在低碳經濟的理念指引下，全球汽車產業(yè)正朝著綠色化、智能化、互聯(lián)網化三大方向不斷催生出新的變革。

      綠色化指在全球低碳經濟政策下，純電動車將大量替代傳統(tǒng)燃油車，使得功率半導體、第三代半導體需求顯著增加，催生汽車半導體的增量市場。電動車中，逆變器和電機取代了傳統(tǒng)發(fā)動機的角色，因此逆變器的設計和效率至關重要，其好壞直接影響著電機的功率輸出表現(xiàn)和電動車的續(xù)航能力。目前，大部分電動汽車還是以IGBT來做高功率逆變器 (DC-AC TractionInverter)及車載充電系統(tǒng)。未來，SiCMOSFET將進一步提高車用逆變器功率密度，降低電機驅動系統(tǒng)重量及成本。SiC碳化硅是第三代化合物半導體材料，具有優(yōu)越的物理性能：降耗能，動力系統(tǒng)模組縮小5倍，物料成本低，縮短充電時間，以及高溫下的穩(wěn)定晶體結構，未來會成為各車企的布局重點。

AI全球汽車產業(yè)變革及相關半導體領域

 

       智能化自動駕駛級別越高，所需控制芯片數(shù)量越多、存儲的容量越大，對相應半導體的需求激增。隨著智能汽車滲透率的提升，半導體的增量成本隨自動駕駛級別的提升而增大。在計算和控制芯片方面，系能源電動車平均芯片個數(shù)將從2017年的800個，增長到2022年的1500個左右，算力提升將帶動主控芯片半導體的大幅需求。在存儲芯片方面，增量主要來源于汽車智能化帶來的數(shù)據存儲需求。目前，車載芯片存儲單元的數(shù)量與性能的大幅提升是無人駕駛由L2邁向更高局次L4/L5的重要保障。不同自動駕駛級別需要不同的DRAM和NAND。一個標準L3級智能汽車需要至少16GB的DRAM和256GB的NAND存儲器，而一個L4或L5級的全自動駕駛汽車業(yè)內預估則需要74GB的DRAM和高達1TB的NAND。據 CounterpointResearch 估計，未來十年，單車存儲容量將達到 2TB-11 TB，以滿足不同自動駕駛等級的車載存儲需求?？傮w來看，L2升級到L3級別汽車半導體成本的漲幅為286.7%，L3升級到L4/L5級別半導體成本漲幅達48.3%。

全球傳統(tǒng)和新能源汽車平均芯片數(shù)目（2017/2022預測）

2025年L4級無人駕駛汽車數(shù)據存儲需求

      互聯(lián)網化將半導體的技術和成本在車側和路測分配，通過V2V（汽車對汽車通信）、V2I （汽車對基礎設施）、V2N（汽車對互聯(lián)網通信）和V2P（汽車對行人通信）來獲取超視距或者非視距范圍內的交通參與者狀態(tài)和意圖，因此未來，各種通信芯片、視覺芯片、傳感器芯片將會打開汽車半導體的成長空間。受益于以上汽車行業(yè)“三化”趨勢，汽車半導體在汽車當中將扮演著越來越重要的角色。在全球半導體所有子行業(yè)中，汽車半導體的增速最快，高達14.3%，收入規(guī)模將從2020年的387億美元增加到2025年的755億美元。

2020-2025全球半導體各類別增速（CAGR）

汽車半導體應用和設備增長預測（2020-2025）

       智能化指單一車輛的智能化，在感知層面，車上多傳感器融和，通過雷達系統(tǒng)（激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達）和視覺系統(tǒng)（攝像頭）對周圍環(huán)境進行數(shù)據采集。在決策層面，通過車載計算平臺及合適的算法對數(shù)據進行處理，作出最優(yōu)決策，最后執(zhí)行模塊將決策的信號轉換為車輛的行為。在控制執(zhí)行層面, 主要包括車輛的運動控制及人機交互，決定每個執(zhí)行器如電機、油門、剎車等控制信號。

