一輛特斯拉Model3中使用的半導體産品價值大約1500美元。随着智能(néng)手機對(duì)半導體市場拉動呈現疲态，車用半導體卻保持了持續高增長(cháng)的勢頭。未來汽車有望取代智能(néng)手機成(chéng)爲半導體行業最強有力的應用市場。
半導體對(duì)于汽車工業發(fā)展至關重要
咨詢機構撰文指出，一個世紀以來，内燃機一直是汽車工業價值和創新的源泉。然而今天人們正在進(jìn)入一個新的汽車時代，汽車將(jiāng)因半導體和電子産品所提供的功能(néng)而有所不同。這(zhè)種(zhǒng)轉變將(jiāng)半導體（汽車“内部計算引擎”的基石）置于汽車創新的核心。
半導體對(duì)于汽車工業發(fā)展至關重要。意法半導體大中華、南亞及韓國(guó)區域汽車市場和應用負責人鄭明發(fā)也表示，傳統内燃汽車向(xiàng)新能(néng)源汽車的轉變意味着汽車的電氣化、電子化，而電氣電子模塊中最核心的就是半導體芯片。可以說芯片是新能(néng)源汽車的“大腦”。比如模拟前端芯片監控電池的狀态，主控芯片通過(guò)計算可以确定汽車剩餘的續航裡(lǐ)程，保證電池處在安全狀态，電機控制器將(jiāng)高壓電池包的直流電逆變成(chéng)交流電，以驅動電機實現整車的前進(jìn)、後(hòu)退，在刹車時又能(néng)將(jiāng)能(néng)源回饋給電池。
現在汽車内置的芯片越來越多。按照種(zhǒng)類汽車半導體大緻可以分爲主控芯片、MCU功能(néng)芯片、功率半導體、傳感器及其他芯片（如模拟IC、存儲芯片等）幾大類型，而且随着應用的增多，無論是安裝的數量還(hái)是價值仍在不斷增長(cháng)之中。意法半導體亞太區功率分立和模拟産品器件部區域市場和應用副總裁Francesco MUGGERI表示：“據我們估計，新能(néng)源汽車和傳統燃油車相比較，每輛車會增加330美元的半導體需求，增加了接近一倍，所以随着銷量的提升，半導體行業的需求會持續大幅提升。”
而根據研究機構測算，汽車半導體市場的規模將(jiāng)從2019年的400億美元持續增長(cháng)，可能(néng)會在2040年達到2000億美元。更重要的是，這(zhè)個數字還(hái)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(duì)半導體的拉動將(jiāng)更加巨大。
按中國(guó)電動汽車百人會之前預測，到2030年中國(guó)純電動車輛或達到6480萬輛。這(zhè)意味着，如果按照車樁比1∶1的數據估算，從2021年到2030年的這(zhè)10年間，需要新建充電樁數千萬台。歐司朗汽車事(shì)業部中國(guó)區總經(jīng)理吳君斐（Adam Wu）指出，芯片也能(néng)幫助新能(néng)源車更好(hǎo)地實現網聯化與智能(néng)化。網聯化程度高了，對(duì)通信的要求也會相應提高，那麼(me)未來的5G、Car to X（汽車與汽車、行人、設備等的通信）及種(zhǒng)種(zhǒng)涉及“雲”的場景都(dōu)會逐步實現。
随着市場日趨成(chéng)熟，智能(néng)手機對(duì)半導體拉動已經(jīng)出現疲态，而車用半導體卻保持了持續高增長(cháng)的勢頭。未來汽車有望取代智能(néng)手機成(chéng)爲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産業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，但是在某些特殊環境下，自動駕駛車輛在無需駕駛員幹預下正常行駛已經(jīng)可以實現。
恩智浦資深副總裁兼首席技術官Lars Reger指出，當前的自動駕駛技術大約處于L3+級别。他舉例說，目前L3+的車輛已經(jīng)可以實現在高速公路上自動駕駛。從上高速起(qǐ)行車系統就可以接管汽車的管理權，駕駛員可以手腳放開(kāi)，讓汽車自動行進(jìn)，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(zhè)樣的技術落實到汽車半導體層面(miàn)就是ADAS、COMS圖像傳感器、AI主控、固态激光雷達等一系列熱點産品。研究機構預測，到2030年，擁有4級或5級自動駕駛能(néng)力的汽車將(jiāng)占全球汽車總銷量的10%以上。這(zhè)些車輛的半導體含量（按價值計算）將(jiāng)是沒(méi)有自動化的汽車的8～10倍。
