Тренды 2022 года в области электроники

2022 год, наполненный различными событиями, уже уходит. Давайте посмотрим на него с точки зрения электроники и электронных компонентов, и вспомним какие тенденции и направления были актуальны в этом году, и как они отразятся на прогрессе в будущем.

Быстрое развитие в области Интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (ИИ), беспроводных технологий и беспроводной зарядки – одни из самых важных факторов, стоящих за разработкой новых электронных компонентов в 2022 году. Индустрия 4.0, умные города и здравоохранение, экологически чистая инженерия, сети 5G и автономная мобильность – перед инженерами стояли сложные задачи, связанные с размером, энергопотреблением, возможностью подключения, обработкой данных с датчиков и даже простотой внедрения. Вместе они определяли некоторые из крупнейших тенденций в области компонентов в отрасли.

Однако в течение следующих нескольких лет одной из самых больших проблем, с которыми столкнутся отрасль и мир, станет энергопотребление, особенно в связи с растущим ассортиментом устройств IoT. Также существует тренд заботы об окружающей среде и необходимость сокращения выбросов парниковых газов, что заставляет промышленность разрабатывать новые компоненты, решающие эти проблемы.

В 2022 году перед разработчиками стояли две большие задачи: снижение энергопотребления и повышение КПД. 2022 год во многом определил некоторые ключевые тенденции в области компонентов, которые будут развиваться в течение следующих нескольких лет: силовые устройства на основе нитрида галлия (GaN), системы управления батареями (BMS) для электромобилей (EV) и системы накопления энергии (Energy Harvesting). Другими технологиями, обеспечивающими значительный прогресс, являются датчики обнаружения света и дальности (LiDAR) для повышения безопасности в современных системах помощи водителю (ADAS) и автономных транспортных средств (AV), а также датчики газа для улучшения здоровья и безопасности людей.

Нитрид галлия

GaN – это материал с широкой запрещенной зоной, который обеспечивает более высокую частоту переключения, меньшие потери, более высокую удельную мощность и лучшее управление температурой по сравнению с кремниевыми (Si) аналогами. Было доказано, что с точки зрения основных свойств, таких как ширина запрещенной зоны, критическое электрическое поле и подвижность электронов, все они лучше кремния. Силовые и радиочастотные устройства на основе GaN, наряду с полупроводниковым карбидом кремния (SiC), добиваются успехов в электронике оборудования сетей 5G.

Эти силовые микросхемы находят применение в приложениях на частотах выше 6 ГГц и миллиметровых волнах. Эти устройства становятся меньше и устраняют или, по крайней мере, уменьшают потребность во внешних компонентах благодаря их более высокому КПД и/или большей интеграции. Еще одна широкая область их применения – управление промышленными двигателями, где GaN может заменить полевые МОП-транзисторы и IGBT.

Yole Group ожидает, что рынок компонентов GaN для систем передачи данных/телекоммуникаций достигнет более 617,8 млн долларов в 2027 году, а совокупный годовой темп роста составит 69% в течение прогнозируемого периода 2021–2027 годов. Другим важным драйвером спроса будет автомобильная промышленность, которая, по прогнозам Yole, превысит 227 миллионов долларов к 2027 году с среднегодовым темпом роста 99% в течение прогнозируемого периода.

Тем не менее, одной из самых больших областей роста являются быстрые зарядные устройства GaN для мобильных устройств. В 2022 году было представлено множество устройств для быстрой зарядки с номинальной мощностью 65 Вт, 100 Вт, 140 Вт, 150 Вт и 250 Вт. Производители устройств GaN, такие как GaN Systems и Navitas, сообщают о значительно более быстрой зарядке с гораздо более легкими и компактными конструкциями, у которых экономия энергии составляет в районе до 40% по сравнению с кремниевыми решениями. Что мы можем ожидать от GaN в будущем, так это повышение эффективности, размера и интеграции.

Системы управления зарядом аккумуляторов (BMS)

BMS управляет и контролирует аккумуляторные батареи или блоки. Это важнейший компонент электромобиля, состоящий из нескольких подсистем, обеспечивающих балансировку ячеек, защиту и уведомление о состоянии батарей. Ключевыми задачами для разработчиков продуктов являются оптимизация энергопотребления с помощью функций мониторинга и управления, а также обеспечение безопасности и длительного срока службы батареи. В то же время, они также должны уменьшить размер и вес.

