汽车行业半导体的未来之路

作者：时间：2023-09-11来源：半导体产业纵横收藏

在过去的几年里，许多技术已经融入汽车行业，特别是汽车的大规模生产，包括增强型激光雷达传感器和基于智能摄像头的传感器。这些创新的核心在于对半导体的日益依赖。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202309/450403.htm

在汽车已成为车轮上的高性能计算机的时代，汽车制造商面临着新的复杂性——适应汽车行业利用半导体计算能力的范式转变。

根据麦肯锡的预测，到 2030 年，自主芯片预计将创造超过 290 亿美元的收入，探索半导体技术在汽车中的应用风险很高。

在本文中，我们将通过利益和不断变化的市场的方式深入探讨半导体技术在汽车行业中的作用。

半导体技术在汽车领域的优势

电动汽车和无人驾驶汽车的日益普及要求汽车行业半导体技术的进步，这将使空间变得更加智能和节能。

改进的连接性：作为驾驶员，我们已经熟悉使用车载 GPS 的路线图绘制和道路封闭等功能，这些功能是通过在汽车中集成半导体技术来运行的。高级传统节点半导体可微调车辆中预装的系统。该半导体还用于处理和感知车辆计算系统的关键数据，从而实现对车辆的可靠、准确和及时的控制。

电动汽车：电气化为汽车行业带来了惊人的功能——管理混合动力汽车的电池、提高汽车的燃油燃烧效率，甚至通过再生制动系统恢复电动汽车的能量。汽车行业的半导体通过管理效率和快速决策来简化这些复杂的流程。

更好的安全性：自动驾驶车辆的主要卖点之一是其制动系统可以在几分之一秒内发挥作用。半导体技术在汽车领域的优势最为明显。该软件以实时响应的方式支持巡航控制、紧急制动系统、盲点检测系统、停车摄像头辅助、碰撞避免传感器等功能。

自动驾驶汽车数量不断增加：当前最大的革命之一是自动驾驶汽车。借助基于人工智能的技术，这些车辆可以在「自动驾驶模式」下从一个地点移动到另一个地点，无需任何人工协助。为了微调这个极其复杂的模型，汽车行业正在使用先进的半导体。

高级驾驶辅助：巡航控制、语音控制 GPS 导航、主动转向和 OTA 更新等多项功能完全依赖于汽车中的半导体技术。这些半导体充当汽车半导体软件解决方案和现代汽车的车辆功能之间的桥梁。

扩展电动汽车续航里程：现代半导体通过每秒开关数千次的能力提供高效率。这会导致功率损耗大幅下降，从而延长电池的使用寿命并延长续航里程。这些半导体还帮助汽车原始设备制造商使用小型电池，使他们能够通过减少空间来设计新的汽车架构。

半导体技术在汽车领域的所有这些优势的一个共同点在于该技术的工作原理。为了了解半导体技术在汽车中的应用深度，了解其中的内容至关重要。

接下来让我们看看半导体软件的关键组件。

汽车行业半导体关键零部件

汽车领域的半导体技术不断进步，导致芯片严重短缺。虽然短缺主要是供应链挑战，但其含义很明显——半导体将改变汽车领域。现在，对于一家软件公司来说，要构建一个连接半导体和硬件（汽车）的系统，了解该技术的基础知识非常重要。

汽车半导体市场可以轻松分为四个部分。第一个是用于传统汽车功能（例如防抱死制动和排放控制）的微控制器，第二个是将汽车与互联网连接的无线调制解调器芯片。接下来，还有另外两个类别致力于汽车的自主功能：传感器和摄像头芯片以及充当汽车大脑的处理芯片。

以下是组合在一起使该部分完整的不同组件。

微控制器：微控制器或 MCU 是由存储器、CPU（中央处理单元）和各种外围接口组成的集成电路。它们在汽车应用中用于控制和监测功能，如车身控制、发动机管理、动力总成控制和信息娱乐系统。

数字信号处理器：DSP 是专为执行数字信号处理任务而设计的微处理器。在汽车领域，它们用于语音识别、ADAS 系统中的图像处理、音频处理和其他计算量大的活动。

专用集成电路：ASIC 是为某些特定汽车用途而构建的个性化集成电路。它们提供高性能并为特殊功能（例如特定车辆控制系统、图像处理和 ADAS 算法）建立集成能力。

电气控制单元：ECU 是关键的车辆部件，其功能由汽车半导体控制。它们通过使用传感器接口、微控制器和通信协议来实现实时监控、精确控制以及车内多个系统的组合。这最终会提高车辆的安全性、性能和功能。

电源管理 IC：电源管理集成电路的主要任务是控制和管理车辆的电源。这些组件可确保整个电动汽车系统保持有效的配电、电压调节和保护。

传感器：汽车传感器对于从车辆内部系统和周围环境收集信息至关重要。这些传感器包括位置传感器、压力传感器、陀螺仪、接近传感器、温度传感器、加速度计等。它们共同收集和发送用于环境控制系统、ADAS 和发动机管理等多种用途的信息。

MEMS（微机电系统）：该技术在汽车行业的半导体中发挥着关键作用。基于 MEMS 的半导体为汽车行业提供高级驱动和传感功能，最终有助于提高车辆的安全性、易用性和性能。这使得智能系统能够跟踪并响应一系列车辆和环境条件，从而改善整体驾驶体验。

虽然这些涵盖了技术方面的半导体领域，但为了使该技术满足汽车不断增长的需求，半导体技术在汽车行业中的作用必须成为投资和合作伙伴关系驱动的。以下概述了汽车制造商和半导体制造公司之间的合作。