以激光雷達爲例，作爲汽車自動駕駛得以落地的代表性産品之一，具有高分辨率、抗幹擾能(néng)力強、獲取的信息量大等優點。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(guò)随着博世、安森美、英飛淩等半導體大廠大舉投入，以半導體技術爲基礎的固态激光雷達正在走向(xiàng)成(chéng)熟，開(kāi)始取代傳統的機械式激光雷達。
今年的CES2020上，德國(guó)汽車零部件供應商博世就宣布，其首款車規級激光雷達芯片已經(jīng)進(jìn)入量産開(kāi)發(fā)階段。博世希望通過(guò)規模化量産，降低激光雷達成(chéng)本，促進(jìn)市場推廣。安森美展示了固态激光雷達核心芯片，業内首款高分辨率、寬視野單光子雪崩二極管（SPAD）陣列探測器，將(jiāng)激光雷達的應用擴展到不同距離當中。中國(guó)公司也在激光雷達領域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆内部孵化的覽沃科技（Livox）發(fā)布了兩(liǎng)款激光雷達傳感器——Horizon和Tele-15，將(jiāng)激光雷達的價格拉到了萬元以下（Horizon 的報價爲6499元，Tele-15爲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。據恩智浦統計，目前一輛高端汽車已經(jīng)搭載超過(guò)1億行代碼，遠超飛機、手機、互聯網軟件等，未來，伴随自動駕駛滲透率及級别提升，汽車搭載的代碼行數將(jiāng)呈指數級增長(cháng)。自動駕駛軟件計算量已經(jīng)達到10個TOPS（Tera Operations Per Second，萬億次操作每秒）量級。傳統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(chéng)爲自動駕駛汽車必須發(fā)展，也是最具潛力的産品之一。圍繞AI主控芯片吸引了越來越多重量級企業進(jìn)入汽車半導體領域，正在改變着汽車半導體的産業格局。
恩智浦、瑞薩、TI等是傳統的汽車半導體大廠，在推進(jìn)自動駕駛芯片方面(miàn)具有得天獨厚的優勢，沿着逐步升級ADAS（高級駕駛輔助系統）處理芯片至高級自動駕駛級别的路徑，可以一路推進(jìn)到AI主控芯片領域。比如恩智浦發(fā)布的S32 ADAS産品系列，瑞薩開(kāi)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(duì)L2至L3級自動駕駛進(jìn)行處理。恩智浦半導體總裁Kurt Sievers在接受記者采訪時就表示：“我們對(duì)汽車行業的電子化包括自動駕駛領域非常看好(hǎo)，這(zhè)是未來市場的長(cháng)期增長(cháng)機會。汽車的電子化（包括自動駕駛），將(jiāng)爲汽車行業帶來根本性的改變。這(zhè)種(zhǒng)轉變將(jiāng)在未來多年時間裡(lǐ)持續下去。半導體行業也將(jiāng)受益于汽車行業的這(zhè)一發(fā)展趨勢。”
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處理中的優越性能(néng)，不僅在數據中心AI加速領域一度占據壟斷優勢，在汽車主控領域也快速擴張。Drive PX是英偉達自動駕駛平台，將(jiāng)深度學(xué)習、傳感器融合和環繞視覺相結合。2019年英偉達發(fā)布的最新一代自動駕駛平台DRIVE AGX Orin，將(jiāng)于2022年正式量産。
英特爾長(cháng)期占據世界最大的半導體制造商寶座，近年來通過(guò)大手筆的并購，強勢進(jìn)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(néng)對(duì)視覺信息進(jìn)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(néng)碰撞。2015年，英特爾以167億美元收購Altera公司。Altera擁有的FPGA産品不僅大量應用于數據中心與IoT業務當中，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勢，也在從車載信息娛樂積極向(xiàng)自動駕駛進(jìn)軍。在收購恩智浦半導體無果後(hòu)，高通將(jiāng)注意力放在自家車載平台的打造上。在CES 2020上，高通發(fā)布了Snapdragon Ride平台，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級别主動安全ADAS、到L2+級别“便利性”ADAS，再到L4/L5級别自動駕駛的需求。
