汽車(chē)行業(yè)半導(dǎo)體的未來(lái)之路

在過(guò)去的幾年里，許多技術(shù)已經(jīng)融入汽車(chē)行業(yè)，特別是汽車(chē)的大規(guī)模生產(chǎn)，包括增強(qiáng)型激光雷達(dá)傳感器和基于智能攝像頭的傳感器。這些創(chuàng)新的核心在于對(duì)半導(dǎo)體的日益依賴。

在汽車(chē)已成為車(chē)輪上的高性能計(jì)算機(jī)的時(shí)代，汽車(chē)制造商面臨著新的復(fù)雜性——適應(yīng)汽車(chē)行業(yè)利用半導(dǎo)體計(jì)算能力的范式轉(zhuǎn)變。

根據(jù)麥肯錫的預(yù)測(cè)，到 2030 年，自主芯片預(yù)計(jì)將創(chuàng)造超過(guò) 290 億美元的收入，探索半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)很高。

在本文中，我們將通過(guò)利益和不斷變化的市場(chǎng)的方式深入探討半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的作用。

半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

電動(dòng)汽車(chē)和無(wú)人駕駛汽車(chē)的日益普及要求汽車(chē)行業(yè)半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，這將使空間變得更加智能和節(jié)能。

改進(jìn)的連接性：作為駕駛員，我們已經(jīng)熟悉使用車(chē)載 GPS 的路線圖繪制和道路封閉等功能，這些功能是通過(guò)在汽車(chē)中集成半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)運(yùn)行的。高級(jí)傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體可微調(diào)車(chē)輛中預(yù)裝的系統(tǒng)。該半導(dǎo)體還用于處理和感知車(chē)輛計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的可靠、準(zhǔn)確和及時(shí)的控制。

電動(dòng)汽車(chē)：電氣化為汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了驚人的功能——管理混合動(dòng)力汽車(chē)的電池、提高汽車(chē)的燃油燃燒效率，甚至通過(guò)再生制動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)電動(dòng)汽車(chē)的能量。汽車(chē)行業(yè)的半導(dǎo)體通過(guò)管理效率和快速?zèng)Q策來(lái)簡(jiǎn)化這些復(fù)雜的流程。

更好的安全性：自動(dòng)駕駛車(chē)輛的主要賣(mài)點(diǎn)之一是其制動(dòng)系統(tǒng)可以在幾分之一秒內(nèi)發(fā)揮作用。半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)最為明顯。該軟件以實(shí)時(shí)響應(yīng)的方式支持巡航控制、緊急制動(dòng)系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)、停車(chē)攝像頭輔助、碰撞避免傳感器等功能。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)數(shù)量不斷增加：當(dāng)前最大的革命之一是自動(dòng)駕駛汽車(chē)。借助基于人工智能的技術(shù)，這些車(chē)輛可以在「自動(dòng)駕駛模式」下從一個(gè)地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)地點(diǎn)，無(wú)需任何人工協(xié)助。為了微調(diào)這個(gè)極其復(fù)雜的模型，汽車(chē)行業(yè)正在使用先進(jìn)的半導(dǎo)體。

高級(jí)駕駛輔助：巡航控制、語(yǔ)音控制 GPS 導(dǎo)航、主動(dòng)轉(zhuǎn)向和 OTA 更新等多項(xiàng)功能完全依賴于汽車(chē)中的半導(dǎo)體技術(shù)。這些半導(dǎo)體充當(dāng)汽車(chē)半導(dǎo)體軟件解決方案和現(xiàn)代汽車(chē)的車(chē)輛功能之間的橋梁。

擴(kuò)展電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程：現(xiàn)代半導(dǎo)體通過(guò)每秒開(kāi)關(guān)數(shù)千次的能力提供高效率。這會(huì)導(dǎo)致功率損耗大幅下降，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命并延長(zhǎng)續(xù)航里程。這些半導(dǎo)體還幫助汽車(chē)原始設(shè)備制造商使用小型電池，使他們能夠通過(guò)減少空間來(lái)設(shè)計(jì)新的汽車(chē)架構(gòu)。

半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的所有這些優(yōu)勢(shì)的一個(gè)共同點(diǎn)在于該技術(shù)的工作原理。為了了解半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用深度，了解其中的內(nèi)容至關(guān)重要。

