汽車(chē)，半導體行業(yè)下一個(gè)“富礦”

一輛特斯拉Model3中使用的半導體產(chǎn)品價(jià)值大約1500美元。隨著(zhù)智能手機對半導體市場(chǎng)拉動(dòng)呈現疲態(tài)，車(chē)用半導體卻保持了持續高增長(cháng)的勢頭。未來(lái)汽車(chē)有望取代智能手機成為半導體行業(yè)最強有力的應用市場(chǎng)。

半導體對于汽車(chē)工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要

咨詢(xún)機構撰文指出，一個(gè)世紀以來(lái)，內燃機一直是汽車(chē)工業(yè)價(jià)值和創(chuàng )新的源泉。然而今天人們正在進(jìn)入一個(gè)新的汽車(chē)時(shí)代，汽車(chē)將因半導體和電子產(chǎn)品所提供的功能而有所不同。這種轉變將半導體（汽車(chē)“內部計算引擎”的基石）置于汽車(chē)創(chuàng )新的核心。

半導體對于汽車(chē)工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。意法半導體大中華、南亞及韓國區域汽車(chē)市場(chǎng)和應用負責人鄭明發(fā)也表示，傳統內燃汽車(chē)向新能源汽車(chē)的轉變意味著(zhù)汽車(chē)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(shuō)芯片是新能源汽車(chē)的“大腦”。比如模擬前端芯片監控電池的狀態(tài)，主控芯片通過(guò)計算可以確定汽車(chē)剩余的續航里程，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，以驅動(dòng)電機實(shí)現整車(chē)的前進(jìn)、后退，在剎車(chē)時(shí)又能將能源回饋給電池。

現在汽車(chē)內置的芯片越來(lái)越多。按照種類(lèi)汽車(chē)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(lèi)型，而且隨著(zhù)應用的增多，無(wú)論是安裝的數量還是價(jià)值仍在不斷增長(cháng)之中。意法半導體亞太區功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區域市場(chǎng)和應用副總裁Francesco MUGGERI表示：“據我們估計，新能源汽車(chē)和傳統燃油車(chē)相比較，每輛車(chē)會(huì )增加330美元的半導體需求，增加了接近一倍，所以隨著(zhù)銷(xiāo)量的提升，半導體行業(yè)的需求會(huì )持續大幅提升?！?/p>

而根據研究機構測算，汽車(chē)半導體市場(chǎng)的規模將從2019年的400億美元持續增長(cháng)，可能會(huì )在2040年達到2000億美元。更重要的是，這個(gè)數字還不包括用于汽車(chē)相關(guān)非車(chē)載應用的半導體，如電動(dòng)汽車(chē)充電器或V2X基礎設施。如果加上基礎設施的建設，對半導體的拉動(dòng)將更加巨大。

按中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )之前預測，到2030年中國純電動(dòng)車(chē)輛或達到6480萬(wàn)輛。這意味著(zhù)，如果按照車(chē)樁比1∶1的數據估算，從2021年到2030年的這10年間，需要新建充電樁數千萬(wàn)臺。歐司朗汽車(chē)事業(yè)部中國區總經(jīng)理吳君斐（Adam Wu）指出，芯片也能幫助新能源車(chē)更好地實(shí)現網(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(huì )相應提高，那么未來(lái)的5G、Car to X（汽車(chē)與汽車(chē)、行人、設備等的通信）及種種涉及“云”的場(chǎng)景都會(huì )逐步實(shí)現。

隨著(zhù)市場(chǎng)日趨成熟，智能手機對半導體拉動(dòng)已經(jīng)出現疲態(tài)，而車(chē)用半導體卻保持了持續高增長(cháng)的勢頭。未來(lái)汽車(chē)有望取代智能手機成為半導體的最強有力的應用市場(chǎng)。

自動(dòng)駕駛車(chē)輛半導體含量是普通汽車(chē)的8倍

自動(dòng)駕駛無(wú)疑是汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)距離實(shí)現落地仍然距離遙遠，但是在某些特殊環(huán)境下，自動(dòng)駕駛車(chē)輛在無(wú)需駕駛員干預下正常行駛已經(jīng)可以實(shí)現。

恩智浦資深副總裁兼首席技術(shù)官Lars Reger指出，當前的自動(dòng)駕駛技術(shù)大約處于L3+級別。他舉例說(shuō)，目前L3+的車(chē)輛已經(jīng)可以實(shí)現在高速公路上自動(dòng)駕駛。從上高速起行車(chē)系統就可以接管汽車(chē)的管理權，駕駛員可以手腳放開(kāi)，讓汽車(chē)自動(dòng)行進(jìn)，在下高速的時(shí)候，車(chē)輛又會(huì )給駕駛員發(fā)一個(gè)通知，要求駕駛員接管回來(lái)。

這樣的技術(shù)落實(shí)到汽車(chē)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(diǎn)產(chǎn)品。研究機構預測，到2030年，擁有4級或5級自動(dòng)駕駛能力的汽車(chē)將占全球汽車(chē)總銷(xiāo)量的10%以上。這些車(chē)輛的半導體含量（按價(jià)值計算）將是沒(méi)有自動(dòng)化的汽車(chē)的8～10倍。

