Gia tăng sử dụng chip bán dẫn trong các hệ thống điện tử ô tô
Ngành công nghiệp ô tô đã trải qua một chặng đường dài trong việc trang bị các hệ thống điện tử trên xe nhằm mang lại sự an toàn và thoải mái cho người sử dụng. Ở thời điểm năm 2004, mới chỉ có khoảng 25% các thế hệ công nghệ ô tô là có túi khí và dưới 50% có ghế chỉnh điện. Tuy nhiên, do những quy định chặt chẽ hơn về an toàn và nhu cầu sử dụng của khách hàng, việc áp dụng các hệ thống điện tử để nâng cao sự an toàn của phương tiện ô tô đã phát triển mạnh mẽ. Hầu hết các cải tiến công nghệ ô tô đều liên quan đến các hệ thống, thiết bị điện tử, trong đó không thể thiếu thành phần của chip bán dẫn. Đóng góp chi phí của thiết bị điện tử đối với việc sản xuất một chiếc xe ô tô đã tăng từ 18% năm 2000 lên khoảng 40% vào năm 2020. Chi phí đối với chip bán dẫn trong thành phần của hệ thống điện tử ô tô đã tăng từ khoảng 300 USD/xe năm 2010 lên gần 500 USD/xe vào năm 2020 và con số này đạt 600 USD/xe vào năm 2022 [1].
Các hệ thống điện tử được trang bị trên xe trong ngành công nghiệp ô tô.
Sự bùng nổ trong cuộc chạy đua phát triển hệ thống an toàn điện tử dành cho xe ô tô đang mang lại nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp chip bán dẫn, từ sự gia tăng nhu cầu sử dụng trong các thiết bị khác nhau, bao gồm vi điều khiển, hệ thống cảm biến và bộ nhớ của ô tô. Đặc biệt, những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đang trải qua những thay đổi lớn để tái tạo lại hệ sinh thái mới so với hệ sinh thái trước đây, khi mà các nhà cung cấp công nghệ không chỉ thuần túy cung cấp chip bán dẫn cho nhà cung cấp hệ thống điện tử cấp 1 để tích hợp vào các mô-đun lắp ráp. Thay vào đó, các nhà sản xuất ô tô, nhà cung cấp hệ thống điện tử cấp 1, nhà cung cấp công nghệ đều tham gia vào cuộc đua để phát triển và đầu tư công nghệ liên quan. Điều này mở ra một thị trường rộng lớn và khẳng định được vai trò quan trọng của lĩnh vực sản xuất bán dẫn trong ngành công nghiệp ô tô.
Chi phí đóng góp của hệ thống điện tử và thành phần chip bán dẫn trong sản xuất một chiếc xe ô tô.
Phát triển công nghệ lái xe tự hành
Công nghệ tự hành được xem như là mục tiêu cuối cùng trong tương lai của các nhà phát triển công nghệ phương tiện di chuyển. Việc đạt được công nghệ tự động hóa hoàn toàn (cấp độ 5 trong thang 5 cấp độ tự động hóa) đòi hỏi những tiến bộ trong các công nghệ như hệ thống an toàn ADAS, bao gồm kiểm soát ổn định điện tử, cảnh báo chệch làn đường, kiểm soát hành trình và kiểm soát lực kéo. ADAS là công nghệ sử dụng các cảm biến được lắp trên xe để giám sát môi trường xung quanh tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình lái xe, từ đó có thể thu thập dữ liệu, phát hiện và theo dõi các nguy cơ mất an toàn. Tất cả những điều này yêu cầu cần phải có hệ thống thành phần điện tử phức tạp bao gồm bộ xử lý tốc độ cao, bộ nhớ, bộ điều khiển, cảm biến và liên kết dữ liệu để đảm bảo độ tin cậy và an toàn của xe.
Các cảm biến sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang lái xe tự động. Khi đó, số lượng cảm biến cần nhiều hơn để kích hoạt tính năng tự động và số lượng sẽ tăng lên theo mức độ tự động hóa. Ở cấp độ 4 theo thang 5 cấp độ tự động hóa, số lượng cảm biến sử dụng trên xe có thể lên tới 29 bộ [1]. Theo xu hướng, những tính năng này sẽ không chỉ giới hạn ở phân khúc xe cao cấp mà sẽ được trang bị ngay cả ở các mẫu xe tầm trung. Điều này sẽ mở rộng hơn nữa về nhu cầu đối với thị trường sản xuất bán dẫn. Hiện nay, các nhà cung cấp chip bán dẫn nói riêng đang tích cực phát triển nhiều loại vi mạch, thiết bị tích hợp và hệ thống điều khiển trên chip kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học nhằm đáp ứng cho nhu cầu chuyển đổi tính năng tự động hóa và điều khiển thông minh.
Số lượng cảm biến cho các cấp độ lái xe tự động hóa.
Xu hướng tiến tới công nghệ xe điện
Nhu cầu về sử dụng ô tô ngày càng tiết kiệm nhiên liệu cũng như yêu cầu đặt ra về giảm lượng khí phát thải đang là một trong những yếu tố tích cực, làm gia tăng nhu cầu sử dụng chất bán dẫn cho toàn bộ phân khúc xe ô tô động cơ đốt trong truyền thống (ICE) và xe điện (EV) hoặc xe hybrid (HEV). Hiện tại, công nghệ ICE vẫn đang chiếm thị phần chủ yếu và còn tiềm năng lớn để giảm lượng khí thải CO2 xuống thấp hơn. Khi đó, số lượng cảm biến và bộ điều khiển lắp đặt trên xe cần nhiều hơn để vận hành tối ưu một động cơ, cũng như để đạt được các cải tiến đáng kể khác.