汽車全面智能化

      芯片是智能汽車的“大腦”。GPU、FPGA、ASIC 在自動駕駛AI運算領域各有所長：CPU通常為芯片上的控制中心，有點在于調度管理、協(xié)調能力強，但CPU計算能力相對有限。而對于AI計算而言，人們通常用GPU/FPGA/ASIC來做加強。
功率半導體是智能汽車的“心臟”。無論是在引擎、驅動系統(tǒng)中的變速箱控制和制動、或者轉向控制等都離不開功率半導體。
      攝像頭CMOS是智能汽車的“眼睛”。CMOS圖像傳感器與CCD(電荷耦合組件)有著共同的歷史淵源，但CMOS比CCD的價格降低15%-25%，同時，CMOS 芯片可與其它硅基元器件集成利于系統(tǒng)成本的降低。在數(shù)量上，倒車后視，環(huán)視，前視，轉彎盲區(qū)等Level3以上的輔助駕駛需要18顆攝像頭。
射頻接收器是智能汽車的“耳朵”。射頻器件是無線通訊的重要器件。射頻是可以輻射到空間的電磁頻率, 頻率范圍從300KHz～300GHz之間。射頻芯片是指能夠將射頻信號與數(shù)字信號進行轉換的芯片，它包括功率放大器PA、濾波器、低噪聲放大器LNA、天線開關、雙工器、調諧器等。未來，射頻芯片將像汽車的耳朵一樣將助力C-V2X技術發(fā)展，將“人-車-路-云”等交通參與要素有機聯(lián)系在一起，彌補了單車智能的不足，推動協(xié)同式應用服務發(fā)展。
       超聲波/毫米波雷達是智能汽車的“手杖”。智能汽車通過傳感器獲得大量數(shù)據，L5級別的汽車會攜帶傳感器將達到32個。車載雷達主要包括超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達三種。其中，中國超聲波雷達已發(fā)展的相對成熟，技術壁壘不高；毫米波雷達技術壁壘較高，且是智能汽車的重要傳感器，目前處于快速發(fā)展的階段；激光雷達技術壁壘高，是高級別自動駕駛的重要傳感器，但目前成本昂貴、過車規(guī)難、落地難。
存儲芯片是智能汽車的"記憶"。智能汽車產業(yè)對存儲器的需求與日俱增，在后移動計算時代，車用存儲將成為存儲芯片中重要的新興增長點和決定市場格局的力量。DRAM、Flash、NAND未來將被廣泛地應用在智能汽車各個領域。此外，隨著云和邊緣計算將在智能汽車領域大放異彩， 以及L4/L5級自動駕駛汽車發(fā)展出復雜網絡數(shù)據及應用高級數(shù)據壓縮技術，未來本地存儲數(shù)量將趨于穩(wěn)定，甚至可能出現(xiàn)下降。
汽車面板呈多屏化趨勢。目前車載顯示設備主要包括中控顯示屏和儀表顯示屏，此外智能駕駛艙儀表顯示屏、擋風玻璃復合抬頭顯示屏、虛擬電子后視鏡顯示屏、后座娛樂顯示屏逐漸成為智能汽車發(fā)展的新需求方向。
      LED是主要的智能汽車用"燈"。LED在照明的亮度和照射距離上做到了過去鹵素燈無法企及的高度，可以做到彎道輔助（隨動轉向）、隨速調節(jié)、車距警示等功能。隨著LED體積、技術的發(fā)展其智能化開始被大力開發(fā)開始向著高亮、智能、酷炫的方向大步邁進。

自動駕駛芯片方案的比較

       網聯(lián)化是指在現(xiàn)有單車智能駕駛的基礎上，通過車聯(lián)網將“人-車-路-云”交通參與要素有機地聯(lián)系在一起，拓展和助力單車智能自動駕駛在環(huán)境感知、計算決策和控制執(zhí)行等方面的能力升級，加速自動駕駛應用成熟。

      技術和成本在車側和路測分配。L4-L5級的自動駕駛最理想模式是實現(xiàn)“車端-路端-云端”的高度協(xié)同，智能的車配合聰明的路，車端智能和路測智能協(xié)同呼應，但車端智能和路端智能的發(fā)展不完全是同步的關系，自動駕駛路線的選擇面臨感知能力，決策能力（算力）等不同能力在車側和路測分配的問題，所對應的自動駕駛成本也不同。由于單車智能的成本高昂，若用路測設備代替部分技術，讓路“變聰明”，可降低不少車載成本，這樣一來，就衍射出了自動駕駛的兩大方向：單車智能和車路協(xié)同。

半導體技術和成本在車側和路測分配

      以車載傳感器為例，激光雷達價格高昂，尤其是用于遠距離、大范圍探測的L4/L5級別自動駕駛雷達。但如果在路測安裝攝像頭、毫米波雷達和激光雷達等感知設備、例如路燈桿進化為多合一路燈桿，安裝各類傳感器，探測周圍環(huán)境的三維坐標，進行信息融和，由于安裝高度高，覆蓋廣，不容易被遮擋，視距條件更好，可最大化減少盲區(qū)，提高數(shù)據獲取的準確性，并實時發(fā)送到ITS中心（智能交通系統(tǒng)）以及車末端，那么車側的部分激光雷達成本可以被節(jié)省下來，從而大幅降低車載成本。

      車側智能和路測智能的分配和發(fā)展收到諸多因素的影響，例如政府對公路智能化改造的支持力度、不同區(qū)域的路況、交通參與者特征、地圖與定位的精度、車載半導體的價格變化、消費者的付費意愿和轉換成本等。這些共同因素決定了不同國家區(qū)域采用不同的分配方案和演進路線：智能網聯(lián)化汽車產業(yè)生態(tài)較為復雜，是一個多方共建的生態(tài)體系，參與者包括整車廠、互聯(lián)網公司、ICT企業(yè)、Tier1供應商和政府。在智能網聯(lián)汽車產業(yè)的生態(tài)全景圖中，車輛是載體，實現(xiàn)智能化是目的，而互聯(lián)網化是核心手段。

智能網聯(lián)汽車產業(yè)生態(tài)全景圖
 

      在生態(tài)參與者中，整車廠作為最終的整合方，需要把軟硬件，功能及生態(tài)服務商等各方面角色集中起來，完成從整車制造到長期出行服務的交付。傳統(tǒng)一級供應商與整車廠及人工智能和軟件等領域的IT技術公司合作，推動車聯(lián)網發(fā)展并加強自身的研發(fā)能力。

      ICT企業(yè)擁有領先的智能網聯(lián)科技，推動汽車的智能化和網聯(lián)化，讓人車交互向人車關系轉變，讓整車實時在線連接萬物?；ヂ?lián)網企業(yè)需要持續(xù)挖掘“人-車-路-云-生活”應用場景，并基于數(shù)據分析提升服務的主動性和精準性，打造互聯(lián)網服務生態(tài)。而政府負責搭建平臺，從立法、政策、標準的方面著力營造良好發(fā)展環(huán)境，大力推動新技術應用。

本文轉載自微信公眾號寬禁帶半導體技術創(chuàng)新聯(lián)盟，不作商業(yè)用途，僅作參考。