以激光雷達為例，作為汽車(chē)自動(dòng)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(diǎn)。然而，高昂的造價(jià)限制了此前機械式激光雷達的普及應用。不過(guò)隨著(zhù)博世、安森美、英飛凌等半導體大廠(chǎng)大舉投入，以半導體技術(shù)為基礎的固態(tài)激光雷達正在走向成熟，開(kāi)始取代傳統的機械式激光雷達。

今年的CES2020上，德國汽車(chē)零部件供應商博世就宣布，其首款車(chē)規級激光雷達芯片已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)開(kāi)發(fā)階段。博世希望通過(guò)規?；慨a(chǎn)，降低激光雷達成本，促進(jìn)市場(chǎng)推廣。安森美展示了固態(tài)激光雷達核心芯片，業(yè)內首款高分辨率、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(jià)格拉到了萬(wàn)元以下（Horizon 的報價(jià)為6499元，Tele-15為9000元）。

六路大軍競逐汽車(chē)半導體主導權

如果說(shuō)激光雷達等傳感器是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的眼睛，AI主控芯片則是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的大腦。據恩智浦統計，目前一輛高端汽車(chē)已經(jīng)搭載超過(guò)1億行代碼，遠超飛機、手機、互聯(lián)網(wǎng)軟件等，未來(lái)，伴隨自動(dòng)駕駛滲透率及級別提升，汽車(chē)搭載的代碼行數將呈指數級增長(cháng)。自動(dòng)駕駛軟件計算量已經(jīng)達到10個(gè)TOPS（Tera Operations Per Second，萬(wàn)億次操作每秒）量級。傳統汽車(chē)所搭載的處理器算力根本無(wú)法滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛汽車(chē)的計算需求，AI主控芯片已經(jīng)成為自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(lái)越多重量級企業(yè)進(jìn)入汽車(chē)半導體領(lǐng)域，正在改變著(zhù)汽車(chē)半導體的產(chǎn)業(yè)格局。

恩智浦、瑞薩、TI等是傳統的汽車(chē)半導體大廠(chǎng)，在推進(jìn)自動(dòng)駕駛芯片方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，沿著(zhù)逐步升級ADAS（高級駕駛輔助系統）處理芯片至高級自動(dòng)駕駛級別的路徑，可以一路推進(jìn)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(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L2至L3級自動(dòng)駕駛進(jìn)行處理。恩智浦半導體總裁Kurt Sievers在接受記者采訪(fǎng)時(shí)就表示：“我們對汽車(chē)行業(yè)的電子化包括自動(dòng)駕駛領(lǐng)域非?？春?，這是未來(lái)市場(chǎng)的長(cháng)期增長(cháng)機會(huì )。汽車(chē)的電子化（包括自動(dòng)駕駛），將為汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)根本性的改變。這種轉變將在未來(lái)多年時(shí)間里持續下去。半導體行業(yè)也將受益于汽車(chē)行業(yè)的這一發(fā)展趨勢?！?/p>

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(dòng)駕駛領(lǐng)域。英偉達憑借GPU在A(yíng)I處理中的優(yōu)越性能，不僅在數據中心AI加速領(lǐng)域一度占據壟斷優(yōu)勢，在汽車(chē)主控領(lǐng)域也快速擴張。Drive PX是英偉達自動(dòng)駕駛平臺，將深度學(xué)習、傳感器融合和環(huán)繞視覺(jué)相結合。2019年英偉達發(fā)布的最新一代自動(dòng)駕駛平臺DRIVE AGX Orin，將于2022年正式量產(chǎn)。

英特爾長(cháng)期占據世界最大的半導體制造商寶座，近年來(lái)通過(guò)大手筆的并購，強勢進(jìn)入汽車(chē)半導體市場(chǎng)。2017年，英特爾以153億美元收購視覺(jué)ADAS主導廠(chǎng)商Mobileye。Mobileye掌握車(chē)載視覺(jué)ADAS市場(chǎng)80%份額，Mobileye的專(zhuān)有軟件算法和EyeQ芯片能對視覺(jué)信息進(jìn)行詳細分析并預測與其他車(chē)輛、行人、自行車(chē)或其他障礙物的可能碰撞。2015年，英特爾以167億美元收購Altera公司。Altera擁有的FPGA產(chǎn)品不僅大量應用于數據中心與IoT業(yè)務(wù)當中，在自動(dòng)駕駛AI主控芯片上也有巨大的應用潛力。

高通近年來(lái)憑借通信優(yōu)勢，也在從車(chē)載信息娛樂(lè )積極向自動(dòng)駕駛進(jìn)軍。在收購恩智浦半導體無(wú)果后，高通將注意力放在自家車(chē)載平臺的打造上。在CES 2020上，高通發(fā)布了Snapdragon Ride平臺，包括異構多核CPU、AI與計算機視覺(jué)引擎、GPU、安全SoC等，可支持從L1/L2級別主動(dòng)安全ADAS、到L2+級別“便利性”ADAS，再到L4/L5級別自動(dòng)駕駛的需求。

