(408) 844-7100 L'internet des voitures est pavé de silicium
EETimes
21 septembre 2021
Les technologues abusent souvent de mots tels que "perturbateur" et "révolutionnaire", mais l'évolution récente de la conception et de la fabrication des automobiles est sans aucun doute à la fois perturbatrice et révolutionnaire. Ces changements représentent le bouleversement le plus important dans la conception des transports au cours des 100 dernières années, le plus grand progrès depuis les premiers jours de l'automobile, lorsque les véhicules à vapeur, à essence et même à batterie se mêlaient sur les mêmes routes poussiéreuses. L'ensemble de la voiture est en train d'être révisé, cette fois-ci avec de l'électronique, pour faire des voitures des superordinateurs sur roues.
Un ingénieur de BMW a déploré que son équipe ait passé des décennies à concevoir des voitures à la tenue de route et aux performances exceptionnelles, alors que la première chose que les acheteurs veulent savoir, c'est si le véhicule s'intègre à leur téléphone portable. Vous pouvez comprendre la frustration des concepteurs automobiles traditionnels à mesure que l'électronique et les logiciels remplacent la conception mécanique en tant que critères de sélection des clients.
Ce n'est pas un hasard si Mercedes-Benz, Nissan, Volvo et d'autres présentent des publicités qui mettent en avant les chargeurs de téléphone sans fil, les tableaux de bord entièrement numériques, les systèmes de prévention des collisions et les chaînes stéréo à 24 canaux de leurs voitures. Personne ne mentionne la puissance, le régime, la conduite, la maniabilité ou même le "riche cuir de CorinLe". Même les publicités pour les camions Ford vantent le nombre de prises 12V et le générateur intégré, et non la capacité de chargement ou de remorquage du camion. Le GVWR (poids total maximum) a cédé la place aux téraflops et aux MHz.
Les moteurs électriques, la technologie de conduite autonome, l'électronique d'infodivertissement, les services par abonnement, les mises à jour sans fil après-vente et la communication émergente entre le véhicule et n'importe quoi ont augmenté de manière exponentielle la demande de puces à semi-conducteurs et de logiciels. Les analystes du secteur considèrent désormais l'électronique automobile comme une catégorie distincte, une sous-industrie à part entière, à l'instar de l'informatique ou de l'aérospatiale.
Où tout cela va-t-il nous mener ? La connectivité désormais obligatoire à l'internet et aux centres de données en nuage fait passer les compétences de base des constructeurs automobiles de la conception mécanique au logiciel et au silicium. L'internet des voitures ne fonctionnera pas à l'essence ni même à l'électricité, mais aux données. Ces données sont collectées, traitées, communiquées et stockées par des semi-conducteurs de type système sur puce (SoC).
Les SoC pour l'automobile stimulent la demande
Les constructeurs automobiles du monde entier produisent environ 100 millions de voitures et de camions chaque année. Selon le cabinet d'études IHS Markit (octobre 2020), plus de la moitié d'entre eux comprendront entre 15 et 24 dispositifs électroniques complexes de type SoC d'ici 2026, avec une moyenne de 23 SoC par véhicule. Multipliez ces 23 SoC par environ 60 millions de voitures, et vous obtenez près d'un milliard et demi de SoC complexes par an pour le seul marché de l'automobile, et ce dans cinq ans seulement. Au début des années 2030, soit dans 10 ans, la demande passera à plus de 2 milliards de SoC complexes pour l'automobile.
L'internet des voitures représente l'opportunité la plus importante en matière de semi-conducteurs depuis le smartphone. Une partie de ce silicium est utilisée dans la technologie très médiatisée de la conduite autonome des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS). Mais la majeure partie est destinée à l'infodivertissement et à la télématique, les fonctions les plus familières et les plus répandues de presque toutes les voitures : radio, navigation GPS, instrumentation électronique, intégration de la téléphonie mobile, gestion du moteur, et ainsi de suite. Il s'agit là de caractéristiques indispensables sur un marché de la vente au détail d'automobiles qui répond à la demande des consommateurs, d'où les publicités pour les voitures qui mettent l'accent sur les caractéristiques.
Mais cette technologie ne concerne que les voitures elles-mêmes - les "points finaux" dans le jargon de l'ingénierie. Qu'en est-il de l'infrastructure qui les sous-tend ? Les constructeurs automobiles ont besoin de vastes salles remplies de serveurs informatiques, à l'instar d'Amazon, Google, Facebook ou Microssurt.
Si l'on part du principe qu'il y a un serveur pour 200 voitures, cela représente 300 000 serveurs par an. En outre, les municipalités du monde entier mettent en place des infrastructures. La technologie de la "ville intelligente" est déjà déployée dans des millions de feux de circulation, de panneaux de signalisation, de caméras, de lampadaires, de capteurs en bord de route et de réseaux véhicule-infrastructure, soutenus par d'innombrables kilomètres de points d'accès câblés et sans fil. Les voitures communiqueront entre elles et avec les stations de base situées le long des routes pour réagir en fonction des temps de latence. Tout cela nécessite du silicium supplémentaire.
