汽車電子組件：一個正在發(fā)展的市場(上)

　　汽車中出現(xiàn)的電子設(shè)備和系統(tǒng)越來越多，而它們也是汽車功能創(chuàng)新的驅(qū)動力。

　　汽車廠商正在越來越多地使用電子系統(tǒng)和半導(dǎo)體集成電路用于汽車的各種應(yīng)用，包括駕駛員信息和通信、車內(nèi)娛樂電子設(shè)備、傳動系和身體控制電子設(shè)備以及汽車安全和舒適設(shè)備。

　　全球每年7億輛汽車的銷售量為汽車電子產(chǎn)品提供了巨大的市場機(jī)會。僅在西歐的汽車銷售量就達(dá)到了大約2.50億輛。據(jù)市場研究公司Research & Markets（研究與市場）預(yù)測，到2010年，汽車中使用的電氣和電子產(chǎn)品元件占汽車總成本的比例將從目前的25%提高到40%.集成在汽車中的電氣和電子組件中的一半是半導(dǎo)體集成電路。隨著市場價值在2011年達(dá)到1.23億歐元（1.80億美元）和平均年增長率達(dá)到6%至9%，汽車電子將成為電子產(chǎn)品市場中的主要分市場之一。

圖1 全球汽車保有量預(yù)測
數(shù)據(jù)來源：Goldman Sache Economist

　　這個增長率與全球汽車生產(chǎn)增長率形成了鮮明的對照。全球汽車生產(chǎn)在預(yù)測期內(nèi)的平均年增長率是大約3%.因此，從銷售收入方面看，汽車電子市場正在以比汽車市場快得多的速度增長。這顯示了企業(yè)電子密度和復(fù)雜性日益增加的總趨勢。據(jù)德國ZVEI（德國電氣電子工業(yè)協(xié)會）組織稱，全球汽車微電子市場將增長11.9%.到2011年，全球汽車微電子市場的銷售收入將從2006年的191億美元增長到335億美元。

　　汽車電子已經(jīng)成為汽車市場的主要差異化標(biāo)準(zhǔn)之一。在利潤明顯減少、銷售和生產(chǎn)增速下降、競爭更加激烈和汽車日益商品化的汽車市場，汽車電子產(chǎn)品將為汽車增加價值，特別是在西歐國家。

　　汽車市場的一個重要推動因素是管理部門要求提高安全性和減少汽車污染排放的規(guī)定。法律能夠很快創(chuàng)建這個市場快速發(fā)展的條件。

　　在未來五年里，有五個領(lǐng)域預(yù)計(jì)將推動汽車電子的增長和技術(shù)創(chuàng)新。這些領(lǐng)域包括：減少排放和提高發(fā)動機(jī)效率；傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)向電子控制（所謂的“x-by-wire”系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)）過渡以提高安全性和減少功耗；增強(qiáng)個性化功能，如導(dǎo)航和通信系統(tǒng)；方便性和舒適性的日益增長的需求；新興國家對汽車日益增長的需求。

　　在這五個領(lǐng)域中，導(dǎo)航和通信系統(tǒng)以及提高汽車安全性的解決方案提供了提高半導(dǎo)體在汽車中應(yīng)用的最大潛力。

　　中國汽車市場

　　中國汽車市場正在繁榮增長。據(jù)市場研究公司iSupply稱，到2011年，中國的全球電子系統(tǒng)生產(chǎn)將是半導(dǎo)體消費(fèi)量的一倍，達(dá)到184億美元。這種增長的主要原因是國內(nèi)輕型汽車生產(chǎn)對電子原件增長的需求和許多全球汽車廠商正在把生產(chǎn)活動轉(zhuǎn)移到中國。

圖2 中國汽車市場開始繁榮(圖片拍攝于上海汽車電子展)

