汽車，半導體行業(yè)下一個“富礦”

　　一輛特斯拉Model3中使用的半導體產品價值大約1500美元。隨著智能手機對半導體市場拉動呈現疲態(tài)，車用半導體卻保持了持續(xù)高增長的勢頭。未來汽車有望取代智能手機成為半導體行業(yè)最強有力的應用市場。

　　半導體對于汽車工業(yè)發(fā)展至關重要

　　咨詢機構畢馬威（KPMG）撰文指出，一個世紀以來，內燃機一直是汽車工業(yè)價值和創(chuàng)新的源泉。然而今天人們正在進入一個新的汽車時代，汽車將因半導體和電子產品所提供的功能而有所不同。這種轉變將半導體（汽車“內部計算引擎”的基石）置于汽車創(chuàng)新的核心。

　　半導體對于汽車工業(yè)發(fā)展至關重要。意法半導體大中華、南亞及韓國區(qū)域汽車市場和應用負責人鄭明發(fā)也表示，傳統(tǒng)內燃汽車向新能源汽車的轉變意味著汽車的電氣化、電子化，而電氣電子模塊中最核心的就是半導體芯片?？梢哉f芯片是新能源汽車的“大腦”。比如模擬前端芯片監(jiān)控電池的狀態(tài)，主控芯片通過計算可以確定汽車剩余的續(xù)航里程，保證電池處在安全狀態(tài)，電機控制器將高壓電池包的直流電逆變成交流電，以驅動電機實現整車的前進、后退，在剎車時又能將能源回饋給電池。

　　現在汽車內置的芯片越來越多。按照種類汽車半導體大致可以分為主控芯片、MCU功能芯片、功率半導體、傳感器及其他芯片（如模擬IC、存儲芯片等）幾大類型，而且隨著應用的增多，無論是安裝的數量還是價值仍在不斷增長之中。意法半導體亞太區(qū)功率分立和模擬產品器件部區(qū)域市場和應用副總裁FrancescoMUGGERI表示：“據我們估計，新能源汽車和傳統(tǒng)燃油車相比較，每輛車會增加330美元的半導體需求，增加了接近一倍，所以隨著銷量的提升，半導體行業(yè)的需求會持續(xù)大幅提升?！?/p>

　　而根據畢馬威的測算，汽車半導體市場的規(guī)模將從2019年的400億美元持續(xù)增長，可能會在2040年達到2000億美元。更重要的是，這個數字還不包括用于汽車相關非車載應用的半導體，如電動汽車充電器或V2X基礎設施。如果加上基礎設施的建設，對半導體的拉動將更加巨大。

　　按中國電動汽車百人會之前預測，到2030年中國純電動車輛或達到6480萬輛。這意味著，如果按照車樁比1∶1的數據估算，從2021年到2030年的這10年間，需要新建充電樁數千萬臺。歐司朗汽車事業(yè)部中國區(qū)總經理吳君斐（AdamWu）指出，芯片也能幫助新能源車更好地實現網聯(lián)化與智能化。網聯(lián)化程度高了，對通信的要求也會相應提高，那么未來的5G、CartoX（汽車與汽車、行人、設備等的通信）及種種涉及“云”的場景都會逐步實現。

　　隨著市場日趨成熟，智能手機對半導體拉動已經出現疲態(tài)，而車用半導體卻保持了持續(xù)高增長的勢頭。未來汽車有望取代智能手機成為半導體的最強有力的應用市場。

　　自動駕駛車輛半導體含量是普通汽車的8倍

　　自動駕駛無疑是汽車產業(yè)中最引人矚目的一項變革。雖然一輛不需要駕駛員的全自動汽車距離實現落地仍然距離遙遠，但是在某些特殊環(huán)境下，自動駕駛車輛在無需駕駛員干預下正常行駛已經可以實現。

　　恩智浦資深副總裁兼首席技術官LarsReger指出，當前的自動駕駛技術大約處于L3+級別。他舉例說，目前L3+的車輛已經可以實現在高速公路上自動駕駛。從上高速起行車系統(tǒng)就可以接管汽車的管理權，駕駛員可以手腳放開，讓汽車自動行進，在下高速的時候，車輛又會給駕駛員發(fā)一個通知，要求駕駛員接管回來。

　　這樣的技術落實到汽車半導體層面就是ADAS、COMS圖像傳感器、AI主控、固態(tài)激光雷達等一系列熱點產品。畢馬威預測，到2030年，擁有4級或5級自動駕駛能力的汽車將占全球汽車總銷量的10%以上。這些車輛的半導體含量（按價值計算）將是沒有自動化的汽車的8～10倍。