接下來(lái)讓我們看看半導(dǎo)體軟件的關(guān)鍵組件。

汽車(chē)行業(yè)半導(dǎo)體關(guān)鍵零部件

汽車(chē)領(lǐng)域的半導(dǎo)體技術(shù)不斷進(jìn)步，導(dǎo)致芯片嚴(yán)重短缺。雖然短缺主要是供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)，但其含義很明顯——半導(dǎo)體將改變汽車(chē)領(lǐng)域?，F(xiàn)在，對(duì)于一家軟件公司來(lái)說(shuō)，要構(gòu)建一個(gè)連接半導(dǎo)體和硬件（汽車(chē)）的系統(tǒng)，了解該技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)非常重要。

汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)可以輕松分為四個(gè)部分。第一個(gè)是用于傳統(tǒng)汽車(chē)功能（例如防抱死制動(dòng)和排放控制）的微控制器，第二個(gè)是將汽車(chē)與互聯(lián)網(wǎng)連接的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器芯片。接下來(lái)，還有另外兩個(gè)類(lèi)別致力于汽車(chē)的自主功能：傳感器和攝像頭芯片以及充當(dāng)汽車(chē)大腦的處理芯片。

以下是組合在一起使該部分完整的不同組件。

微控制器：微控制器或 MCU 是由存儲(chǔ)器、CPU（中央處理單元）和各種外圍接口組成的集成電路。它們?cè)谄?chē)應(yīng)用中用于控制和監(jiān)測(cè)功能，如車(chē)身控制、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、動(dòng)力總成控制和信息娛樂(lè)系統(tǒng)。

數(shù)字信號(hào)處理器：DSP 是專(zhuān)為執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)而設(shè)計(jì)的微處理器。在汽車(chē)領(lǐng)域，它們用于語(yǔ)音識(shí)別、ADAS 系統(tǒng)中的圖像處理、音頻處理和其他計(jì)算量大的活動(dòng)。

專(zhuān)用集成電路：ASIC 是為某些特定汽車(chē)用途而構(gòu)建的個(gè)性化集成電路。它們提供高性能并為特殊功能（例如特定車(chē)輛控制系統(tǒng)、圖像處理和 ADAS 算法）建立集成能力。

電氣控制單元：ECU 是關(guān)鍵的車(chē)輛部件，其功能由汽車(chē)半導(dǎo)體控制。它們通過(guò)使用傳感器接口、微控制器和通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、精確控制以及車(chē)內(nèi)多個(gè)系統(tǒng)的組合。這最終會(huì)提高車(chē)輛的安全性、性能和功能。

電源管理 IC：電源管理集成電路的主要任務(wù)是控制和管理車(chē)輛的電源。這些組件可確保整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)保持有效的配電、電壓調(diào)節(jié)和保護(hù)。

傳感器：汽車(chē)傳感器對(duì)于從車(chē)輛內(nèi)部系統(tǒng)和周?chē)h(huán)境收集信息至關(guān)重要。這些傳感器包括位置傳感器、壓力傳感器、陀螺儀、接近傳感器、溫度傳感器、加速度計(jì)等。它們共同收集和發(fā)送用于環(huán)境控制系統(tǒng)、ADAS 和發(fā)動(dòng)機(jī)管理等多種用途的信息。

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）：該技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的半導(dǎo)體中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。基于 MEMS 的半導(dǎo)體為汽車(chē)行業(yè)提供高級(jí)驅(qū)動(dòng)和傳感功能，最終有助于提高車(chē)輛的安全性、易用性和性能。這使得智能系統(tǒng)能夠跟蹤并響應(yīng)一系列車(chē)輛和環(huán)境條件，從而改善整體駕駛體驗(yàn)。

雖然這些涵蓋了技術(shù)方面的半導(dǎo)體領(lǐng)域，但為了使該技術(shù)滿足汽車(chē)不斷增長(zhǎng)的需求，半導(dǎo)體技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的作用必須成為投資和合作伙伴關(guān)系驅(qū)動(dòng)的。以下概述了汽車(chē)制造商和半導(dǎo)體制造公司之間的合作。

雖然半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)公司和汽車(chē)制造商之間的合作伙伴關(guān)系正在共同為汽車(chē)制造商和駕駛員帶來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)的好處，但也存在一些不容忽視的挑戰(zhàn)。

