ileriye dönük teşvik edecekleri temel özelliklerden biri olan araçların kilometresini azaltacak, bu nedenle kesinlikle bu sorunu aşmak için yenilikçi mimariler isteyeceklerdir. Güç, ister duvardan ister pille çalışıyor olsun, her yerde darboğazdır. Tüm mühendislik ekipleri, özellikleri uygulamanın geleneksel yollarından uzaklaşmalı ve işleri yapmanın yenilikçi yollarını aramalıdır.”

Yine de otomotiv sistem mimarlarının bu sorunları çözmek için yenilikçi çözümler benimsemeye başlamasını ve mevcut alternatifleri keşfetmesini bekliyor. “Tasarımlara kapsamlı bir şekilde yaklaşılmalıdır. Mühendislik ekibinin buna çok sınırlı bir kapsamda bakma alışkanlığı var. Tüm bu parçaları bir araya getirmeliyiz ve mühendislik ekibi tarafından yapılan tüm varsayımların pratik bir dünyada gerçekçi olup olmadığını görmek için birisinin kapsamlı bir inceleme yapması gerekiyor.”

Bu, temel bir değişimi temsil ediyor. Geleneksel olarak, donanım mühendislerinin bu yongaları tasarlamanın yolu birçok çalışma moduna girmekti.

“'Bazı şeyleri reddedebilirim veya bazı şeyleri izleyebilirim ve bu izlemeyi yaptığım şeyi ölçmek için kullanabilirim' derler. Belki şu ya da bu alanda işleri yavaşlatırım,” dedi. Rambus. “Ancak, AI'da daha fazla gördüğümüz, ki bu muhtemelen tüm alanlarda ortaya çıkacak, yazılım adamlarının sistemin performansı ile sistemin kesinliği arasındaki dengeyi gerçekten çok iyi anlamaları. Bunu düşünme biçimleri, bant genişliği, enerji veya başka bir şeyde bir şekilde sınırlı olmaları durumunda, bunu bir yazılım sorununa dönüştürürler. 'Daha fazla bant genişliğine ihtiyacım olursa, sayılarımın kesinliğini azaltabilirim. 32 bit kayan nokta yerine 16 bit kayan nokta yapıyorum.' Daha sonra bant genişliğinde iki kat daha fazla sayı alabilirler. Bunun için kesinlikten vazgeçiyorlar ama bununla nasıl başa çıkacaklarını biliyorlar. Sonuç olarak, AI algoritmasını özellikle azaltılmış hassasiyet veya seyreklik için eğitiyorlar.”

Woo, AI arenasında donanım ve yazılımı entegre etmek için daha bütünsel bir bakış açısı olduğunu söyledi. “Aynı şekilde, son 20 yılda programcılar mimari açıdan daha bilinçli olmaya zorlandı. Hangi boyutta önbelleğe sahibim? Üzerinde çalıştığım işlemcinin mimarisi tam olarak nedir? Programcılar, sistemdeki güç sınırlamaları gibi şeyler hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak zorunda kalacaklar ve bu nedenle, performans için güçten vazgeçmelerini sağlayan araçlar ve API'ler kullanmaya çalışacaklar. Evrimin bu şekilde olacağına inanıyorum. Zaman alacak çünkü bunları düşünmek kolay değil. Programlarınızı yazarken mimarinin nasıl göründüğü konusunda artık o kadar soyut olamayacağınızı gerçekten anlamak bir nesil programcı aldı. Önümüzdeki 20 yıl içinde bu yönde hareket edecek.”

Güç nereye gidiyor
Bu gelişirken, ECU'ların kendileri gelişmiş güç yönetimi teknikleri kullanacak ve bir EV mimarisi içinde genel güç yönetiminde giderek daha önemli bir rol oynayacaktır. Önemli bir husus, gücün nereye harcandığını bilmektir.