特斯拉是第一個投入主控芯片開(kāi)發(fā)的汽車品牌廠商。2015年，特斯拉推出自動駕駛Autopilot平台，最初采用Mobileye 的ASIC芯片，此後(hòu)版本升級，改用英偉達GPU作爲主控芯片。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(chéng)144萬億次的計算，能(néng)同時處理每秒2300幀的圖像。
AI設計公司也是進(jìn)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(miàn)向(xiàng)智能(néng)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台Matrix1.0。在CES2020上，Matrix 2首次公開(kāi)亮相。相比上一代，Matrix 2在性能(néng)方面(miàn)裝配有16TOPS的等效算力，而其功耗僅爲原來的2/3。
互聯網巨頭對(duì)自動駕駛AI芯片市場也極爲關注。Waymo是谷歌自動駕駛研究領域的子公司，Waymo除采用英特爾CPU+Altera FPGA方案之外，亦基于其TPU打造的深度機器學(xué)習平台，用于自動駕駛領域。百度開(kāi)發(fā)的“昆侖”AI芯片，也可以适配于自動駕駛的Apollo系統。2019年12月舉行的Apollo生态大會上，百度還(hái)發(fā)布了一款車規級芯片鴻鹄，針對(duì)語音技術領域的AI芯片，用于處理車内語音功能(néng)，可提升車載系統的語音交互流暢性。
恩智浦、瑞薩、TI是傳統汽車電子廠商，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、百度爲互聯網巨頭，再加上一衆AI獨角獸們，汽車半導體領域已經(jīng)畢集了六路大軍。未來勢將(jiāng)上演一場群雄争霸的戰局。能(néng)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(guó)内廠商要有從零開(kāi)始的決心
2019年1月特斯拉上海工廠開(kāi)工建設，今年1月首批國(guó)産Model 3實現大批量交付，這(zhè)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(guó)産供應鏈開(kāi)始受到外界的廣泛關注。然而在這(zhè)條供應鏈之中，涵蓋了大量動力電池、電驅系統、底盤、車身、中控系統廠商，但是國(guó)内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境更爲惡劣，因此汽車芯片對(duì)于可靠性及安全性的要求也更高。”Gartner公司副總裁盛陵海告訴記者。根據相關标準，相比于消費芯片與一般工業芯片，車規級芯片的工作環境更爲惡劣：溫度範圍可寬至-40℃~155℃、高振動、多粉塵、電磁幹擾等。由于涉及人身安全，汽車芯片對(duì)于可靠性及安全性的要求也更高，一般設計壽命爲15年或20萬公裡(lǐ)。車規級芯片需要經(jīng)過(guò)嚴苛的認證流程，包括可靠性标準AEC-Q100、質量管理标準ISO/TS 16949、功能(néng)安全标準ISO26262等。一款芯片一般需要2～3年時間才能(néng)完成(chéng)車規認證并進(jìn)入整車廠供應鏈。
有專家告訴記者，一款車規級芯片的認證往往需要數年時間，而且零部件需要長(cháng)期備貨，有時甚至在十幾年之後(hòu)還(hái)有少量需求。這(zhè)種(zhǒng)産業生态與行業慣例對(duì)于習慣了消費電子市場大批量、快節奏的中國(guó)IC廠商來說，并不适應。
傳統的國(guó)際汽車半導體大廠旗下大多保有晶圓廠，這(zhè)對(duì)保障長(cháng)期供貨、維持産品獨特性，以及質量的穩定性都(dōu)有極大幫助。而中國(guó)IC設計公司多爲Fabless模式，制造仰賴代工廠，在通過(guò)客戶認證時，這(zhè)在一定程度上是不利的。
因此，中國(guó)芯片公司要想進(jìn)入汽車半導體領域需要一個長(cháng)期的過(guò)程與持續的努力。從策略上，國(guó)産半導體供應商應加強與汽車制造商和一級汽車行業供應商合作，嚴格質量、可靠性、成(chéng)本、功率與安全标準，有從零開(kāi)始，從“備胎”做起(qǐ)的決心。同時，可以重點關注自動駕駛主控芯片、固态激光雷達等新技術、新需求，尋找切入的機會。