由于簡(jiǎn)化聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛、自動(dòng)駕駛、動(dòng)力總成電氣化和共享移動(dòng) (ACES) 要求所需的電子架構(gòu)和車(chē)載軟件日益復(fù)雜，汽車(chē) OEM 面臨著一系列障礙。雖然他們正在與軟件公司合作或建立內(nèi)部團(tuán)隊(duì)來(lái)應(yīng)對(duì)大部分挑戰(zhàn)，但升級(jí)半導(dǎo)體將需要在業(yè)務(wù)層面上采取一套新的戰(zhàn)略。

深入了解汽車(chē)半導(dǎo)體軟件開(kāi)發(fā)的端到端架構(gòu)（從軟件用例到半導(dǎo)體），以優(yōu)化系統(tǒng)。

制定招聘和保留計(jì)劃，以建立內(nèi)部半導(dǎo)體專(zhuān)業(yè)知識(shí)；無(wú)論汽車(chē)原始設(shè)備制造商的設(shè)計(jì)決策如何，他們都需要理解和衡量概念的員工。

確保他們將精力集中在半導(dǎo)體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)上，從而避免資源分散。這樣可以輕松地在真正重要的功能上加倍努力（例如，專(zhuān)注于 ADAS 中的一個(gè)用例領(lǐng)域）

尋找戰(zhàn)略合作伙伴來(lái)實(shí)施半導(dǎo)體戰(zhàn)略并加速整合工作。

Appinventiv 如何幫助制定汽車(chē)行業(yè)半導(dǎo)體戰(zhàn)略？

作為我們電動(dòng)汽車(chē)解決方案的一部分，我們利用我們?cè)诎雽?dǎo)體和汽車(chē)行業(yè)的深厚專(zhuān)業(yè)知識(shí)，根據(jù)半導(dǎo)體的技術(shù)和軟件復(fù)雜性評(píng)估汽車(chē) OEM 的基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備情況。一旦建立起來(lái)，我們就會(huì)構(gòu)建一個(gè)架構(gòu)，將半導(dǎo)體變成中間件——通過(guò)云將信息發(fā)送到應(yīng)用程序，然后向半導(dǎo)體發(fā)出信號(hào)，通過(guò)其車(chē)輛控制以某種方式做出響應(yīng)——所有這些都在幾分之一秒內(nèi)完成。

此外，我們還擁有幫助汽車(chē)制造商了解半導(dǎo)體功能并以能夠自信地集成技術(shù)和后端軟件的方式使用它的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)從多個(gè)角度研究了汽車(chē)行業(yè)中的半導(dǎo)體概念，讓我們以對(duì)該技術(shù)未來(lái)的展望來(lái)結(jié)束本文。

汽車(chē)行業(yè)半導(dǎo)體的未來(lái)之路

汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)分為多個(gè)組成部分，許多參與者正在進(jìn)入該領(lǐng)域以滿足該技術(shù)采用的需求，例如德州儀器、羅姆、瑞薩電子、恩智浦半導(dǎo)體、英特爾和英偉達(dá)等。技術(shù)和合作伙伴關(guān)系最終正在共同塑造技術(shù)的未來(lái)。

讓我們看看該技術(shù)在未來(lái)可能會(huì)發(fā)生的一些其他重要事件。

支持車(chē)載人工智能

汽車(chē)行業(yè)將使用半導(dǎo)體來(lái)支持車(chē)載人工智能系統(tǒng)來(lái)復(fù)制、增強(qiáng)和支持人類(lèi)的行為。在未來(lái)完全無(wú)人駕駛的車(chē)輛中，人工智能將根據(jù)車(chē)內(nèi)和環(huán)境傳感器推斷要采取哪些行動(dòng)。這就是半導(dǎo)體將用于以無(wú)故障方式部署這些人工智能系統(tǒng)的地方。

車(chē)對(duì)路通訊

車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使車(chē)輛能夠與周?chē)h(huán)境進(jìn)行通信，使駕駛變得高效、安全。該技術(shù)可以在駕駛員能見(jiàn)度為零的情況下告知前方情況，并且能夠看到半徑達(dá)一英里的拐角和障礙物。為了以更實(shí)時(shí)的方式支持通信，將使用大量半導(dǎo)體。

超寬帶技術(shù)發(fā)展

UWB 提供精確、安全和實(shí)時(shí)的定位能力，這是藍(lán)牙、GPS 和 Wi-fi 等無(wú)線技術(shù)無(wú)法比擬的。該技術(shù)旨在為基于 UWB 的汽車(chē)和設(shè)備提供空間感知能力，使它們能夠了解用戶所在的位置。

