汽車，半導體行業(yè)下一個“富礦”

陳炳欣

一輛特斯拉Mode13中使用的半導體產(chǎn)品價值大約1500美元。隨著智能手機對半導體市場拉動呈現(xiàn)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(yīng)用市場。

半導體對于汽車工業(yè)

發(fā)展至關(guān)重要

咨詢機構(gòu)畢馬威（KPMG）撰文指出，一個世紀以來，內(nèi)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人一個新的汽車時代，汽車將因半導體和電子產(chǎn)品所提供的功能而有所不同。這種轉(zhuǎn)變將半導體（汽車“內(nèi)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(guān)重要。意法半導體大中華、南亞及韓國區(qū)域汽車市場和應(yīng)用負責人鄭明發(fā)也表示，傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車向新能源汽車的轉(zhuǎn)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(qū)動電機實現(xiàn)整車的前進、后退，在剎車時又能將能源回饋給電池。

現(xiàn)在汽車內(nèi)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(yīng)用的增多，無論是安裝的數(shù)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(chǎn)品器件郭區(qū)域市場和應(yīng)用副總裁Francesco MUGGERI表示：“據(jù)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。”

而根據(jù)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(shù)字還不包括用于汽車相關(guān)非車載應(yīng)用的半導體，如電動汽車充電器或V2X基礎(chǔ)設(shè)施。如果加上基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，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(yù)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i：i的數(shù)據(jù)估算，從2021年到2030年的這10年間，需要新建充電樁數(shù)千萬臺。歐司朗汽車事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理吳君斐（Adam Wu）指出，芯片也能幫助新能源車更好地實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化與智能化。網(wǎng)聯(lián)化程度高了，對通信的要求也會相應(yīng)提高，那么未來的5G、cu to x（汽車與汽車、行人、設(shè)備等的通信）及種種涉及“云”的場景都會逐步實現(xiàn)。

隨著市場日趨成熟，智能手機對半導體拉動已經(jīng)出現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)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(xiàn)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(yù)下正常行駛已經(jīng)可以實現(xiàn)。

恩智浦資深副總裁兼首席技術(shù)官Lars Reger指出，當前的自動駕駛技術(shù)大約處于13+級別。他舉例說，目前L3+的車輛已經(jīng)可以實現(xiàn)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(quán)，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(shù)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(chǎn)品。畢馬威預(yù)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(chǎn)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(yīng)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(shù)為基礎(chǔ)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(yīng)商博世就宣布，其首款車規(guī)級激光雷達芯片已經(jīng)進入量產(chǎn)開發(fā)階段。博世希望通過規(guī)模化量產(chǎn)，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(nèi)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(yīng)用擴展到不同距離當中。中國公司也在激光雷達領(lǐng)域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆內(nèi)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（Hotizon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(quán)

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(jù)恩智浦統(tǒng)計，目前一輛高端汽車已經(jīng)搭載超過1億行代碼，遠超飛機、手機、互聯(lián)網(wǎng)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(shù)將呈指數(shù)級增長。自動駕駛軟件計算量已經(jīng)達到10個TOPS（ Ten Operations Per Sec-ond，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(jīng)成為自動駕駛汽車必須發(fā)展，也是最具潛力的產(chǎn)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(lǐng)域，正在改變著汽車半導體的產(chǎn)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(lǐng)域。比如恩智浦發(fā)布的S32 ADAS產(chǎn)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TDA2x SoC等，均可對L2至L3級自動駕駛進行處理。愚智浦半導體總裁Kun Sievers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(lǐng)域非?？春?，這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(zhuǎn)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。”

消費電子、計算領(lǐng)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(lǐng)域。英偉達憑借GPU在Al處理中的優(yōu)越性能，不僅在數(shù)據(jù)中心AI加速領(lǐng)域一度占據(jù)壟斷優(yōu)勢，在汽車主控領(lǐng)域也快速擴張。Drive PX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(jié)合。2019年英偉達發(fā)布的最新一代自動駕駛平臺DRIVE AGX Orin，將于2022年正式量產(chǎn)。

英特爾長期占據(jù)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Mohileye。Mobileye掌握車載視覺ADAS市場80V0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(yù)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Aiten公司。Aitera擁有的FPGA產(chǎn)品不僅大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心與IoT業(yè)務(wù)當中，在自動駕駛AI主控芯片上也有巨大的應(yīng)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CES 2020上，高通發(fā)布了Snapdragon Ride平臺，包括異構(gòu)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F(xiàn)SD，可實現(xiàn)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(shè)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(gòu)的自動駕駛計算平臺Matrixl0。在CES2020上，Matrix 2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(wǎng)巨頭對自動駕駛AI芯片市場也極為關(guān)注。Waymo是谷歌自動駕駛研究領(lǐng)域的子公司，Waymo除采用英特爾CPU+AiteraFPGA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(lǐng)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(shù)領(lǐng)域的AI芯片，用于處理車內(nèi)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(lǐng)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(wǎng)巨頭，再加上一眾AI獨角獸們，汽車半導體領(lǐng)域已經(jīng)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(nèi)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(shè)，今年1月首批國產(chǎn)Model 3實現(xiàn)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(guān)特斯拉的國產(chǎn)供應(yīng)鏈開始受到外界的廣泛關(guān)注。然而在這條供應(yīng)鏈之中，涵蓋了大量動力電池、電驅(qū)系統(tǒng)、底盤、車身、中控系統(tǒng)廠商，但是國內(nèi)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armer公司副總裁盛陵海告訴記者。根據(jù)相關(guān)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(shè)計壽命為15年或20萬公里。車規(guī)級芯片需要經(jīng)過嚴苛的認證流程，包括可靠性標準AEC-Q100、質(zhì)量管理標準ISO/TS 16949、功能安全標準IS026262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(yīng)鏈。

有專家告訴記者，一款車規(guī)級芯片的認證往往需要數(shù)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(chǎn)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(yīng)。

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(chǎn)品獨特性，以及質(zhì)量的穩(wěn)定性都有極大幫助。而中國IC設(shè)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(lǐng)域需要一個長期的過程與持續(xù)的努力。從策略上，國產(chǎn)半導體供應(yīng)商應(yīng)加強與汽車制造商和一級汽車行業(yè)供應(yīng)商合作，嚴格質(zhì)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(guān)注自動駕駛主控芯片、固態(tài)激光雷達等新技術(shù)、新需求，尋找切人的機會。