　　以激光雷達為例，作為汽車自動駕駛得以落地的代表性產品之一，具有高分辨率、抗干擾能力強、獲取的信息量大等優(yōu)點。然而，高昂的造價限制了此前機械式激光雷達的普及應用。不過隨著博世、安森美、英飛凌等半導體大廠大舉投入，以半導體技術為基礎的固態(tài)激光雷達正在走向成熟，開始取代傳統(tǒng)的機械式激光雷達。

　　今年的CES2020上，德國汽車零部件供應商博世就宣布，其首款車規(guī)級激光雷達芯片已經進入量產開發(fā)階段。博世希望通過規(guī)?；慨a，降低激光雷達成本，促進市場推廣。安森美展示了固態(tài)激光雷達核心芯片，業(yè)內首款高分辨率、寬視野單光子雪崩二極管（SPAD）陣列探測器，將激光雷達的應用擴展到不同距離當中。中國公司也在激光雷達領域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆內部孵化的覽沃科技（Livox）發(fā)布了兩款激光雷達傳感器--Horizon和Tele-15，將激光雷達的價格拉到了萬元以下（Horizon的報價為6499元，Tele-15為9000元）。

　　六路大軍競逐汽車半導體主導權

　　如果說激光雷達等傳感器是自動駕駛汽車的眼睛，AI主控芯片則是自動駕駛汽車的大腦。據恩智浦統(tǒng)計，目前一輛高端汽車已經搭載超過1億行代碼，遠超飛機、手機、互聯(lián)網軟件等，未來，伴隨自動駕駛滲透率及級別提升，汽車搭載的代碼行數將呈指數級增長。自動駕駛軟件計算量已經達到10個TOPS（TeraOperationsPerSecond，萬億次操作每秒）量級。傳統(tǒng)汽車所搭載的處理器算力根本無法滿足自動駕駛汽車的計算需求，AI主控芯片已經成為自動駕駛汽車必須發(fā)展，也是最具潛力的產品之一。圍繞AI主控芯片吸引了越來越多重量級企業(yè)進入汽車半導體領域，正在改變著汽車半導體的產業(yè)格局。

　　恩智浦、瑞薩、TI等是傳統(tǒng)的汽車半導體大廠，在推進自動駕駛芯片方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，沿著逐步升級ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）處理芯片至高級自動駕駛級別的路徑，可以一路推進到AI主控芯片領域。比如恩智浦發(fā)布的S32ADAS產品系列，瑞薩開發(fā)的R-Car系列，德州儀器基于DSP推出的解決方案TDA2xSoC等，均可對L2至L3級自動駕駛進行處理。恩智浦半導體總裁KurtSievers在接受記者采訪時就表示：“我們對汽車行業(yè)的電子化包括自動駕駛領域非?？春茫@是未來市場的長期增長機會。汽車的電子化（包括自動駕駛），將為汽車行業(yè)帶來根本性的改變。

　　這種轉變將在未來多年時間里持續(xù)下去。半導體行業(yè)也將受益于汽車行業(yè)的這一發(fā)展趨勢?！?/p>

　　消費電子、計算領域芯片巨頭英偉達、英特爾等，目前也在積極投入自動駕駛領域。英偉達憑借GPU在AI處理中的優(yōu)越性能，不僅在數據中心AI加速領域一度占據壟斷優(yōu)勢，在汽車主控領域也快速擴張。DrivePX是英偉達自動駕駛平臺，將深度學習、傳感器融合和環(huán)繞視覺相結合。2019年英偉達發(fā)布的最新一代自動駕駛平臺DRIVEAGXOrin，將于2022年正式量產。

　　英特爾長期占據世界最大的半導體制造商寶座，近年來通過大手筆的并購，強勢進入汽車半導體市場。2017年，英特爾以153億美元收購視覺ADAS主導廠商Mobileye。Mobileye掌握車載視覺ADAS市場80%份額，Mobileye的專有軟件算法和EyeQ芯片能對視覺信息進行詳細分析并預測與其他車輛、行人、自行車或其他障礙物的可能碰撞。2015年，英特爾以167億美元收購Altera公司。Altera擁有的FPGA產品不僅大量應用于數據中心與IoT業(yè)務當中，在自動駕駛AI主控芯片上也有巨大的應用潛力。

　　高通近年來憑借通信優(yōu)勢，也在從車載信息娛樂積極向自動駕駛進軍。在收購恩智浦半導體無果后，高通將注意力放在自家車載平臺的打造上。在CES2020上，高通發(fā)布了SnapdragonRide平臺，包括異構多核CPU、AI與計算機視覺引擎、GPU、安全SoC等，可支持從L1/L2級別主動安全ADAS、到L2+級別“便利性”ADAS，再到L4/L5級別自動駕駛的需求。