Vient ensuite le logiciel. Selon des estimations prudentes, la pile logicielle embarquée représente environ 30 millions de lignes de code. (À titre de comparaison, les anciennes versions de Microssurt Windows comptaient environ 50 millions de lignes de code). Certaines estimations dépassent les 100 millions de lignes pour une nouvelle voiture équipée de tous les gadgets. Quoi qu'il en soit, il s'agit d'un système multiprocesseur complexe, en réseau et très fiable.
La fiabilité du matériel est cruciale, car les constructeurs automobiles seront légalement responsables de toute défaillance dangereuse. Les concepteurs de puces répondent par des sécurités contre les défaillances et une redondance fonctionnelle, dans laquelle un SoC comporte deux ou plusieurs processeurs internes fonctionnant côte à côte et se contrôlant continuellement l'un l'autre. Cela ajoute encore plus de silicium et de complexité à la conception du SoC.
Bien que les puces commerciales disponibles sur le marché suffisent souvent, les constructeurs automobiles peuvent tirer davantage de performances de leur matériel et ajouter de la différenciation à leurs logiciels s'ils conçoivent leurs propres puces personnalisées. Les réseaux neuronaux de traitement d'images, par exemple, ont besoin de fonctions d'apprentissage automatique très spécifiques, qui sont vastes et complexes. Un exemple de ce type de développement est le dernier SoC Tesla Dojo qui transforme des millions de vidéos provenant de la flotte Tesla en apprentissage par réseau neuronal afin d'améliorer l'expérience de l'utilisateur de la conduite automatisée.
Les systèmes décisionnels automobiles fonctionnent mieux avec des puces entièrement personnalisées ou des blocs de propriété intellectuelle incorporés dans des puces semi-personnalisées. Cela signifie qu'une grande partie des 2 milliards de circuits intégrés qui arriveront au début des années 2030 seront entièrement ou partiellement personnalisés pour répondre aux exigences du nouvel écosystème automobile.
Les entreprises automobiles du monde entier cherchent à développer leurs propres solutions, ce qui explique que beaucoup, voire la plupart, finissent par travailler avec des entreprises comme la nôtre (Arteris), Arm et CEVA - des entreprises qui accordent des licences de propriété intellectuelle pour les systèmes de commande intégrés (SoC). Notre vision de l'évolution du marché de l'automobile est basée sur notre expérience de plus d'une décennie de collaboration avec plus de 30 clients de l'industrie automobile.
Les données sont reines
Il est difficile de dire si le cours de l'action Tesla est surévalué ou sous-évalué, mais il est indéniable que l'entreprise illustre l'approche de la construction automobile axée sur l'électronique. Ce n'est pas une coïncidence si la capitalisation boursière de Tesla est évaluée comme s'il s'agissait d'une entreprise technologique de la Silicon Valley. À l'instar de nombreuses entreprises d'électronique grand public, elle conçoit la plupart de ses puces et développe ses logiciels. Son cœur de métier est l'électronique, pas le pliage du métal. L'entreprise gère également les serveurs de ses centres de données. Ses voitures sont toujours connectées à l'internet et aux serveurs de Tesla, avec de grandes quantités de données circulant dans les deux sens sous la forme de cartes, de divertissements, d'informations sur le trafic, de données visuelles collectées par les capteurs embarqués et de mises à jour logicielles. Ces données sont d'une immense valeur pour Tesla, et d'autres entreprises spécialisées dans l'internet des voitures - c'est-à-dire toutes - devront construire des systèmes similaires.
Mobileye est un autre exemple d'entreprise qui utilise les données provenant de ses clients pour améliorer constamment sa technologie sur la base de logiciels de pointe, de silicium SoC et de techniques d'apprentissage automatique. Les constructeurs automobiles ne fabriquent pas tout à partir de zéro, bien sûr, mais s'appuient sur des réseaux bien établis de fournisseurs et d'équipementiers - Bosch, Continental, Denso, ZF, Magna et bien d'autres - qui conçoivent et construisent les principaux sous-systèmes. Il s'agit principalement de dispositifs électromécaniques, tels que les transmissions automatiques ou les climatiseurs. À l'avenir, ces fournisseurs de premier plan devront constituer des équipes de conception de circuits intégrés et de développement de logiciels pour continuer à fournir des sous-systèmes de grande valeur aux constructeurs automobiles. Dans le cas contraire, d'autres entreprises plus expérimentées dans le domaine de l'électronique prendront probablement leur place. De nombreux développements de SoC personnalisés impliqueront des partenariats entre les entreprises traditionnelles de conception de semi-conducteurs qui savent comment construire des SoC et les équipementiers automobiles et les fournisseurs de niveau 1 qui ont les connaissances en matière d'application.
Même s'il faudra beaucoup de temps pour que l'internet des voitures arrive à maturité, il a déjà vu le jour, alimenté non pas par l'électricité, l'hydrogène ou l'essence, mais par les données. Les données sont le moteur de l'amélioration et de l'évolution constantes de l'expérience de l'utilisateur, et les consommateurs sont prêts à payer pour cette révolution. Les compétences de base des constructeurs automobiles se déplacent de la conception mécanique des moteurs et des châssis vers les logiciels et le silicium. L'internet des voitures est pavé de silicium.