AMS İş Birimi baş ürün müdürü Sumit Vishwakarma, "Veri aktarırken çok fazla güç harcanıyor" dedi. Siemens Digital Industries Yazılımı. “Akttığınız şeyi en aza indirmek ve yalnızca mantıklı bilgiler göndermek istiyorsunuz. ECU'nun devreye girdiği yer burasıdır. ECU çoğunlukla dijital mantıktır ve daha sonra birçok PHY bunu arabanın farklı bölümlerine bağlar. Ayrıca, ana göbeğe entegre ECU'ya bağlı arabanın etrafında bir dizi sensör vardır. Bunun dışında farklı uygulamalar için ayrı ayrı çalışan farklı ECU'lar bulunmaktadır. Örneğin, bir yolcu olduğunuzda ve bir yolcu koltuğuna oturduğunuzda, araba koltuğunun yapacağı ilk şey, bir miktar ağırlık olduğunu algılamaktır. Bu, yolcunun emniyet kemerini takması gerektiğini belirten ışığı açması için ana ekran ünitesine sinyal verdiği anlamına gelir. Oturdukları anda açık olduğunu göreceksiniz ve emniyet kemerini takıp taktıklarında emniyet kemerinin takılı olduğunu belirten ışığı söndürmek için sinyal gönderiyor. Tüm bu iletişim her seferinde oluyor. Ancak araba park edildiğinde, o zaman bu şeyler asla olmaz, çünkü arabayı sürdüğünüz zamana kıyasla tüm sensörlerin o sırada çalışması gerekli değildir. Bu, ECU'ların içinde her zaman güç yönetiminin gerçekleştiği anlamına gelir."

O zaman soru, neyin açık, kapalı veya arada bir şey olması gerektiği haline gelir. Bu, UPF içinde olduğu gibi ECU için güç amacının tanımlanmasını gerektirir. Vishwakarma, "Tasarım açısından bakıldığında, öncelikle dijital devreler olan elektronik kontrol üniteleri, Sistem Verilog veya başka bir işlevsel dil gibi bir tür sistem düzeyinde dil ile uygulanabilir veya FPGA'lar kullanılarak uygulanabilir" dedi. “Bunlar öncelikle dijital devrelerdir ve görevleri sensör füzyonu ve karar verme ile ilgilendiğinden emin olmaktır.

Buradan, farklı güç senaryolarını ve her bloğun ne kadar güce sahip olması gerektiğini belirtmek için güç alanları belirtilebilir. Ek olarak, bloklar arasındaki güç akışını kontrol etmek için güç geçişi, izolasyon ve tutma kullanılabilir.

EV'lerdeki verilerin hareketinden kaynaklanan bir dizi güç konusu da vardır. Kıdemli teknik pazarlama müdürü Paul Graykowski, “Hepsi birbirine zincirlenmiş birden fazla ağ olacak” dedi. arter IP'si. “Bir araca giderek daha fazla cihaz yerleştiriyoruz. Sadece 'Beni A Noktasından B Noktasına götür' değil. Bu, 'Beni buradan buraya götürürken müzik setimi istiyorum. Yolcular televizyonlarını istiyor. Klimalı koltuklarımı istiyorum. Otomatik sürüşümü istiyorum. Sunroof'u istiyorum.' Çok fazla küçük şey var, bu da kullanıcı arayüzünün çok karmaşık olacağı anlamına geliyor ve bununla iyi bir akışa sahip olduğumuzdan emin olmalıyız. Her yerde güç ihtiyaçları olacak ve bu güç ihtiyaçlarını ele almamız gerekecek. 'Bu cihaz iyi olacak, ama bu diğerinin çok karmaşık bir ağa ihtiyacı var' dediğimizde basit olabilir. Zamanlama parametrelerini de önceden ayarlamalıyız. Hepsi devreye girecek."

CFD
EDA takım bakış açısından, daha önce mekanik tasarıma odaklanan bir takım alanı şimdi EV tasarımında uygulanıyor. Elektrikli araçların enerji tüketim profilini iyileştirmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) uygulanmaya başlandı.

Otomotiv Çözümleri Direktörü Robert Schweiger Ritim, tüketici anketlerine göre elektrikli araç alırken fiyatın yanı sıra bir numaralı endişenin de aracın menzili olduğunu söyledi. "Mesafenin 400 kilometreden / 248 milden fazla olması gerekiyor, çünkü şarj işlemi oldukça uzun sürüyor ve bu, yolculuğunuzda ek bir durak anlamına geliyor. Aerodinamiği optimize ederek menzil önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu nedenle CFD, menzil üzerinde etkisi olan bir otomobilin aerodinamiğini optimize etmede önemli bir rol oynayacak.”

Isı başka bir husustur. İçten yanmalı motorlarda, trafik sıkışıklığında sıcaklık yükselebilir. EV'ler, aksine, dur-kalk trafikte daha az enerji kullanır, ancak hızlı şarj sırasında aşırı ısınabilir.