Hiện nay, chính sách ở nhiều quốc gia đang bắt đầu cắt giảm và tiến tới dừng sản xuất xe sử dụng công nghệ ICE. Để đạt được mục tiêu này, yêu cầu đặt ra cho các nhà sản xuất ô tô là phải tăng năng lực sản xuất xe điện hoặc xe hybrid. Ở Trung Quốc, các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu thực hiện theo quy định tăng sản xuất xe điện lên mức 10% tổng sản lượng từ năm 2019 và 12% kể từ năm 2020 [2]. Nhiều hãng xe toàn cầu cũng đã đặt mục tiêu có sản lượng xe điện chiếm 15-25% doanh thu trong giai đoạn đến năm 2030.
Như vậy, cùng với sự đổi mới trong lĩnh vực điện tử của công nghệ ICE truyền thống để giảm lượng khí thải và mục tiêu theo đuổi các công nghệ EV/HEV sẽ thúc đẩy hơn nữa đối với thị trường sản xuất chip bán dẫn.
Kết nối kỹ thuật số
Kết nối kỹ thuật số trong và ngoài xe đang là một xu hướng phát triển công nghệ. Điều này sẽ làm cho xe ô tô trở thành một phần của hạ tầng thông minh. Các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu cung cấp hệ điều hành làm nền tảng cho các ứng dụng trên xe, bao gồm ứng dụng dịch vụ, giải trí, điện tử, kết nối thiết bị thông minh. Đối với người sử dụng, kết nối kỹ thuật số là nhu cầu lớn và sẽ trở thành tiêu chuẩn khi mà những cân nhắc thường quan tâm chủ yếu tới tiện ích công nghệ với khả năng tích hợp hoàn hảo giữa xe và thiết bị di động cá nhân.
Kết nối kỹ thuật số không chỉ dừng lại ở các ứng dụng dịch vụ, giải trí trên xe mà còn là khả năng giao tiếp giữa xe với xe. Đây là một công nghệ đặc biệt quan trọng cho tính năng tự lái của ô tô để hiện thực hóa công nghệ tự hành an toàn và hiệu quả. Trong một kỳ vọng đến năm 2023, trên 90% phương tiện ô tô sản xuất có đầy đủ tính năng kết nối kỹ thuật số. Tất cả những điều này sẽ đặt ra yêu cầu lớn hơn nữa cho ngành sản xuất bán dẫn nhằm đáp ứng nhu cầu cải tiến, trang bị thêm cho các hệ thống điều khiển điện tử.
Các thành phần của một chiếc xe ô tô được kết nối.
Trong lĩnh vực sản xuất bán dẫn cho thấy, thị phần của khu vực châu Âu giảm trong những thập kỷ gần đây xuống chỉ còn khoảng 10% sản lượng toàn cầu. Tình trạng thiếu chip bán dẫn đã ảnh hưởng đáng kể đến ngành công nghiệp ô tô của châu Âu trong vài năm trở lại đây. Trong một thông báo ngày 1/12/2022 [3], Ủy ban châu Âu (EC) đã thông qua chính sách huy động đầu tư một khoản ngân sách trị giá 43 tỷ Euro (44,4 tỷ USD) cho ngành công nghiệp bán dẫn để mở rộng quy mô, năng lực cung ứng của khu vực. Mục tiêu của chính sách mới nhằm đạt được ít nhất 20% thị trường thế giới về chip bán dẫn vào năm 2030.
Tại Mỹ, ngày 9/8/2022, Tổng thống Mỹ Joe Biden đã ký một dự luật trị giá hàng tỷ USD nhằm thúc đẩy các nhà sản xuất chip bán dẫn trong nước [4]. Theo đó, Mỹ sẽ dành 52,7 tỷ USD hỗ trợ sản xuất và nghiên cứu chip bán dẫn, trong đó khoảng 28 tỷ được phân bổ để xây dựng và mở rộng các nhà máy sản xuất bán dẫn công nghệ tiên tiến và 10 tỷ sẽ được dành để mở rộng sản xuất bán dẫn đối với những công nghệ cũ hơn trong ngành ô tô và viễn thông.
Trong khi nhiều ngành công nghiệp đang phụ thuộc vào chip bán dẫn, sức mạnh mới của lĩnh vực sản xuất bán dẫn đặc biệt đáng chú ý khi nói tới ngành công nghiệp ô tô. Trong tình trạng thiếu hụt xảy đến, kết hợp với sự cạnh tranh từ những đối thủ mới như các hãng sản xuất ô tô điện, các công ty sản xuất chip bán dẫn sẽ ngày càng có ưu thế trước các hãng sản xuất ô tô và cuối cùng sẽ làm mở rộng hơn nữa năng lực cung ứng của các nhà cung cấp bán dẫn.
Khi ô tô ngày càng trở nên kết nối hơn và dựa trên phần mềm, các hãng sản xuất chip bán dẫn sẵn sàng đóng vai trò của những người bán công cụ và các thiết bị khác cho một “cuộc bùng nổ”. Do đó, với bất cứ hãng sản xuất bán dẫn nào cũng sẽ hứa hẹn tiềm năng thu được lợi nhuận từ bất cứ loại ô tô nào của các hãng sản xuất ô tô truyền thống hay nhà sản xuất xe điện mới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Deloitte (2019), Semiconductors - the Next Wave, pp.15-19.
[2] Craig Hart, Zhu Jiayan and Ying Jiahui (2018), Mapping China’s Climate and Energy Policies, pp.104.
[3] https://www.consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2022/12/01/chips-act-council-adopts-position/.
[4] https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/08/09/fact-sheet-chips-and-science-act-will-lower-costs-create-jobs-strengthen-supply-chains-and-counter-china/.