Eléctrico o no, autónomo o no — el vehículo moderno de hoy necesita energía para algo más que solo para llegar a su destino. La inteligencia integrada se encuentra ahora incluso en los automóviles de bajo precio, y todos estos sistemas inteligentes deben obtener energía de alguna parte.
Con los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), los diagnósticos impulsados por software y los sistemas de entretenimiento que ya son estándar en la mayoría de los vehículos, el vehículo moderno de hoy en día se describe a menudo como un “servidor sobre ruedas”. También se podría describir como un clúster de puntos finales, llenos de memoria y almacenamiento, sensores, procesadores y conectividad de red que comparten datos de manera interna, pero también fuera del vehículo. Cuanto más autónomo sea el vehículo, mayor será la inteligencia integrada y mayor el número de componentes necesarios para que todos los elementos inteligentes funcionen de forma rápida y confiable.
Todos estos componentes deben cumplir ciertos requisitos como dispositivos independientes, desde el punto de vista de la fiabilidad y el consumo de energía, y al mismo tiempo ser capaces de trabajar juntos como un todo sin competir por los recursos de una manera que comprometa el rendimiento y la seguridad funcional del vehículo.
Una mayor autonomía conlleva más componentes que consumen energía
La mayoría de los vehículos nuevos vienen equipados con ADAS, es importante recordar que hay una “s” al final de los “sistemas”. No se trata de un solo dispositivo, sino de un conjunto de dispositivos.
A menos que siga conduciendo un vehículo antiguo, su automóvil tendrá alguna forma de ADAS integrado, que se ajusta a los seis niveles de automatización de la conducción. El nivel 0 indica en concreto que — todo se hace de forma manual. El nivel 1 proporciona cierta asistencia al conductor, por lo general en forma de control de crucero. En el nivel 2, existe una automatización parcial de la dirección y la aceleración, pero el conductor sigue siendo responsable de controlar el entorno. A partir del nivel 3 es cuando entra en juego la creciente automatización y el sistema automatizado monitorea el entorno. Apenas estamos llegando al nivel 3, con los niveles 4 y 5 aún bastante lejos en el horizonte.
Para la mayoría de los conductores, el ADAS en el automóvil se materializa a través de beeps al retroceder para hacerle saber que se está acercando a un objeto, junto con una cámara de visión trasera para que no tenga que forzar el cuello para mirar detrás de usted, mientras que la velocidad de crucero es ahora una característica estándar. Estas funciones requieren potencia de cálculo y memoria, así como conectividad para llevar los datos de la cámara a la pantalla. Y lo que es más importante, deben tener capacidad de respuesta y ponerse en marcha con rapidez. La mayoría de los componentes del ADAS son pasivos y contribuyen a la confiabilidad general. Entre ellos se encuentran los capacitores autorregenerativos que asisten a los suministros de energía y reguladores a prueba de fallos en los circuitos automotrices.
Cuanto más inteligente es la función, más activos son los componentes, que incluyen cámaras, sensores y diversas pantallas que dependen de alguna forma del procesamiento, la memoria y el almacenamiento de datos, los cuales, a su vez, consumen energía y generan calor. Esto hace necesario equilibrar el consumo de energía y controlar la disipación térmica.
Avanzar más allá de las luces intermitentes
No todas las funciones inteligentes de los vehículos actuales son exclusivas del conductor. La luz de “chequeo del motor” ha evolucionado hacia los sistemas de diagnóstico incorporados (OBD), que al igual que los ADAS, también son estándar en una amplia gama de vehículos, incluido el automóvil familiar promedio o los camiones comerciales. Detrás de las luces del tablero de mandos hay sistemas cada vez más complejos que monitorean de manera constante la condición del vehículo llegando incluso a registrar datos. Hoy en día, los mecánicos son tanto capaces de conectar una computadora a un vehículo para diagnosticar un problema como meter la cabeza bajo el capó. Los sistemas OBD son ahora un elemento clave con respecto al mantenimiento y la reparación de los vehículos.
