汽車行業(yè)半導體的未來之路

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

在汽車已成為車輪上的高性能計算機的時代，汽車制造商面臨著新的復雜性——適應汽車行業(yè)利用半導體計算能力的范式轉(zhuǎn)變。

根據(jù)麥肯錫的預測，到 2030 年，自主芯片預計將創(chuàng)造超過 290 億美元的收入，探索半導體技術在汽車中的應用風險很高。

在本文中，我們將通過利益和不斷變化的市場的方式深入探討半導體技術在汽車行業(yè)中的作用。

半導體技術在汽車領域的優(yōu)勢

電動汽車和無人駕駛汽車的日益普及要求汽車行業(yè)半導體技術的進步，這將使空間變得更加智能和節(jié)能。

改進的連接性：作為駕駛員，我們已經(jīng)熟悉使用車載 GPS 的路線圖繪制和道路封閉等功能，這些功能是通過在汽車中集成半導體技術來運行的。高級傳統(tǒng)節(jié)點半導體可微調(diào)車輛中預裝的系統(tǒng)。該半導體還用于處理和感知車輛計算系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對車輛的可靠、準確和及時的控制。

電動汽車：電氣化為汽車行業(yè)帶來了驚人的功能——管理混合動力汽車的電池、提高汽車的燃油燃燒效率，甚至通過再生制動系統(tǒng)恢復電動汽車的能量。汽車行業(yè)的半導體通過管理效率和快速決策來簡化這些復雜的流程。

更好的安全性：自動駕駛車輛的主要賣點之一是其制動系統(tǒng)可以在幾分之一秒內(nèi)發(fā)揮作用。半導體技術在汽車領域的優(yōu)勢最為明顯。該軟件以實時響應的方式支持巡航控制、緊急制動系統(tǒng)、盲點檢測系統(tǒng)、停車攝像頭輔助、碰撞避免傳感器等功能。

自動駕駛汽車數(shù)量不斷增加：當前最大的革命之一是自動駕駛汽車。借助基于人工智能的技術，這些車輛可以在「自動駕駛模式」下從一個地點移動到另一個地點，無需任何人工協(xié)助。為了微調(diào)這個極其復雜的模型，汽車行業(yè)正在使用先進的半導體。

高級駕駛輔助：巡航控制、語音控制 GPS 導航、主動轉(zhuǎn)向和 OTA 更新等多項功能完全依賴于汽車中的半導體技術。這些半導體充當汽車半導體軟件解決方案和現(xiàn)代汽車的車輛功能之間的橋梁。

擴展電動汽車續(xù)航里程：現(xiàn)代半導體通過每秒開關數(shù)千次的能力提供高效率。這會導致功率損耗大幅下降，從而延長電池的使用壽命并延長續(xù)航里程。這些半導體還幫助汽車原始設備制造商使用小型電池，使他們能夠通過減少空間來設計新的汽車架構。

半導體技術在汽車領域的所有這些優(yōu)勢的一個共同點在于該技術的工作原理。為了了解半導體技術在汽車中的應用深度，了解其中的內(nèi)容至關重要。

接下來讓我們看看半導體軟件的關鍵組件。

汽車行業(yè)半導體關鍵零部件

汽車領域的半導體技術不斷進步，導致芯片嚴重短缺。雖然短缺主要是供應鏈挑戰(zhàn)，但其含義很明顯——半導體將改變汽車領域?，F(xiàn)在，對于一家軟件公司來說，要構建一個連接半導體和硬件（汽車）的系統(tǒng)，了解該技術的基礎知識非常重要。

汽車半導體市場可以輕松分為四個部分。第一個是用于傳統(tǒng)汽車功能（例如防抱死制動和排放控制）的微控制器，第二個是將汽車與互聯(lián)網(wǎng)連接的無線調(diào)制解調(diào)器芯片。接下來，還有另外兩個類別致力于汽車的自主功能：傳感器和攝像頭芯片以及充當汽車大腦的處理芯片。

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 是由存儲器、CPU（中央處理單元）和各種外圍接口組成的集成電路。它們在汽車應用中用于控制和監(jiān)測功能，如車身控制、發(fā)動機管理、動力總成控制和信息娛樂系統(tǒng)。

數(shù)字信號處理器：DSP 是專為執(zhí)行數(shù)字信號處理任務而設計的微處理器。在汽車領域，它們用于語音識別、ADAS 系統(tǒng)中的圖像處理、音頻處理和其他計算量大的活動。

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

電氣控制單元：ECU 是關鍵的車輛部件，其功能由汽車半導體控制。它們通過使用傳感器接口、微控制器和通信協(xié)議來實現(xiàn)實時監(jiān)控、精確控制以及車內(nèi)多個系統(tǒng)的組合。這最終會提高車輛的安全性、性能和功能。

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

傳感器：汽車傳感器對于從車輛內(nèi)部系統(tǒng)和周圍環(huán)境收集信息至關重要。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)動機管理等多種用途的信息。

MEMS（微機電系統(tǒng)）：該技術在汽車行業(yè)的半導體中發(fā)揮著關鍵作用?；?MEMS 的半導體為汽車行業(yè)提供高級驅(qū)動和傳感功能，最終有助于提高車輛的安全性、易用性和性能。這使得智能系統(tǒng)能夠跟蹤并響應一系列車輛和環(huán)境條件，從而改善整體駕駛體驗。

雖然這些涵蓋了技術方面的半導體領域，但為了使該技術滿足汽車不斷增長的需求，半導體技術在汽車行業(yè)中的作用必須成為投資和合作伙伴關系驅(qū)動的。以下概述了汽車制造商和半導體制造公司之間的合作。