　　來自美洲、歐洲、日本和韓國的國際汽車電子系統(tǒng)和組件供應(yīng)商已經(jīng)開始與中國公司建立合資企業(yè)。這些外國公司包括Delphi、Bridgestone和Bosch.在最近的幾年里，通用汽車公司已經(jīng)投資了3.50億美元在中國西南部的廣西壯族自治區(qū)柳州市的五菱合資企業(yè)總部建設(shè)一個現(xiàn)代的生產(chǎn)廠。這些工廠生產(chǎn)商用的、低價格的、耗油量低的輕型汽車。這與通用汽車在北美的戰(zhàn)略正好相反。通用汽車在北美主要銷售大型、昂貴的SUV和卡車。這個戰(zhàn)略目前受到了汽油價格上漲和消費(fèi)者口味變化的挑戰(zhàn)。消費(fèi)者現(xiàn)在對環(huán)境保護(hù)越來越自覺。此外，分析師預(yù)測，全球小型企業(yè)需求量在未來十年里將增長30%.中國汽車市場去年增長了25%.中國已經(jīng)超過日本成為全球第二大汽車市場，汽車年銷售量達(dá)800萬輛，其中包括微型卡車和微型汽車。由于中國每100人的汽車擁有量為10%，而美國和西歐每100人的汽車擁有量是80%，因此，中國的增長潛力是巨大的。據(jù)研究公司AC Nielsen稱，中國希望擁有一輛汽車的人比其它任何國家都多，但是，他們現(xiàn)在還不想購買汽車。中國的汽車組件行業(yè)到2009年將增長到580億美元，平均年增長率為15%.中國的國內(nèi)生產(chǎn)肯定能夠滿足國內(nèi)對汽車部件日益增長的需求。到2011年，半導(dǎo)體消費(fèi)預(yù)計(jì)將增長到28億美元。這比2006年接近15億美元的市場規(guī)模擴(kuò)大了近一倍。據(jù)市場研究公司Research & Markets稱，這將使中國成為全球增長速度最快的汽車電子市場。這篇報(bào)告稱，到2012年，中國每輛汽車平均使用的電子原件價值將從2003年的300美元增長到500美元。

　　用于“四個輪子”的電子系統(tǒng)和組件

　　平均每輛汽車在30個不同功能的電子系統(tǒng)中集成70至100個處理器。這些電子系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)控制、傳動系、車身電子系統(tǒng)、安全、娛樂和防盜系統(tǒng)等。用于汽車的半導(dǎo)體設(shè)備包括微處理器（通常采用PowerPC和ARM架構(gòu)）、8、16、32位微控制器、DSP（數(shù)字信號處理器）、可編程邏輯設(shè)備、接口芯片、開關(guān)、ASIC、系統(tǒng)級封裝芯片、內(nèi)存集成電路、電阻、電容、電感、微電機(jī)系統(tǒng)、光電組件和許多傳感器。據(jù)市場研究公司Strategy Analytics稱，在2007年，用于汽車的傳感器銷售兩位2600萬個，銷售總收入達(dá)2600萬美元。

　　在未來的汽車電子電路中，對于準(zhǔn)確、閉環(huán)、實(shí)時控制和要求處理大量的來自多個傳感器的數(shù)據(jù)等需求將日益增長。配置執(zhí)行器的系統(tǒng)（如用于自適性前照車燈的系統(tǒng)）也有大量的半導(dǎo)體元件。特別是微電機(jī)系統(tǒng)代表了一種非常有潛力的技術(shù)，可用于安全氣囊、穩(wěn)定性控制、輪胎壓力監(jiān)視、發(fā)動機(jī)氣流控制和乘員檢測系統(tǒng)等各種汽車系統(tǒng)。市場研究公司n-Stat/MDR預(yù)測，平均每輛汽車至少使用10個微電機(jī)設(shè)備。這種微電機(jī)設(shè)備的市場總價值為15億美元。其它新興的應(yīng)用包括遙控?zé)o匙進(jìn)入（PKE）系統(tǒng)的生物傳感器和用于多媒體顯示的光學(xué)微電機(jī)系統(tǒng)。例如，日立去年推出了一種手指靜脈識別技術(shù)，駕駛員在抓住方向盤的幾秒鐘之內(nèi)就能夠驗(yàn)證駕駛員的身份。日立公司預(yù)測，到2010年，手指靜脈識別傳感器將開始取代傳統(tǒng)的基于鑰匙的汽車點(diǎn)火裝置。關(guān)于虛擬化解決方案，對于更大尺寸的顯示屏和觸摸屏的需求將日益增長。這些顯示屏包括從6.5英寸至8.8英寸的那只汽車導(dǎo)航顯示屏和從3.5英寸至4.3英寸的單獨(dú)的個人導(dǎo)航設(shè)備將增大到4.8英寸至5.2英寸。