Al igual que ADAS, los sistemas OBD requieren toda una serie de componentes y elementos electrónicos, y todos ellos consumen energía. En el centro de cualquier sistema OBD se encuentra la unidad de control electrónico (ECU), que recoge los datos de varios sensores en todo el vehículo y los utiliza para controlar algunas de sus partes, como los inyectores de combustible, o para detectar problemas.
Y de la misma forma que el ADAS utiliza sensores para monitorear el entorno del vehículo, el sistema OBD hace lo propio a través del vehículo para controlar la parte electrónica, el chasis y el motor. Como es lógico, no se guardan todos los datos porque eso requeriría demasiada capacidad de almacenamiento. Sin embargo, el sistema retiene la información solo cuando la entrada se sale del rango normal en forma de un código de diagnóstico de problemas (DTC). Un DTC permitirá que la ECU envíe una señal que encienda una luz indicadora para que usted sepa que hay un problema — un "chequeo del motor" más inteligente, por así decirlo. Los indicadores actuales tienen matices que permiten saber si se trata de un problema urgente o de algo que puede esperar.
Más allá del diagnóstico de vehículos, los sistemas OBD pueden ayudar en las pruebas de emisiones y asistir a la telemática de vehículos comerciales para flotas enteras, al recopilar información sobre la eficiencia del combustible, el comportamiento del conductor y los diagnósticos remotos para guiar los programas de mantenimiento preventivo.
Un viaje entretenido requiere más energía
Los sistemas ADAS y OBD representan solo una parte del “infoentretenimiento” que se encuentra en la mayoría de los vehículos actuales. Los sistemas de entretenimiento han ido mucho más allá de gastar un poco más por un reproductor de CD en lugar de una simple radio. Además del GPS integrado, cada vez más automóviles cuentan con radio satelital, así como con la conectividad necesaria para los servicios de asistencia en carretera, como On-Star o Passenger Internet, independientemente de estar suscrito o no. Los vehículos familiares más grandes, como los minivans, pueden incluso incluir pantallas para reproducir videos que ayuden a mantener entretenidos a los pasajeros más jóvenes durante trayectos largos, y su automóvil puede almacenar música y videos en lugar de depender de que usted conecte su teléfono para acceder a su colección.
Todos estos sistemas explican por qué la analogía del “servidor sobre ruedas” es menos acertada que llamar al vehículo moderno un clúster de puntos finales. Los puntos finales, por supuesto, deben que estar conectados, ya sea un dispositivo de almacenamiento de memoria, una cámara o una señal de diagnóstico. Esta conectividad traslada los datos de un lado a otro, ya sea dentro del vehículo o para el receptor externo, y esto también requiere energía.
La conectividad genera consumo de energía
Para los enlaces que conectan varios elementos de los sistemas ADAS y OBD, los capacitores e inductores de radiofrecuencia (RF) se sustituyen cada vez más por inductores con capacidad–de descarga electrostática, ya que pueden endurecer los enlaces de RF y los sensores en todos los diseños de ADAS, mientras que los capacitores de integración con capacidad de impulso se pueden utilizar en las cámaras IR, la visión en estéreo y los módulos de mantenimiento de carril a fin de mejorar la confiabilidad del sistema.
Sin embargo, la mayor evolución en materia de conectividad de los vehículos es el 5G, que contribuye en gran medida a la creación de vehículos más inteligentes, en particular la funcionalidad autónoma del futuro. Ahora permite el acceso a los datos telemáticos de los vehículos para apoyar la gestión y el mantenimiento de la flota. Cuantos más datos se puedan recopilar de forma fácil y rápida, mayor será el grado de conocimiento, lo que beneficia a quienes diseñan los sistemas automotrices, a los propietarios de las flotas y a los conductores.
