KLA+汽車：創(chuàng)新、趨勢(shì)和與半導(dǎo)體的交匯

簡介與環(huán)境

盡管COVID-19對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了影響，半導(dǎo)體行業(yè)在2020年的表現(xiàn)卻好于預(yù)期，并為2021年及以后的加速增長整裝待發(fā)。全球冠狀病毒大流行大大增加了通信電子產(chǎn)品的市場需求，推動(dòng)了支持遠(yuǎn)程工作和學(xué)習(xí)的云計(jì)算的發(fā)展，為計(jì)算機(jī)、5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、智能手機(jī)、汽車、電視、家用電器、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備生產(chǎn)其中的關(guān)鍵芯片。事實(shí)上，在許多市場中這種爆炸性的需求已經(jīng)導(dǎo)致芯片供不應(yīng)求和交貨期延長。這一前所未有的情況讓我們看到了集成在汽車中的半導(dǎo)體芯片的數(shù)量之多，以及它們對(duì)汽車基本操作和功能的重要性。讓我們深入探討這個(gè)充滿活力的汽車話題，探索半導(dǎo)體工業(yè)帶來的一些關(guān)鍵的創(chuàng)新、趨勢(shì)和機(jī)遇。

汽車與消費(fèi)者

汽車作為當(dāng)今的主要交通工具，是我們生活中必不可少的一部分。目前，世界上有超過13億輛機(jī)動(dòng)車，預(yù)計(jì)到2035年這一數(shù)字將增至18億輛¹。載客汽車約占這些統(tǒng)計(jì)總數(shù)的74%，而輕型商用車和重型卡車、公共汽車、旅游巴士和小巴則占剩下的26%²。汽車為我們提供了便利和功能——獨(dú)特的自主旅行的能力，通常情況下我們可以按需決定時(shí)間和地點(diǎn)。我們的工作和個(gè)人生活方式依賴于汽車的性能、可靠性和安全性，每一天、每一周，年復(fù)一年，我們期許產(chǎn)品生命周期中有一致可靠的性能。毫無疑問，可靠性和安全性是消費(fèi)者購買車輛時(shí)的關(guān)鍵決定因素，也是汽車制造商保護(hù)客戶的首要考慮因素。

當(dāng)需要購買或租賃新車時(shí)，許多人會(huì)透過互聯(lián)網(wǎng)研究汽車品牌、型號(hào)、風(fēng)格、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、特性、功能、車輛質(zhì)量、可靠性、排名、定價(jià)、激勵(lì)措施、性能和評(píng)論等多種數(shù)據(jù)。對(duì)汽車購買的消費(fèi)者行為調(diào)查顯示了我們的實(shí)用性：外觀、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性和制造質(zhì)量都是購買汽車的十大理由。然而，做出汽車購買決定的主要原因之一仍然是可靠性^3,4，以及車輛在使用中保證乘客、其他人和周圍環(huán)境安全的能力。在本文中讓我們簡要回顧一下多年來汽車行業(yè)是如何轉(zhuǎn)變的，以及專家所做的一些預(yù)測。然后，我們將介紹實(shí)現(xiàn)汽車半導(dǎo)體器件價(jià)值的創(chuàng)新和關(guān)鍵拐點(diǎn)。最后，我們將說明KLA在半導(dǎo)體工藝控制中的作用及其對(duì)這個(gè)不斷發(fā)展的行業(yè)所提供的支持。

汽車創(chuàng)新

多年以來，汽車行業(yè)經(jīng)歷了大量的創(chuàng)新^5,6，其中包括：福特T型汽車（1908）、無線收音機(jī)（1933）、鑰匙（1949）、空調(diào)（1953）、安全帶（1958）、電動(dòng)車窗（20世紀(jì)60年代）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（1971年）、儀表板數(shù)字顯示（1974年）、安全氣囊（1974年）、車載診斷系統(tǒng)（1994年）、混合動(dòng)力車輛（1997年）、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（2000年）、先進(jìn)的駕駛員協(xié)助系統(tǒng)（ADAS;2010年代）和自動(dòng)駕駛（目前并持續(xù)改進(jìn)中）。當(dāng)今，這個(gè)不斷發(fā)展的汽車市場正由幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域帶動(dòng)著向前，尤其是汽車連接，電氣化和自動(dòng)駕駛^7,8。這些領(lǐng)域非常有吸引力，人們都渴望擁有這些功能，所以讓我們仔細(xì)看看這個(gè)趨勢(shì)。