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

由于簡化聯(lián)網(wǎng)車輛、自動駕駛、動力總成電氣化和共享移動 (ACES) 要求所需的電子架構和車載軟件日益復雜，汽車 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)部團隊來應對大部分挑戰(zhàn)，但升級半導體將需要在業(yè)務層面上采取一套新的戰(zhàn)略。

深入了解汽車半導體軟件開發(fā)的端到端架構（從軟件用例到半導體），以優(yōu)化系統(tǒng)。

制定招聘和保留計劃，以建立內(nèi)部半導體專業(yè)知識；無論汽車原始設備制造商的設計決策如何，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體的規(guī)劃和設計上，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，專注于 ADAS 中的一個用例領域）

尋找戰(zhàn)略合作伙伴來實施半導體戰(zhàn)略并加速整合工作。

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

作為我們電動汽車解決方案的一部分，我們利用我們在半導體和汽車行業(yè)的深厚專業(yè)知識，根據(jù)半導體的技術和軟件復雜性評估汽車 OEM 的基礎設施準備情況。一旦建立起來，我們就會構建一個架構，將半導體變成中間件——通過云將信息發(fā)送到應用程序，然后向半導體發(fā)出信號，通過其車輛控制以某種方式做出響應——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制造商了解半導體功能并以能夠自信地集成技術和后端軟件的方式使用它的專業(yè)知識。

現(xiàn)在我們已經(jīng)從多個角度研究了汽車行業(yè)中的半導體概念，讓我們以對該技術未來的展望來結(jié)束本文。

汽車行業(yè)半導體的未來之路

汽車半導體市場分為多個組成部分，許多參與者正在進入該領域以滿足該技術采用的需求，例如德州儀器、羅姆、瑞薩電子、恩智浦半導體、英特爾和英偉達等。技術和合作伙伴關系最終正在共同塑造技術的未來。

讓我們看看該技術在未來可能會發(fā)生的一些其他重要事件。

支持車載人工智能

汽車行業(yè)將使用半導體來支持車載人工智能系統(tǒng)來復制、增強和支持人類的行為。在未來完全無人駕駛的車輛中，人工智能將根據(jù)車內(nèi)和環(huán)境傳感器推斷要采取哪些行動。這就是半導體將用于以無故障方式部署這些人工智能系統(tǒng)的地方。

車對路通訊

車聯(lián)網(wǎng)技術使車輛能夠與周圍環(huán)境進行通信，使駕駛變得高效、安全。該技術可以在駕駛員能見度為零的情況下告知前方情況，并且能夠看到半徑達一英里的拐角和障礙物。為了以更實時的方式支持通信，將使用大量半導體。

超寬帶技術發(fā)展

UWB 提供精確、安全和實時的定位能力，這是藍牙、GPS 和 Wi-fi 等無線技術無法比擬的。該技術旨在為基于 UWB 的汽車和設備提供空間感知能力，使它們能夠了解用戶所在的位置。

半導體在這里的作用將體現(xiàn)在創(chuàng)建將車輛與智能手機連接起來的汽車 UWB IC 中。

智能汽車需求影響半導體價值

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車相比，智能汽車越來越多地使用更多的芯片。例如，就自動駕駛汽車而言，平均所需芯片數(shù)量從 8 個開始，最多可達 20 個傳感器芯片。此外，自動駕駛汽車所進行的海量數(shù)據(jù)采集、處理和存儲，導致需要在車上安裝多個智能、高存儲芯片。

傳感器數(shù)量不斷增加

Autonomy 正在為車輛帶來更多高性能傳感器，這些傳感器需要運行先進的半導體技術。目前，近紅外激光雷達是 SAE 3 級車輛中部署最多的傳感器，但是，它將很快過渡到短波紅外，因為它提供了更好的性能優(yōu)勢。這種轉(zhuǎn)變將需要 ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）和自動駕駛市場中更高價值的半導體。

硬件和軟件之間更好的集成

隨著量產(chǎn)時代的到來，汽車原始設備制造商的重點主要集中在硬件的優(yōu)化和機械部件的開發(fā)上，以提高汽車的使用壽命。然而，對于希望在自動駕駛汽車領域脫穎而出的制造商來說，專注于硬件可能是違反直覺的。

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

預測驅(qū)動的半導體

目前大多數(shù)傳感器僅限于「觀察」環(huán)境，為了擴大用例，公司已開始尋找支持基于預測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，您旁邊車道上的汽車突然想要超越前面的汽車進入您的車道，它們會留下提示，比如被傳感器捕獲并被半導體分析時的輕微軌跡變化可以幫助防止危險的交通情況。

基于 5G 和 6G 的交互

現(xiàn)代汽車并不是作為孤立的實體運行的。他們始終與周圍的基礎設施和車輛保持連接，并且每周 7 天、每天 24 小時不間斷地共享關鍵傳感器數(shù)據(jù)。這種持續(xù)的信息交換取決于穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接，這就是汽車原始設備制造商和芯片制造商對 5G 和 6G 技術感興趣的原因。

5G 和 6G 網(wǎng)絡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 或更高的容量運行——半導體開發(fā)公司已經(jīng)開始研究這一點。

更好的能源效率

隨著電動汽車供應量的增加，對節(jié)能半導體的需求也隨之增加。芯片制造商有多種方法來解決這個問題——使用人工智能來權衡計算資源，改用寬帶隙半導體功率器件來管理電力的控制、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，因為碳化硅元件具有更低的損耗、高開關頻率、在惡劣環(huán)境下更強的魯棒性以及更高的工作溫度等優(yōu)點。

結(jié)語

半導體在汽車行業(yè)的應用比以前更加普遍，這導致汽車制造商（汽車原始設備制造商）和半導體開發(fā)公司之間建立更多的合作伙伴關系。這些合作伙伴關系帶來的是汽車行業(yè)走向電氣化和自動化的新時代。