特斯拉是第一個(gè)投入主控芯片開(kāi)發(fā)的汽車(chē)品牌廠(chǎng)商。2015年，特斯拉推出自動(dòng)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FSD，可實(shí)現L4級自動(dòng)駕駛。特斯拉表示，自動(dòng)駕駛主控芯片擁有高達60億的晶體管，每秒可完成144萬(wàn)億次的計算，能同時(shí)處理每秒2300幀的圖像。

AI設計公司也是進(jìn)入車(chē)用芯片市場(chǎng)的一股重要力量。地平線(xiàn)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處理器架構的自動(dòng)駕駛計算平臺Matrix1.0。在CES2020上，Matrix 2首次公開(kāi)亮相。相比上一代，Matrix 2在性能方面裝配有16TOPS的等效算力，而其功耗僅為原來(lái)的2/3。

互聯(lián)網(wǎng)巨頭對自動(dòng)駕駛AI芯片市場(chǎng)也極為關(guān)注。Waymo是谷歌自動(dòng)駕駛研究領(lǐng)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)習平臺，用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。百度開(kāi)發(fā)的“昆侖”AI芯片，也可以適配于自動(dòng)駕駛的Apollo系統。2019年12月舉行的Apollo生態(tài)大會(huì )上，百度還發(fā)布了一款車(chē)規級芯片鴻鵠，針對語(yǔ)音技術(shù)領(lǐng)域的AI芯片，用于處理車(chē)內語(yǔ)音功能，可提升車(chē)載系統的語(yǔ)音交互流暢性。

恩智浦、瑞薩、TI是傳統汽車(chē)電子廠(chǎng)商，英偉達、英特爾是消費電子、計算領(lǐng)域芯片廠(chǎng)商，高通是通信芯片公司，特斯拉是汽車(chē)品牌廠(chǎng)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(chē)半導體領(lǐng)域已經(jīng)畢集了六路大軍。未來(lái)勢將上演一場(chǎng)群雄爭霸的戰局。能夠吸引如此之多的重量級廠(chǎng)商，也充分說(shuō)明了汽車(chē)半導體市場(chǎng)的廣闊發(fā)展前景。

國內廠(chǎng)商要有從零開(kāi)始的決心

2019年1月特斯拉上海工廠(chǎng)開(kāi)工建設，今年1月首批國產(chǎn)Model 3實(shí)現大批量交付，這是特斯拉在海外的第一座超級工廠(chǎng)。與此同時(shí)，有關(guān)特斯拉的國產(chǎn)供應鏈開(kāi)始受到外界的廣泛關(guān)注。然而在這條供應鏈之中，涵蓋了大量動(dòng)力電池、電驅系統、底盤(pán)、車(chē)身、中控系統廠(chǎng)商，但是國內汽車(chē)半導體公司卻很少得見(jiàn)。

“由于涉及人身安全問(wèn)題，再加上汽車(chē)芯片的工作環(huán)境更為惡劣，因此汽車(chē)芯片對于可靠性及安全性的要求也更高?！盙artner公司副總裁盛陵海告訴記者。根據相關(guān)標準，相比于消費芯片與一般工業(yè)芯片，車(chē)規級芯片的工作環(huán)境更為惡劣：溫度范圍可寬至-40℃~155℃、高振動(dòng)、多粉塵、電磁干擾等。由于涉及人身安全，汽車(chē)芯片對于可靠性及安全性的要求也更高，一般設計壽命為15年或20萬(wàn)公里。車(chē)規級芯片需要經(jīng)過(guò)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ISO26262等。一款芯片一般需要2～3年時(shí)間才能完成車(chē)規認證并進(jìn)入整車(chē)廠(chǎng)供應鏈。

有專(zhuān)家告訴記者，一款車(chē)規級芯片的認證往往需要數年時(shí)間，而且零部件需要長(cháng)期備貨，有時(shí)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(chǎng)大批量、快節奏的中國IC廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，并不適應。

傳統的國際汽車(chē)半導體大廠(chǎng)旗下大多保有晶圓廠(chǎng)，這對保障長(cháng)期供貨、維持產(chǎn)品獨特性，以及質(zhì)量的穩定性都有極大幫助。而中國IC設計公司多為Fabless模式，制造仰賴(lài)代工廠(chǎng)，在通過(guò)客戶(hù)認證時(shí)，這在一定程度上是不利的。

因此，中國芯片公司要想進(jìn)入汽車(chē)半導體領(lǐng)域需要一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程與持續的努力。從策略上，國產(chǎn)半導體供應商應加強與汽車(chē)制造商和一級汽車(chē)行業(yè)供應商合作，嚴格質(zhì)量、可靠性、成本、功率與安全標準，有從零開(kāi)始，從“備胎”做起的決心。同時(shí)，可以重點(diǎn)關(guān)注自動(dòng)駕駛主控芯片、固態(tài)激光雷達等新技術(shù)、新需求，尋找切入的機會(huì )。