　　特斯拉是第一個投入主控芯片開發(fā)的汽車品牌廠商。2015年，特斯拉推出自動駕駛Autopilot平臺，最初采用Mobileye的ASIC芯片，此后版本升級，改用英偉達GPU作為主控芯片。2019年4月，特斯拉推出自研版本的主控芯片FSD，可實現L4級自動駕駛。特斯拉表示，自動駕駛主控芯片擁有高達60億的晶體管，每秒可完成144萬億次的計算，能同時處理每秒2300幀的圖像。

　　AI設計公司也是進入車用芯片市場的一股重要力量。地平線2017年年底發(fā)布第一代“征程”1.0處理器，面向智能駕駛；2018年推出征程2.0，并發(fā)布了基于征程2.0處理器架構的自動駕駛計算平臺Matrix1.0。在CES2020上，Matrix2首次公開亮相。相比上一代，Matrix2在性能方面裝配有16TOPS的等效算力，而其功耗僅為原來的2/3。

　　互聯(lián)網巨頭對自動駕駛AI芯片市場也極為關注。Waymo是谷歌自動駕駛研究領域的子公司，Waymo除采用英特爾CPU+AlteraFPGA方案之外，亦基于其TPU打造的深度機器學習平臺，用于自動駕駛領域。百度開發(fā)的“昆侖”AI芯片，也可以適配于自動駕駛的Apollo系統(tǒng)。2019年12月舉行的Apollo生態(tài)大會上，百度還發(fā)布了一款車規(guī)級芯片鴻鵠，針對語音技術領域的AI芯片，用于處理車內語音功能，可提升車載系統(tǒng)的語音交互流暢性。

　　恩智浦、瑞薩、TI是傳統(tǒng)汽車電子廠商，英偉達、英特爾是消費電子、計算領域芯片廠商，高通是通信芯片公司，特斯拉是汽車品牌廠商，谷歌、百度為互聯(lián)網巨頭，再加上一眾AI獨角獸們，汽車半導體領域已經畢集了六路大軍。未來勢將上演一場群雄爭霸的戰(zhàn)局。能夠吸引如此之多的重量級廠商，也充分說明了汽車半導體市場的廣闊發(fā)展前景。

　　國內廠商要有從零開始的決心

　　2019年1月特斯拉上海工廠開工建設，今年1月首批國產Model3實現大批量交付，這是特斯拉在海外的第一座超級工廠。與此同時，有關特斯拉的國產供應鏈開始受到外界的廣泛關注。然而在這條供應鏈之中，涵蓋了大量動力電池、電驅系統(tǒng)、底盤、車身、中控系統(tǒng)廠商，但是國內汽車半導體公司卻很少得見。

　　“由于涉及人身安全問題，再加上汽車芯片的工作環(huán)境更為惡劣，因此汽車芯片對于可靠性及安全性的要求也更高?！盙artner公司副總裁盛陵海告訴記者。根據相關標準，相比于消費芯片與一般工業(yè)芯片，車規(guī)級芯片的工作環(huán)境更為惡劣：溫度范圍可寬至-40℃~155℃、高振動、多粉塵、電磁干擾等。由于涉及人身安全，汽車芯片對于可靠性及安全性的要求也更高，一般設計壽命為15年或20萬公里。車規(guī)級芯片需要經過嚴苛的認證流程，包括可靠性標準AEC-Q100、質量管理標準ISO/TS16949、功能安全標準ISO26262等。一款芯片一般需要2～3年時間才能完成車規(guī)認證并進入整車廠供應鏈。

　　有專家告訴記者，一款車規(guī)級芯片的認證往往需要數年時間，而且零部件需要長期備貨，有時甚至在十幾年之后還有少量需求。這種產業(yè)生態(tài)與行業(yè)慣例對于習慣了消費電子市場大批量、快節(jié)奏的中國IC廠商來說，并不適應。

　　傳統(tǒng)的國際汽車半導體大廠旗下大多保有晶圓廠，這對保障長期供貨、維持產品獨特性，以及質量的穩(wěn)定性都有極大幫助。而中國IC設計公司多為Fabless模式，制造仰賴代工廠，在通過客戶認證時，這在一定程度上是不利的。

　　因此，中國芯片公司要想進入汽車半導體領域需要一個長期的過程與持續(xù)的努力。從策略上，國產半導體供應商應加強與汽車制造商和一級汽車行業(yè)供應商合作，嚴格質量、可靠性、成本、功率與安全標準，有從零開始，從“備胎”做起的決心。同時，可以重點關注自動駕駛主控芯片、固態(tài)激光雷達等新技術、新需求，尋找切入的機會。（記者 陳炳欣）

　　轉自：中國電子報

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