　　汽車中使用的視頻攝像機(jī)的數(shù)量也將顯著增長。這些視頻攝像機(jī)將用于巡航控制、避免碰撞或者視頻監(jiān)視等應(yīng)用。包括夏普在內(nèi)的許多公司正在開發(fā)專門用于汽車中的視頻系統(tǒng)。汽車視頻攝像機(jī)還將提供WVGA分辨率并且將以CCD（用于更高的分辨率要求）或者價格較低的CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)。據(jù)市場研究公司Strategy Analytics稱，2008年全球汽車視頻攝像機(jī)出貨量將達(dá)到700萬臺，銷售收入將達(dá)到大約4000萬美元。與集成在手機(jī)中的視頻攝像機(jī)有關(guān)的市場將擴(kuò)大50倍。然而，汽車應(yīng)用的更嚴(yán)格的要求將使這個市場成為一個非常盈利的邊緣市場。

　　LED在汽車中的應(yīng)用，特別是在尾燈的應(yīng)用，大約占整個市場的大約10%.與白熾燈系統(tǒng)相比，基于LED的照明系統(tǒng)以高效率、使用壽命長和電源消耗低而聞名。LED在汽車行業(yè)的普及到目前為止一直非常緩慢，主要原因是駕駛電路非常復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。目前，LED的生產(chǎn)成本正在積極地下降。LED還非常適合汽車內(nèi)部的照明應(yīng)用。一輛汽車需要100至200個白色LED.因此，這個市場的潛力是非常大的。這個市場目前的規(guī)模是7.40億美元，預(yù)計(jì)在2010年之前的復(fù)合年增長率為14.2%.集成電路在汽車安全中應(yīng)用的增長趨勢是最高的，其次是車體和車箱，這兩項(xiàng)應(yīng)用的增長率為9.8%.在這些方面，需要準(zhǔn)確、閉環(huán)、實(shí)時控制和要求處理大量的來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，以便使汽車更安全、更省油和尾氣排放更環(huán)保。

　　汽車電子的最重要的應(yīng)用是車身電子產(chǎn)品，其2007年的市場規(guī)模為44億美元，占整個市場的26%.在2013年，這個市場將達(dá)到80億美元。用于發(fā)動機(jī)控制的電子系統(tǒng)從2007年至2013年的復(fù)合年增長率為5.7%，2013年的規(guī)模將從2007年的50億美元增長到70億美元。這種需求強(qiáng)烈地表明處理計(jì)算能力要滿足日益嚴(yán)格的性能要求。依靠查看表格的系統(tǒng)將向基于模型的管理大量數(shù)據(jù)的平臺轉(zhuǎn)變。例如，噴油控制是以若干因素為基礎(chǔ)的，包括歧管壓力、電池電壓、發(fā)動機(jī)速度、油門位置和尾氣氧含量。一輛汽車代表了電子設(shè)備應(yīng)用的非常嚴(yán)峻的環(huán)境，因?yàn)橛姓駝印囟鹊淖兓赡茉诹阆?0度至零上150度之間）、有燃油、嚴(yán)重的電磁場（達(dá)到200V/m，而工業(yè)和家庭中的電磁場只有10V/m和3V/m）、瞬變高峰±100伏高峰電壓、濕度、塵土、突然負(fù)載變化和可能的短路等。汽車環(huán)境要求電子設(shè)備必須保證高水平的質(zhì)量和可靠性。一個組件的故障就可能威脅到汽車的乘員的安全。汽車電子組件的測試要按照AEC-Q100評測流程和ISO-TS16949技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。這個技術(shù)規(guī)范是國際汽車任務(wù)組制定的。

