Perché i chip automobilistici scarseggiano ancora?

Jul 25, 2023

L'industria automobilistica è ancora a corto di chip semiconduttori

Ormai quasi tutti sanno che l'industria automobilistica è ancora a corto di chip semiconduttori, anche se la situazione sembra in miglioramento. Anche se è praticamente un dato di fatto che i veicoli elettrici utilizzino più semiconduttori, perché i veicoli con motore a combustione interna (ICE) alimentati a benzina utilizzano così tanti chip? E questi chip hanno caratteristiche che rendono più difficile aumentare la capacità produttiva quando scarseggiano? Questo è ciò che questo articolo cercherà di spiegare.

Il New York Times NYT ha affermato che un veicolo moderno può utilizzare fino a 3.000 chip semiconduttori, mentre un'altra fonte ne ha affermati oltre 1.000. Sono sicuro che dipenda da cosa stai contando, ma fino agli anni '60 l'elettronica nei veicoli era praticamente limitato all'autoradio. Come è possibile che un prodotto quasi interamente meccanico non molto tempo fa si sia ritrovato con così tanti chip? La risposta è composta da diverse parti e riflette l’aumento generale dell’utilizzo dei chip in una vasta gamma di prodotti di consumo e industriali: prestazioni, costi e migrazione di funzionalità dall’hardware al software.

Per quanto riguarda le automobili, l’enorme spinta verso miglioramenti nel risparmio di carburante dopo la crisi petrolifera del 1973 portò al rapido aumento dell’uso dell’elettronica nei controlli del motore. Mentre le accensioni elettroniche avevano cominciato ad apparire alla fine degli anni ’60, l’uso di chip microcontrollori per i controlli del motore ha dimostrato cosa era possibile fare con un approccio digitale. Utilizzando sensori per monitorare aspetti come la temperatura, la posizione dell'albero motore, il flusso d'aria di massa, la posizione dell'acceleratore e la concentrazione di ossigeno nei gas di scarico, le case automobilistiche sono state in grado di migliorare notevolmente il risparmio di carburante e i profili di emissioni dei loro veicoli. I chip del controller eseguivano calcoli al volo per ottimizzare le prestazioni del motore, cosa impossibile da fare con sensori e collegamenti meccanici.

Ciò evidenzia uno dei principali fattori trainanti della crescita nell’uso dei chip semiconduttori: l’implementazione di molte funzioni utilizzando software che sarebbe stato difficile (o addirittura impossibile) da realizzare solo con l’hardware. Calcolare la velocità ottimale per alimentare gli iniettori di carburante potrebbe comportare la risoluzione di equazioni complesse in tempo reale o la ricerca di numeri nelle tabelle. Ciò è fattibile facilmente (ed in modo economico) con chip di computer e alcuni software. Questo è anche il modo in cui abbiamo ottenuto trasmissioni automatiche più sofisticate, utilizzando software per implementare schemi di controllo sofisticati come il cambio di marcia in discesa. Un chip controller collegato ai sensori di velocità invia segnali agli interruttori di alimentazione a semiconduttore che controllano i solenoidi della trasmissione. Ciò evidenzia il ruolo dei semiconduttori di potenza, dispositivi che commutano l’alimentazione sotto controllo digitale, ampiamente utilizzati in tutti i veicoli. Se si contano anche questi dispositivi come "chip" (come probabilmente ha fatto il New York Times), il numero di dispositivi a semiconduttore in un veicolo aumenta notevolmente.

I chip semiconduttori di livello automobilistico e gli interruttori e i dispositivi associati che controllano sono più affidabili delle loro controparti meccaniche. Ricordo che quando ero molto più giovane, un amico mi mostrò gli indicatori di direzione sequenziali nel bagagliaio della loro Mercury Cougar del 1968. Apparentemente le luci rosse erano collegate a un piccolo interruttore rotante motorizzato che "suonava come una lavatrice". Una volta che i contatti si erano usurati o corrosi, quella cosa era un disastro. Il passaggio agli interruttori a semiconduttore e a un semplice circuito timer ha reso meccanismi del genere molto più affidabili.

I sistemi di infotainment nei veicoli utilizzano molti chip: BRITTA PEDERSEN/dpa | utilizzo in tutto il mondo (Foto ... [+] di Britta Pedersen/picture Alliance tramite Getty Images)

Un altro esempio: diversi anni fa ho noleggiato un Maggiolino Volkswagen e, mentre saltavo in macchina e chiudevo la portiera, il finestrino sul lato del conducente si è abbassato leggermente proprio mentre la portiera stava per chiudersi e poi si è rialzato. Ciò equalizzava la pressione all'interno dell'abitacolo, quindi le tue orecchie non si aprivano. Questo tipo di funzionalità sarebbe stato davvero impegnativo da realizzare in modo puramente meccanico, ma con un microchip probabilmente si trattava solo di poche righe di codice. L'elettronica della carrozzeria di un veicolo: gli alzacristalli elettrici, le serrature delle porte e gli specchietti laterali sono generalmente collegati a un chip del modulo di controllo della carrozzeria (BCM). Il BCM comunica anche con altre unità elettroniche presenti nell'auto, ad esempio il quadro strumenti e numerosi sensori. E, naturalmente, i sistemi di infotainment utilizzano un gran numero di chip.