汽車連接：免提移動(dòng)服務(wù)和車載導(dǎo)航是當(dāng)今大多數(shù)車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。遠(yuǎn)程信息處理、GPS導(dǎo)航、遠(yuǎn)程訪問、緊急服務(wù)，碰撞通知、語音協(xié)助、集成移動(dòng)應(yīng)用程序、彈出式顯示，3D繪圖等方面仍在不斷改進(jìn)。車輛之間的5G連接將增加。全球技術(shù)研究公司Gartner估計(jì)，到2020年底，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安裝將高達(dá)500億臺(tái)——其中許多都安裝在汽車內(nèi)⁷。連接性在車輛購買決定中變得舉足輕重，并且在未來可能會(huì)有更多影響⁸。

電氣化：純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的總銷量在2019年首次突破200萬輛的大關(guān)，占所有新車銷量的2.5%⁹。盡管受到全球新冠流行的影響，電動(dòng)汽車市場有望隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長而反彈。Deloitte預(yù)測全球電動(dòng)汽車將在未來十年實(shí)現(xiàn)29%的復(fù)合年增長率(CAGR)：電動(dòng)汽車總銷量將從2020年的250萬輛增長到2025年的1120萬輛，并在2030年達(dá)到3110萬輛。

自動(dòng)駕駛：自動(dòng)駕駛的發(fā)展分為五個(gè)階段。在過去幾年中，我們已經(jīng)看到越來越多車輛采用第1階段的ADAS，包括改進(jìn)的LIDAR距離感應(yīng)、車道偏離控制、盲區(qū)檢測、自動(dòng)巡航控制和改良攝像頭傳感器。汽車制造商目前在生產(chǎn)第2階段的車輛，而且很多制造商已經(jīng)開始展示（部分）第3階段的功能。最終的第5階段完全無需駕駛員，這是許多人都樂于接受的愿景，其前提是所有復(fù)雜的內(nèi)部及相互依賴的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施都已建立、測試并被充分證明。想像一下，在汽車載您前往目的地期間，您可以在PC上工作，進(jìn)行視頻會(huì)議，享用餐點(diǎn)或觀看電視節(jié)目或電影。那會(huì)有多酷！

汽車連接、電氣化和自動(dòng)駕駛等方面的創(chuàng)新很大程度上是透過集成更多電子產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的，這些電子產(chǎn)品的功能來自于其中數(shù)量眾多并不斷增加的硅元件。事實(shí)上，當(dāng)今車輛的核心是數(shù)以千計(jì)的半導(dǎo)體芯片，它們充當(dāng)車輛的眼睛、耳朵和大腦——感知環(huán)境、做出決策并控制行動(dòng)?，F(xiàn)代的汽車可能擁有8000個(gè)或更多的半導(dǎo)體芯片¹⁰，和100多個(gè)電子控制單元，目前占總車輛成本的35％以上——預(yù)計(jì)到2030年這一數(shù)字將增加到50％¹¹。 Gartner的報(bào)告稱汽車行業(yè)將在到2024年的未來四年期間經(jīng)歷最高的半導(dǎo)體復(fù)合增長率，達(dá)到9.3%¹²。

對(duì)于汽車中安裝的數(shù)千個(gè)芯片有一個(gè)簡單的事實(shí)：它們一定不能出故障。然而，今天汽車裝配線上超過一半的半導(dǎo)體故障（所謂的0km故障）都可以追溯到半導(dǎo)體制造工藝中出現(xiàn)的缺陷¹³。當(dāng)然，任何行駛中發(fā)生故障的芯片都會(huì)導(dǎo)致昂貴的召回和保修維修，也會(huì)損傷汽車制造商的品牌形象，最壞的情況，還可能導(dǎo)致人身傷害甚至生命損失。SEMI一直積極倡導(dǎo)整個(gè)汽車供應(yīng)鏈的可追溯性標(biāo)準(zhǔn)。PEER集團(tuán)的產(chǎn)品傳播者及SEMI標(biāo)準(zhǔn)可追溯性委員會(huì)的積極參與者Doug Suerich說：“歸根結(jié)底，這是一個(gè)安全問題。我們需要能夠在整個(gè)供應(yīng)鏈中收集數(shù)據(jù)，以便我們追蹤可靠性問題的來源、分析數(shù)據(jù)并針對(duì)那些對(duì)安全性至關(guān)重要的應(yīng)用程序采取糾正措施。汽車、醫(yī)療和航空航天設(shè)備需要能夠運(yùn)行五年、十年甚至更長時(shí)間。這對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來說，意味著重新定義良率¹⁴?！?/p>