虽然半导体开发公司和汽车制造商之间的合作伙伴关系正在共同为汽车制造商和驾驶员带来半导体技术的好处，但也存在一些不容忽视的挑战。

由于简化联网车辆、自动驾驶、动力总成电气化和共享移动 (ACES) 要求所需的电子架构和车载软件日益复杂，汽车 OEM 面临着一系列障碍。虽然他们正在与软件公司合作或建立内部团队来应对大部分挑战，但升级半导体将需要在业务层面上采取一套新的战略。

深入了解汽车半导体软件开发的端到端架构（从软件用例到半导体），以优化系统。

制定招聘和保留计划，以建立内部半导体专业知识；无论汽车原始设备制造商的设计决策如何，他们都需要理解和衡量概念的员工。

确保他们将精力集中在半导体的规划和设计上，从而避免资源分散。这样可以轻松地在真正重要的功能上加倍努力（例如，专注于 ADAS 中的一个用例领域）

寻找战略合作伙伴来实施半导体战略并加速整合工作。

Appinventiv 如何帮助制定汽车行业半导体战略？

作为我们电动汽车解决方案的一部分，我们利用我们在半导体和汽车行业的深厚专业知识，根据半导体的技术和软件复杂性评估汽车 OEM 的基础设施准备情况。一旦建立起来，我们就会构建一个架构，将半导体变成中间件——通过云将信息发送到应用程序，然后向半导体发出信号，通过其车辆控制以某种方式做出响应——所有这些都在几分之一秒内完成。

此外，我们还拥有帮助汽车制造商了解半导体功能并以能够自信地集成技术和后端软件的方式使用它的专业知识。

现在我们已经从多个角度研究了汽车行业中的半导体概念，让我们以对该技术未来的展望来结束本文。

汽车行业半导体的未来之路

汽车半导体市场分为多个组成部分，许多参与者正在进入该领域以满足该技术采用的需求，例如德州仪器、罗姆、瑞萨电子、恩智浦半导体、英特尔和英伟达等。技术和合作伙伴关系最终正在共同塑造技术的未来。

让我们看看该技术在未来可能会发生的一些其他重要事件。

支持车载人工智能

汽车行业将使用半导体来支持车载人工智能系统来复制、增强和支持人类的行为。在未来完全无人驾驶的车辆中，人工智能将根据车内和环境传感器推断要采取哪些行动。这就是半导体将用于以无故障方式部署这些人工智能系统的地方。

车对路通讯

车联网技术使车辆能够与周围环境进行通信，使驾驶变得高效、安全。该技术可以在驾驶员能见度为零的情况下告知前方情况，并且能够看到半径达一英里的拐角和障碍物。为了以更实时的方式支持通信，将使用大量半导体。

超宽带技术发展

UWB 提供精确、安全和实时的定位能力，这是蓝牙、GPS 和 Wi-fi 等无线技术无法比拟的。该技术旨在为基于 UWB 的汽车和设备提供空间感知能力，使它们能够了解用户所在的位置。

半导体在这里的作用将体现在创建将车辆与智能手机连接起来的汽车 UWB IC 中。

智能汽车需求影响半导体价值

与传统的内燃机汽车相比，智能汽车越来越多地使用更多的芯片。例如，就自动驾驶汽车而言，平均所需芯片数量从 8 个开始，最多可达 20 个传感器芯片。此外，自动驾驶汽车所进行的海量数据采集、处理和存储，导致需要在车上安装多个智能、高存储芯片。

传感器数量不断增加

Autonomy 正在为车辆带来更多高性能传感器，这些传感器需要运行先进的半导体技术。目前，近红外激光雷达是 SAE 3 级车辆中部署最多的传感器，但是，它将很快过渡到短波红外，因为它提供了更好的性能优势。这种转变将需要 ADAS（高级驾驶辅助系统）和自动驾驶市场中更高价值的半导体。

硬件和软件之间更好的集成

随着量产时代的到来，汽车原始设备制造商的重点主要集中在硬件的优化和机械部件的开发上，以提高汽车的使用寿命。然而，对于希望在自动驾驶汽车领域脱颖而出的制造商来说，专注于硬件可能是违反直觉的。

当前的需要是在汽车原始设备制造商和芯片制造公司之间建立更好的合作，使制造商在其车队中使用的微芯片的规格和特性定义方面拥有发言权。

预测驱动的半导体

目前大多数传感器仅限于「观察」环境，为了扩大用例，公司已开始寻找支持基于预测的跟踪和分析的芯片。以下是这些芯片如何工作的示例。想象一下，您旁边车道上的汽车突然想要超越前面的汽车进入您的车道，它们会留下提示，比如被传感器捕获并被半导体分析时的轻微轨迹变化可以帮助防止危险的交通情况。

基于 5G 和 6G 的交互

现代汽车并不是作为孤立的实体运行的。他们始终与周围的基础设施和车辆保持连接，并且每周 7 天、每天 24 小时不间断地共享关键传感器数据。这种持续的信息交换取决于稳定的网络连接，这就是汽车原始设备制造商和芯片制造商对 5G 和 6G 技术感兴趣的原因。

5G 和 6G 网络连接具有利用高频射频的潜力，可将大带宽和地理覆盖范围与有限的信号故障相结合。然而，它们的集成需要芯片制造商以 100 GHz 或更高的容量运行——半导体开发公司已经开始研究这一点。

更好的能源效率

随着电动汽车供应量的增加，对节能半导体的需求也随之增加。芯片制造商有多种方法来解决这个问题——使用人工智能来权衡计算资源，改用宽带隙半导体功率器件来管理电力的控制、转换和处理。此外，他们还在尝试使用碳化硅元件作为主要技术，因为碳化硅元件具有更低的损耗、高开关频率、在恶劣环境下更强的鲁棒性以及更高的工作温度等优点。