Schweiger, "Bir EV için zorluk şarj sırasındadır," dedi, "CFD yazılımı, sistemleri nasıl soğutabileceği konusunda su akışını simüle etmek için soğutma sistemleri için de kullanılabilir. Piller için, bir süper şarj cihazı kullanılırken pil takımının yanı sıra sistemin üst kısmından pilin üzerine su püskürtüldüğü yeni konseptler ortaya çıkıyor. Altında bir tank ile sıvı pompalanır ve tekrar aşağı püskürtülür. Bu, pilleri soğutmak için kullanılabilecek yeni bir konsept ve sonuçta pilin kullanım ömrünü iyileştirmeye ve aynı zamanda pili soğutmaya yardımcı olacak."

Daha erken yapmak
Güç ihtiyaçlarını anlamak ve tahmin etmek, otomotiv çiplerinin ve sistemlerinin tasarım döngüsünde çok erken başlar. Ansys'den Gupta, bununla uyumlu olarak, birçok EDA şirketinin artık daha sıkı doğruluk ve gelişmiş öngörülebilirlik elde etmek için daha fazla modelleme yaptığını söyledi. "Erken bir tasarım aşaması düşünüyorsanız ve çok daha sonraki bir tasarım aşamasından bahsediyorsanız, tasarımın büyük bir kısmı uygulanıyor" dedi. “RTL'de bunu nasıl erken tahmin edersiniz? Yerleşim nasıl olurdu? Tel yönlendirme nasıl olurdu? Tüm bu bileşenlerin modellenmesi artık mümkün. Bunları şimdi modellemek için kullanabileceğimiz teknikler var.”

Gupta, bu tasarım öğelerinin çoğunun amacının daha düşük güç olduğunu ve bunun birçok unsuru olduğunu söyledi. “Kaç tane güç alanına ihtiyacınız var? Görev açısından kritik uygulamaları gerçekten açabilir veya kapatabilir misiniz? Muhtemelen bazı uygulamalarda kapanma ve uyanma mantığına sahip olamazsınız, bu yüzden her şey gücün nereye ve neden gittiğini, faaliyetin nerede ve neden olduğunu anlamakla ilgilidir. 'Neden'i anladıktan sonra, onu ele almak daha kolay hale gelir. Bu nedenle, önemli bir bileşeni öykünme kullanım senaryolarından erken güç görünürlüğü olan erken güç görünürlüğü hakkında çok şey var. Bir kuyunun içinde yaşayıp sadece 'Onu optimize ettim' diyemezsiniz. Gerçek trafiğe, gerçek uygulama kullanım durumlarına bakın. Cihazınız gerçekten enerji açısından verimli ve güç açısından verimli mi?”

Yeni mimari zorluklar
EV'ler için bu sayısız enerji, güç ve termal kısıtlama faktörünü ele almak, tasarımlara farklı bir bakış açısı gerektiriyor. Sanal prototipleme baş mühendisi Tim Kogel, “Her şeyden önce, güç tüketimine odaklanmak daha alakalı hale geliyor” dedi. Synopsus. “Geleneksel bir içten yanmalı motorla, temelde sonsuz enerjiye sahipsiniz. 100 veya 200 watt güç yakmanız umurunuzda değil. Ancak elektrikli araçlarda, tüm bunlar menzili çok daha önemli bir şekilde etkiler. 100 watt daha fazla güç tüketimi ile 10 ila 30 kilometre menzile mal olduğunu duyduk. Araç yelpazesi çok benzersiz bir satış noktasıdır ve menzil kaygısı elektrikli araçlar için en önemli endişelerden biridir."

Öte yandan, Seviye 3 ve Seviye 4 otonom sürüş ile son derece karmaşık, gelişmiş çipler var. Kogel, "Birden fazla kamera, birçok başka sensör türü var" dedi. “Sınıflandırma ve segmentasyon, yol bulma, en karmaşık işleme görevleri gibi karmaşık algoritmalar var. Bunu genel, genel amaçlı bir GPU tipi mimariye koyduğunuzda, çok fazla güç harcar. Hepimiz, tüm bagajın kilovatlarca güç gerektiren bilgisayar rafları olduğu otonom araba prototiplerinin fotoğraflarını gördük, bu da bu gereksinimle tamamen çelişiyor. Bunu kabul edilebilir bir düzeye getirmek için, genel amaçlı mimarilerden vektör DSP, uygulamaya özel komut seti süreçleri gibi çok daha özel mimarilere veya hatta bazı parçalar için kablolu mantığa geçmeniz gerekir, çünkü yalnızca bu size seviyeyi verir. Bu güç bütçesinde bu işlevsellik düzeyine sahip olmak için ihtiyaç duyduğunuz bir veya iki büyüklük mertebesi kadar güç azaltma."