KLA 在汽車市場中的作用

這就讓我們把視線轉(zhuǎn)向KLA，這個(gè)工藝控制和良率管理的領(lǐng)導(dǎo)者，以及該公司在這個(gè)行業(yè)中的關(guān)鍵角色。2019年5月，KLA成為第一家被汽車電子委員會(huì)（AEC）接納成為準(zhǔn)會(huì)員的半導(dǎo)體設(shè)備公司，該組織為汽車行業(yè)的電子元件制訂規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。我們非常高興在密歇根州安娜堡成立第二個(gè)北美總部。緊鄰美國汽車工業(yè)的中心，我們?cè)诓粩鄶U(kuò)大以人工智能為重點(diǎn)的研發(fā)計(jì)劃。

今天半導(dǎo)體需求高漲，其中大部分是由通信和消費(fèi)電子產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)——這通常被認(rèn)為是一個(gè)“好問題”——但已經(jīng)引起了一些供應(yīng)鏈問題，并影響了汽車、個(gè)人電腦、家用電器等的生產(chǎn)。許多晶圓廠已經(jīng)在以100%的產(chǎn)能運(yùn)行，不能通過簡單地增加晶圓而增產(chǎn)；計(jì)劃中的新晶圓廠和擴(kuò)建也無法在短期內(nèi)解決這個(gè)問題。提供更多功能（和可靠）芯片給汽車制造商的一個(gè)可能是在那些制造這些緊俏芯片的晶圓廠中提高其最終測試良率。

今天，KLA 的檢測、量測、數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新的芯片篩選解決方案正在幫助汽車IC制造商改進(jìn)工藝控制方法并提高良率。我們幫助芯片制造商實(shí)施零缺陷策略，通過在線檢測和發(fā)現(xiàn)潛在的可靠性缺陷來優(yōu)化汽車電子產(chǎn)品的可靠性，避免高故障可能性的芯片離開晶圓廠。我們與多家半導(dǎo)體制造商和OEM汽車制造商合作，并提供了獨(dú)特的工藝控制和篩選策略，用以提高芯片質(zhì)量、晶圓廠產(chǎn)出良率、可靠性并降低總成本。

參考資料：  

1. https://www.live-counter.com/number-of-cars/

2. https://www.worldometers.info/cars/  

3. https://www.nydailynews.com/autos/buyers-guide/10-top-reasons-people-buy-specific-cars-article-1.2552707

4. https://www.cargurus.com/Cars/articles/10_good_reasons_to_buy_a_new_car

5. https://news.jardinemotors.co.uk/lifestyle/the-history-of-car-technology

6. http://www.softschools.com/timelines/car_timeline/224/

7. https://www.wired.com/brandlab/2016/02/how-connectivity-is-driving-the-future-of-the-car/

8. https://www.mckinsey.com/industries/semiconductors/our-insights/mobility-trends-whats-ahead-for-automotive-semiconductors

9. https://www2.deloitte.com/uk/en/insights/focus/future-of-mobility/electric-vehicle-trends-2030.html

10. Senftleben and Froehlich, Aspects of Semiconductor Quality from an OEM Perspective, April 2017

11. https://www.statista.com/statistics/277931/automotive-electronics-cost-as-a-share-of-total-car-cost-worldwide/

12. Gartner Semiconductor Forecast Database, Worldwide, 3Q20 Update

13. https://blog.semi.org/technology-trends/automotive-trends-chip-traceability-zero-defects-and-collaboration

14. https://blog.semi.org/technology-trends/automotive-driving-traceability?hs_preview=HeprKiUo-11520026950