La conectividad también mejora el ADAS, ya que la recopilación de datos por parte del vehículo puede complementarse con fuentes externas, entre ellas, la nube y otros vehículos. Será necesario también contar con la alta velocidad de la tecnología 5G para lograr una conducción autónoma, así como para proporcionar la seguridad necesaria para compartir los datos de inferencia de la IA y las actualizaciones de software — en tiempo real, si fuera necesario. Las funciones de entretenimiento para los pasajeros también sacarán ventaja de la conectividad 5G para acceder a los contenidos de suscripción mediante el mismo equipo de red que los servicios de datos más esenciales sin comprometer el rendimiento, la confiabilidad o la seguridad.
Los componentes deben lograr un equilibrio entre potencia y rendimiento
Ya sea para el procesamiento, la memoria, el almacenamiento o la conectividad que se necesita para transferir datos, el consumo de energía debe ser un factor a tener en cuenta. Los procesadores que se necesitan para las tareas de uso intensivo de datos en el automóvil, como la visión por computadora y el aprendizaje profundo, tendrán que manejar flujos de información y procesarlos en tiempo real, mientras funcionan dentro de presupuestos de potencia específicos. Los procesadores de menor potencia también pueden reducir o incluso eliminar la necesidad de enfriamiento activo.
La utilización de ADAS de nivel 2 y 3 para apoyar funciones como la velocidad crucero adaptable, el mantenimiento del carril, el frenado automático y los sistemas de control del conductor también aumenta la demanda de contenidos de memoria en los vehículos. Para las pequeñas cantidades de datos que se deben almacenar en todos los dispositivos de un vehículo, las memorias existentes, como la flash NOR ofrecen capacidades de arranque rápido, por lo que las funciones se activan en cuanto el conductor gira la llave sin consumir energía cuando no es necesario.
Para aquellas funciones que deban procesarse con rapidez, pero que requieran una memoria de mayor capacidad, las memorias de baja potencia y eficiencia energética, como la LPDDR4X/5X, pueden ofrecer el mejor equilibrio entre potencia y rendimiento. Los modos de proceso más avanzados serán esenciales para hacer realidad los vehículos autónomos de nivel 4 y 5 que ejecuten aplicaciones con IA que requieran ambas cosas, aunque la GDDR6 puede ser la memoria preferible para que algunas aplicaciones permitan el uso de varias pantallas en los vehículos.
La consolidación contribuye a mejorar los perfiles de potencia
Como hay tantos dispositivos funcionando dentro de un vehículo, las arquitecturas corren el riesgo de fragmentarse más, por lo que se está pasando a tener un controlador de dominio para todas las ECU, mientras que los diseñadores de la industria automotriz aprovecharán los paquetes multichip para almacenar la memoria en un único paquete optimizado. Otro enfoque para consolidar los sistemas es combinar el almacenamiento de datos de los sistemas críticos con los sistemas no críticos, con suficiente inteligencia incorporada para priorizar las funciones.
Ahí es donde entra en juego la memoria flash NAND, pero en lugar de tener múltiples y discretos eMMC o dispositivos flash UFS, el almacenamiento se centralizará y consolidará con el aprovechamiento de las unidades SSD, que podrían albergar tanto la información esencial para la conducción como los contenidos de entretenimiento. Los sistemas de infoentretenimiento con mapas tienen una resolución cada vez mayor, lo que impulsará aún más la necesidad de una arquitectura que combine la informática y la memoria, además de ampliar las capacidades de flash necesarias, en especial cuando se registren cada vez más datos.
Las memorias más recientes, que presentan un menor consumo de energía, también resultan prometedoras para las aplicaciones de la industria automotriz. La MRAM integrada ha demostrado ser capaz de soportar el entorno extremo de la industria automotriz, mientras que la FRAM es adecuada para el registro de datos no volátiles de alta velocidad que necesitan los vehículos autónomos.
En última instancia, los perfiles de consumo de energía de los procesadores, la memoria y el almacenamiento son un factor clave en el desarrollo de vehículos más inteligentes, en especial a medida que se electrifican cada vez más. Al igual que se valora la eficiencia del combustible en un automóvil con motor de combustión, la eficiencia energética se está convirtiendo en una métrica cada vez más importante para los vehículos más inteligentes, cualquiera que sea su fuente de energía.