Mimarinin de büyük bir parçası olan iletişim için de aynı şey geçerli. "Burada, kolay olan şey her zaman önbellekleri kullanmak ve tutarlı ara bağlantıları önbelleğe almaktır ve ardından veriler aşağı yukarı otomatik olarak hareket ettirilir" dedi. Ama yine, büyük miktarda güç yakıyor, bu yüzden insanların adanmış hafızalara, tahsis edilmiş hafıza transferlerine gitmesi gerekiyor. İnsanların bunun için ödediği bedel, bu adanmış mimarilerin daha az esnek olmasıdır. Kolay basmalı yazılım akışlarına sahip değilsiniz, bu nedenle yazılım uygulaması bir uygulama ve doğrulama çabası haline geliyor.”

Sonuç
Enerji, güç, performans ve termal sorunlar, elektrikli araçların yaygın şekilde kullanılmasını ve benimsenmesini geriletecek mi? Aşırı derecede güce aç olan ADAS sistemleriyle birleştiğinde, zorluklar sadece büyüyor gibi görünüyor.

Synopsys'te otomotiv için iş geliştirme kıdemli direktörü Vasanth Waran, elektrikli otomobillerin sınırlı menzil ve sınırlı pil gücü nedeniyle yeni bir zorluk getirirken, ADAS'ın içten yanmalı motor tarafında bile güç sorunları olduğunu belirtti. "Bu çok karmaşık bir sorun ve güç sorunu olduğu kadar termal bir sorun, çünkü araba, içinde çalışması için bir yarı iletken tasarlayabileceğiniz en zorlu ortamlardan biri. Sesleri çalışmazsa herkes rahatsız olur. veya haritaları aniden titrer veya kameraları kapanır. Her zaman en iyi performansı istersiniz. Hala klimanın çalışmasını istiyorsunuz. Hala kameraların çalışmasını istiyorsun. Kırılması zor bir problem. Ve bu nedenle, son birkaç yılda vurgu tamamen değişti ve giderek daha fazla güce odaklanmaya başladı.”

Bununla birlikte, Waran'ın otomotiv alanına girmeye başladığını söylediği ayrık saat ve voltaj ölçekleme gibi diğerlerinin yanı sıra yukarıda bahsedilenler gibi teknoloji çözümleri de mevcut.

Ayrıca, soğutma teknolojileri gelişiyor ve en zorlu sorunlardan bazılarını ele almak için karbon nanotüpler gibi yeni teknolojiler araştırılıyor. “Sorunlar olsa da, endüstri bunları çözmenin bir yolunu bulacaktır. Ortaya çıkan bazı teknolojilere bakarsanız, gelişmiş paketleme gibi, bunların hepsi aynı sorunu çözmeye çalışıyor. Temelde çok fazla kalıp alanının olduğu bir fizik problemidir, çok fazla ısı yayar. Bunu nasıl çıkarırsın? Termodinamiğin kanunudur. Küçük bir alanda üretilen çok fazla ısı var. Bunu nasıl etkili bir şekilde çıkarabilirim? İşte burada chipletler ve bu türden şeyler devreye giriyor. EV'ler burada kalacak ve bu sorunlar nedeniyle ilerleme bodur olmayacak."

Peki ya yeni kullanım durumları? Peki ya yazılım tanımlı araç? Uyanırsanız ve arabanız açılmazsa ne yaparsınız? Bunlar hala ele alınması gereken sorunlardır ve otomotiv ekosisteminde ele alınması gerekecektir.

Infineon'dan Chettuvetty, “Geçmişte, mimarilerin çoğu OEM düzeyinde veya birinci seviyede tanımlandı” dedi. “O zaman ikinci kademe olarak yarı iletken şirketlerine gidecekti. Bu sınırlar şimdi seyreltiliyor ve OEM'ler ile yarı iletken şirketler arasında bir değişiklik olan doğrudan etkileşim var. OEM'lerin yarı iletken şirketlerinin yeteneklerini bu mimariyle gelmeden önce bilmeleri için çok daha fazla işbirliği olması gerekiyor."