Le rôle du SOI dans les systèmes automobiles
Introduction
Ces dernières années, la technologie automobile a évolué de manière spectaculaire, notamment avec l'essor des véhicules électriques, de la conduite autonome et des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS). Les véhicules devenant de plus en plus sophistiqués, il existe une demande croissante de solutions de semi-conducteurs capables de gérer des tâches informatiques complexes et de haute performance tout en maintenant l'efficacité énergétique et la fiabilité.
L'une des innovations les plus importantes pour répondre à ce besoin est la technologie du silicium sur isolant (SOI). Le SOI s'est avéré être un outil essentiel pour améliorer les performances et la fiabilité des dispositifs à semi-conducteurs, en particulier dans les applications automobiles où la sécurité, l'efficacité et la durabilité sont primordiales.
Qu'est-ce que la technologie SOI ?
LeSOI est une technique de fabrication de semi-conducteurs qui consiste à placer une fine couche de silicium sur un substrat isolant, généralement du dioxyde de silicium (SiO2). Cette structure améliore les performances électriques des transistors en réduisant la capacité parasite, ce qui augmente la vitesse, réduit la consommation d'énergie et améliore l'efficacité thermique. Les dispositifs à base de SOI sont couramment utilisés dans divers domaines, notamment l'électronique grand public, les télécommunications et, aujourd'hui, de plus en plus dans les systèmes automobiles.
À lire également : Comparaison des plaques SOI et des plaques de silicium : Quelle est la meilleure solution pour votre projet de semi-conducteur ?
Pourquoi le SOI est important pour les systèmes automobiles
Les véhicules modernes sont équipés de capteurs, de contrôleurs et de systèmes de communication qui exigent une grande puissance de calcul. Ces systèmes doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles, en résistant aux températures extrêmes, aux vibrations et aux interférences électromagnétiques. La technologie SOI offre plusieurs avantages clés qui la rendent idéale pour les applications automobiles :
1. Faible consommation d'énergie
L'un des principaux avantages de la technologie SOI est sa capacité à fonctionner à des niveaux de puissance inférieurs. L'efficacité énergétique est cruciale dans les systèmes automobiles, en particulier pour les véhicules électriques (EV) et les véhicules électriques hybrides (HEV), où la conservation de la durée de vie de la batterie est une priorité. Les dispositifs SOI réduisent le courant de fuite, ce qui permet de minimiser les pertes d'énergie et d'améliorer l'efficacité globale. Selon une étude de GlobalFoundries, les puces à base de SOI consomment jusqu'à 30 % d'énergie en moins que les puces conventionnelles en silicium, ce qui les rend idéales pour les applications sensibles à la consommation d'énergie telles que les systèmes ADAS et les systèmes d'infotainment.
2. Amélioration des performances thermiques
Les environnements automobiles peuvent être extrêmes, les composants étant souvent exposés à des températures élevées. La couche isolante des structures SOI réduit le transfert de chaleur entre le substrat de silicium et les autres composants, ce qui permet une meilleure gestion thermique.
STMicroelectronics a démontré que les composants SOI peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 200°C, ce qui les rend particulièrement adaptés aux unités de contrôle du groupe motopropulseur et aux systèmes de gestion du moteur. Cette amélioration des performances thermiques augmente la durée de vie et la fiabilité des puces à base de SOI, garantissant des performances constantes dans le temps.
3. Des performances accrues pour les systèmes d'aide à la conduite (ADAS) et la conduite autonome
Les systèmes ADAS et de conduite autonome reposent sur le traitement rapide de grandes quantités de données provenant de divers capteurs, caméras et radars. Ces systèmes exigent un traitement à grande vitesse et une analyse des données en temps réel pour effectuer des tâches telles que l'assistance au maintien de la trajectoire, le freinage d'urgence automatique et le régulateur de vitesse adaptatif.
Une étude récente du Leti, un institut de recherche français, a révélé que la technologie SOI permettait d'accélérer de 30 % la vitesse de traitement des systèmes ADAS par rapport aux dispositifs traditionnels en silicium. Les puces à base de SOI sont non seulement plus rapides, mais aussi plus économes en énergie, ce qui les rend idéales pour l'intégration dans les modules ADAS.
4. Intégrité du signal et immunité au bruit supérieures
Les environnements automobiles sont souvent bruyants en termes d'interférences électromagnétiques (EMI) en raison des différents systèmes électroniques fonctionnant simultanément. La technologie SOI offre intrinsèquement une intégrité de signal supérieure et réduit la susceptibilité au bruit. La couche isolante des substrats SOI aide à protéger les transistors des interférences, améliorant ainsi la robustesse des systèmes électroniques automobiles.
Le SOI dans les principales applications automobiles
Alors que le secteur automobile adopte les technologies de nouvelle génération, le SOI trouve des applications dans divers systèmes clés.