　　在汽車信息系統(tǒng)中，必須共存重要任務(wù)層和方便層。前者控制發(fā)動機(jī)，后者提供工具（如電子窗）。后者雖然對于安全不是非常重要，但是必須要一直工作。隨著汽車行業(yè)努力減少芯片設(shè)計(jì)中的故障，這將推動新的集成電路和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的需求。需要一個網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)是一個電子系統(tǒng)，作為重要安全部件、方便層和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)等組件的接口。

　　據(jù)市場研究公司Databeans稱，飛思卡爾半導(dǎo)體是全球汽車半導(dǎo)體市場領(lǐng)先的廠商，占市場份額的11%.其次是英飛凌，市場份額為10%.意法半導(dǎo)體排名第三位，市場份額為9%.瑞薩科技的市場份額為7%.NEC電子的市場份額為6%.其它廠商的市場份額為58%.這表明，汽車半導(dǎo)體市場是非常分散的。

　　在汽車市場經(jīng)營的公司正在尋求一些方法加快基于新的半導(dǎo)體的功能的應(yīng)用和降低成本。這些方法包括系統(tǒng)開發(fā)商與半導(dǎo)體公司之間更密切的合作、整個行業(yè)范圍的采用軟件標(biāo)準(zhǔn)、以及保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。采用汽車電子系統(tǒng)還需要在系統(tǒng)級設(shè)計(jì)方面有廣泛的經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)可以通過戰(zhàn)略合作獲得。這種合作的一個例子就是飛思卡爾半導(dǎo)體與意法半導(dǎo)體之間兩年前開始的合作。這兩家公司最近推出了他們的聯(lián)合設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的首批四種汽車電源架構(gòu)微控制器產(chǎn)品。

圖3 汽車電子半導(dǎo)體設(shè)備包括通常采用PowerPC和ARM架構(gòu)的微處理器
以及8、16和32位的微控制器

　　意法半導(dǎo)體和總部設(shè)在荷蘭的Mobileye為汽車行業(yè)基于視覺的高級駕駛員輔助系統(tǒng)共同開發(fā)了EyeQ2系統(tǒng)芯片。去年3月，英飛凌和汽車廠商現(xiàn)代汽車公司在首爾開設(shè)了一個聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新中心，長期戰(zhàn)略性地共同開發(fā)應(yīng)用在現(xiàn)代公司汽車以及在2010年上市的Kia汽車中的汽車電子系統(tǒng)和架構(gòu)。Delphi正在與英飛凌制定一個共同開發(fā)的項(xiàng)目。這個項(xiàng)目以英飛凌的XC2200系列微控制器為基礎(chǔ)，采用Autosar標(biāo)準(zhǔn)。

　　行業(yè)聯(lián)盟也是開發(fā)充分的汽車電子系統(tǒng)的關(guān)鍵。這些行業(yè)聯(lián)盟包括：OSGI（開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織）、MISRA（英國汽車工業(yè)軟件可靠性協(xié)會）、AMI-C（美國汽車多媒體接口協(xié)會）、ERTICO（歐洲道路運(yùn)輸信息通訊合作組織），這是歐盟委員會為了發(fā)展自己的智能交通系統(tǒng)在1991年創(chuàng)建的。Autosar（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）和Jaspar（日本汽車軟件平臺架構(gòu)）是推廣網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)化以及企業(yè)應(yīng)用程序軟件模塊的組織。由IBM發(fā)起的開源軟件Eclipse團(tuán)體的成員包括WindRiver、Altera和Xilinx等公司。這個組織開發(fā)了一個框架，允許為整個產(chǎn)品生命周期開發(fā)優(yōu)化的軟件。（待續(xù)）