По данным ReportLinker.com, рынок BMS уже представляет собой крупную отрасль: ожидается, что в 2027 году он достигнет 10,8 млрд долларов по сравнению с 7,9 млрд долларов в 2020 году. Тем не менее, рост спроса на электромобили наряду с правительственными мандатами будет способствовать новым достижениям и спросу на эти системы безопасности. Все крупные автопроизводители объявили о планах по производству электромобилей на уровне от 40% до 50% от их годового объема к 2030 году.

Устройства сбора и накопления энергии

Ожидается, что с распространением периферийных и носимых устройств Интернета вещей технологии сбора энергии получат более широкое распространение, что позволит устройствам работать без батарей. Новые приложения включают носимые медицинские устройства и системы удаленного мониторинга состояния здоровья. Система сбора энергии может использоваться автономно как независимый источник питания или как вспомогательный источник питания для аккумуляторов. Эти системы используют небольшое количество энергии окружающей среды из различных источников, таких как вибрация, солнечная энергия, ветер, тепло и радиочастоты. В 2022 году также была проделана работа по сбору энергии из других источников, таких как линии электропередач, океанские волны и даже деревья.

По данным Grandview Research, мировой рынок систем сбора энергии, как ожидается, достигнет 986,3 млн долларов в 2028 году по сравнению с 488,3 млн долларов в 2021 году. Большой движущей силой роста является IoT, включая умные города, умные дома, промышленный IoT и системы межмашинного взаимодействия. Согласно отчету, это обусловлено растущей осведомленностью об окружающей среде, в том числе целями по сокращению выбросов парниковых газов и растущим спросом на энергию.

Лидары

Игроки отрасли называют лидар ключевой технологией и важным блоком для беспилотных автомобилей. Ожидается, что лидарные датчики будут всецело адаптированы в системы помощи водителю в течение следующих пяти лет. Эти устройства обеспечивают точные 3D-изображения окружения автомобиля в режиме реального времени. Ожидается, что автомобильный рынок лидаров достигнет 2,0 млрд долларов в 2027 году по сравнению с 38 млн долларов в 2021 году, по данным Yole Group.

Лидары превратились из больших, неуклюжих механических вращающихся решений на крыше транспортного средства, которые стоят тысячи долларов, в твердотельные устройства гораздо меньшего размера. Тем не менее, рынок по-прежнему напоминает Дикий Запад: более 80 лидар-компаний с почти таким же количеством технологий, поэтому у автопроизводителей по-прежнему будет множество вариантов для оценки. Одним из примеров является новый твердотельный LiDAR XenoLidar-X от XenoMatiX для систем ADAS, который работает на расстоянии более 200 метров, работает при любом освещении и погодных условиях и использует «четырехмерный ИИ» для обработки изображения.

Некоторые из последних инноваций в области лидаров также направлены на упрощение интеграции в автомобильные системы. Одним из примеров является интеллектуальная сенсорная платформа AEye Inc. 4Sight, которая обеспечивает адаптивный лидар для программно-определяемых транспортных средств, что является растущей тенденцией в автомобильной промышленности, которая позволяет использовать функции и функции с помощью программного обеспечения, а также беспроводных обновлений.

Датчики газа

Традиционные примеры применения для газовых датчиков можно увидеть в системах мониторинга окружающей среды, промышленных, медицинских и автомобильных приложениях. Тем не менее, они проникают в приложения для мониторинга умного дома и умного города, вызванные растущей озабоченностью качеством воздуха в помещениях и загрязнением окружающей среды, измеряя газы в диапазоне частей на миллиард (ppb). Они также добавляют новые функции ИИ. По данным IDTechEx, одной из растущих тенденций для этих «электронных носов» является сочетание газовых датчиков с алгоритмами машинного обучения. Ориентируясь на более избирательные измерения качества воздуха, чем существующие датчики газа, они открывают новые области применения, например, для мониторинга лесных пожаров.

Датчик газа ZMOD4510 от Renesas Electronics Corp. для мониторинга качества наружного воздуха включает новый алгоритм на основе искусственного интеллекта. Алгоритм на основе искусственного интеллекта обеспечивает селективные измерения озона со сверхнизким энергопотреблением и может количественно определять селективные уровни озона при концентрациях до 20 частей на миллиард. Забегая вперед, IDTechEx прогнозирует, что с использованием программного обеспечения и передовых материалов для дальнейшей миниатюризации датчики газа будут использоваться в новых приложениях для смартфонов, носимых устройств и умной упаковки. Тем не менее, по словам исследователя рынка, еще предстоит проделать работу по стандартизации.

© digitrode.ru