半導(dǎo)體在這里的作用將體現(xiàn)在創(chuàng)建將車(chē)輛與智能手機(jī)連接起來(lái)的汽車(chē) UWB IC 中。

智能汽車(chē)需求影響半導(dǎo)體價(jià)值

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，智能汽車(chē)越來(lái)越多地使用更多的芯片。例如，就自動(dòng)駕駛汽車(chē)而言，平均所需芯片數(shù)量從 8 個(gè)開(kāi)始，最多可達(dá) 20 個(gè)傳感器芯片。此外，自動(dòng)駕駛汽車(chē)所進(jìn)行的海量數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)，導(dǎo)致需要在車(chē)上安裝多個(gè)智能、高存儲(chǔ)芯片。

傳感器數(shù)量不斷增加

Autonomy 正在為車(chē)輛帶來(lái)更多高性能傳感器，這些傳感器需要運(yùn)行先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)。目前，近紅外激光雷達(dá)是 SAE 3 級(jí)車(chē)輛中部署最多的傳感器，但是，它將很快過(guò)渡到短波紅外，因?yàn)樗峁┝烁玫男阅軆?yōu)勢(shì)。這種轉(zhuǎn)變將需要 ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）和自動(dòng)駕駛市場(chǎng)中更高價(jià)值的半導(dǎo)體。

硬件和軟件之間更好的集成

隨著量產(chǎn)時(shí)代的到來(lái)，汽車(chē)原始設(shè)備制造商的重點(diǎn)主要集中在硬件的優(yōu)化和機(jī)械部件的開(kāi)發(fā)上，以提高汽車(chē)的使用壽命。然而，對(duì)于希望在自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域脫穎而出的制造商來(lái)說(shuō)，專(zhuān)注于硬件可能是違反直覺(jué)的。

當(dāng)前的需要是在汽車(chē)原始設(shè)備制造商和芯片制造公司之間建立更好的合作，使制造商在其車(chē)隊(duì)中使用的微芯片的規(guī)格和特性定義方面擁有發(fā)言權(quán)。

預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體

目前大多數(shù)傳感器僅限于「觀察」環(huán)境，為了擴(kuò)大用例，公司已開(kāi)始尋找支持基于預(yù)測(cè)的跟蹤和分析的芯片。以下是這些芯片如何工作的示例。想象一下，您旁邊車(chē)道上的汽車(chē)突然想要超越前面的汽車(chē)進(jìn)入您的車(chē)道，它們會(huì)留下提示，比如被傳感器捕獲并被半導(dǎo)體分析時(shí)的輕微軌跡變化可以幫助防止危險(xiǎn)的交通情況。

基于 5G 和 6G 的交互

現(xiàn)代汽車(chē)并不是作為孤立的實(shí)體運(yùn)行的。他們始終與周?chē)幕A(chǔ)設(shè)施和車(chē)輛保持連接，并且每周 7 天、每天 24 小時(shí)不間斷地共享關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)。這種持續(xù)的信息交換取決于穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，這就是汽車(chē)原始設(shè)備制造商和芯片制造商對(duì) 5G 和 6G 技術(shù)感興趣的原因。

5G 和 6G 網(wǎng)絡(luò)連接具有利用高頻射頻的潛力，可將大帶寬和地理覆蓋范圍與有限的信號(hào)故障相結(jié)合。然而，它們的集成需要芯片制造商以 100 GHz 或更高的容量運(yùn)行——半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)公司已經(jīng)開(kāi)始研究這一點(diǎn)。

更好的能源效率

隨著電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)量的增加，對(duì)節(jié)能半導(dǎo)體的需求也隨之增加。芯片制造商有多種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題——使用人工智能來(lái)權(quán)衡計(jì)算資源，改用寬帶隙半導(dǎo)體功率器件來(lái)管理電力的控制、轉(zhuǎn)換和處理。此外，他們還在嘗試使用碳化硅元件作為主要技術(shù)，因?yàn)樘蓟柙哂懈偷膿p耗、高開(kāi)關(guān)頻率、在惡劣環(huán)境下更強(qiáng)的魯棒性以及更高的工作溫度等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

半導(dǎo)體在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用比以前更加普遍，這導(dǎo)致汽車(chē)制造商（汽車(chē)原始設(shè)備制造商）和半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)公司之間建立更多的合作伙伴關(guān)系。這些合作伙伴關(guān)系帶來(lái)的是汽車(chē)行業(yè)走向電氣化和自動(dòng)化的新時(shí)代。