1. ADAS (systèmes avancés d'aide à la conduite)
Les fonctions ADAS, telles que le régulateur de vitesse adaptatif, l'alerte de franchissement de ligne, la détection des angles morts et le freinage d'urgence automatique, reposent sur le traitement à grande vitesse et à faible consommation d'énergie des données des capteurs. La technologie SOI est utilisée dans les processeurs et les unités de contrôle qui supportent les fonctions ADAS, fournissant la puissance de calcul nécessaire pour interpréter les données des capteurs en temps réel.
[1]
En 2020, la famille de microcontrôleurs S32 pour ADAS a été introduite. Elle utilise la technologie SOI pour réduire de 50 % la consommation d'énergie tout en conservant une puissance de traitement élevée. Cette innovation permet aux constructeurs automobiles d'intégrer des fonctions ADAS plus avancées sans compromettre l'efficacité énergétique.
2. Gestion du groupe motopropulseur et de la batterie
La technologie SOI est de plus en plus utilisée dans les unités de contrôle du groupe motopropulseur, qui sont chargées d'optimiser les performances du moteur, de réduire les émissions et d'améliorer le rendement énergétique. Dans les véhicules électriques (VE), les puces à base de SOI se retrouvent également dans les systèmes de gestion des batteries (BMS), qui surveillent et contrôlent la charge et la décharge des batteries.
Par exemple, il a été démontré que l'un des meilleurs systèmes de gestion de batterie à base de SOI améliore la durée de vie de la batterie de 15 % grâce à son fonctionnement économe en énergie et à une meilleure gestion thermique. Ces systèmes doivent fonctionner efficacement pour prolonger la durée de vie des batteries et optimiser l'utilisation de l'énergie, domaines dans lesquels les capacités de faible consommation du SOI se distinguent.
3. Systèmes d'info-divertissement
Les systèmes d'infodivertissement modernes offrent des fonctions telles que la navigation GPS, la lecture multimédia et la communication sans fil, qui exigent toutes une puissance de traitement élevée tout en maintenant l'efficacité énergétique. La technologie SOI permet de développer des processeurs capables de gérer les tâches complexes requises par ces systèmes sans générer de chaleur excessive ni consommer trop d'énergie.
4. Communication de véhicule à tout (V2X)
La communication V2X permet aux véhicules d'échanger des informations avec d'autres véhicules, des infrastructures et des piétons. Cette communication est essentielle pour l'avenir des véhicules connectés et autonomes, car elle contribue à prévenir les accidents et à fluidifier le trafic. La technologie SOI apporte la performance et la fiabilité nécessaires aux processeurs qui gèrent la communication V2X, en offrant une faible latence et un débit de données élevé.
L'impact du SOI sur la sécurité et la fiabilité des véhicules automobiles
La sécurité et la fiabilité sont des préoccupations essentielles dans l'industrie automobile, et la technologie SOI joue un rôle central dans la résolution de ces problèmes. L'amélioration des performances thermiques et la faible consommation d'énergie des dispositifs SOI réduisent le risque de défaillance due à une surchauffe ou à une consommation d'énergie excessive. En outre, l'amélioration de l'immunité au bruit et de l'intégrité du signal des puces à base de SOI garantit que les systèmes automobiles peuvent fonctionner de manière fiable même en présence de fortes interférences électromagnétiques.
Dans les applications critiques pour la sécurité telles que les systèmes d'aide à la conduite (ADAS), la fiabilité est primordiale. Une étude a montré que les capteurs à base de SOI utilisés dans les systèmes ADAS réduisent les défaillances du système de 25 %, ce qui en fait un choix privilégié pour les constructeurs automobiles qui mettent l'accent sur la sécurité. Les dysfonctionnements ou les défaillances de ces systèmes peuvent entraîner des accidents, c'est pourquoi il est essentiel d'utiliser des technologies de semi-conducteurs offrant des performances et une stabilité supérieures, comme le SOI.
L'avenir du SOI dans les systèmes automobiles
Alors que l'industrie automobile continue d'évoluer vers des véhicules entièrement autonomes et des véhicules électriques plus avancés, la demande de solutions de semi-conducteurs à haute performance et à faible consommation d'énergie ne fera que croître. La technologie SOI, avec ses avantages uniques en matière d'efficacité énergétique, de gestion thermique et d'intégrité des signaux, est bien placée pour répondre à ces besoins. Ses applications sont appelées à se développer encore davantage, en prenant en charge non seulement l'ADAS mais aussi l'infotainment avancé, la communication V2X et d'autres technologies automobiles émergentes.
Conclusion
En un mot, la technologie du silicium sur isolant (SOI) est en train de changer la donne dans le secteur automobile, en particulier pour les systèmes nécessitant de hautes performances, une faible consommation d'énergie et une grande fiabilité dans des conditions difficiles. À mesure que les véhicules deviennent plus intelligents et plus automatisés, le SOI continuera à jouer un rôle clé dans l'innovation et à garantir la sécurité et l'efficacité des systèmes automobiles modernes. Pour plus d'informations sur le SOI, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).
Référence :
[1] Chipengo, Ushemadzoro. (2018). Étude de simulation physique complète des retours radar des glissières de sécurité pour les systèmes radar automobiles de 77 GHz. IEEE Access. PP. 1-1. 10.1109/ACCESS.2018.2881101.
