當汽車走向電動化、自動化與智慧化,將大幅提升對於車用半導體與車用電子需求,並隨著5G正式商轉,促使車聯網應用更加寬廣。除了國際車用半導體大廠之外,台積電、世界、聯發科、瑞昱、同欣電、欣銓等晶圓代工、IC設計與封測等廠商也紛紛跨入車用領域,搶食龐大商機。

發展至今超過一三○年的汽車工業,將面臨到巨大的變化與挑戰,從內燃機引擎轉變成為純電動,恐讓不少生產水箱、變速箱、油箱、引擎汽缸等業者感到恐慌。尤其,電動車龍頭特斯拉的創新力也讓傳統車廠備感壓力;再者,近來蘋果電腦也宣布要推出Apple Car,這些非傳統車廠紛紛投入,將顛覆你我過去的舊思維。不論是特斯拉或是Apple Car,動力驅動必然走向電動化。此外,自動駕駛、車聯網等功能都是未來汽車之標配。根據TrendForce旗下拓墣產業研究院表示,車載資通訊、ADAS、自駕車與電動車成為汽車產業的發展趨勢,將驅動車用半導體成長的重要關鍵,預估二○二一年全球車用半導體晶片產值將上看二一○億美元,年成長十二.五%。

車用半導體大致可分為微控制器(MCU)、特定應用標準產品(ASSP)/特定應用積體電路(ASIC)、類比(Analog)與功率電晶體(Transistor)、感測器(Sensor)等。各產品類別在車電次系統的使用比重,ASSP/ASIC較偏重在車載資通訊與娛樂;MCU則是較偏重動力傳動、底盤控制與安全;類比與功率電晶體在各次系統使用比較平均;至於感測器則是偏重在動力傳動及安全。由於汽車應用講求的是品質與安全,半導體產品在設計、製造、封裝測試等各個環節都須符合車用規格及獲得車廠認證,因此,大多數的車用半導體供應商為能夠自行掌控設計、製造與封測的整合元件製造商(IDM)。

英飛凌、輝達專注功率與自駕晶片

目前全球前十大車用半導體廠商,分別為Infineon、NXP、Renesas、TI、STMicro、Bosch、ON Semi、Toshiba、ROHM與Micron,合計占比達六八%。然而,各家業者在車用半導體擅長領域各有不同,以龍頭Infineon來說,主要強項在於功率半導體,在功率半導體領域連續十六年居業界龍頭。其中,IGBT元件與模組在全球市占率均達三成以上,遙遙領先對手;幾乎全球前十大熱賣電動車中,有八款是採用英飛凌的IGBT。另,在車用影像感測晶片的ON Semi可說是稱霸一方,在車用CMOS市占率高達四成,受惠於ADAS與自駕車趨勢,每台車的影像感測器數量與畫素規格將持續攀高。

此外,GPU繪圖晶片大廠輝達(Nvidia)近年來在汽車佈局上也相當積極,日前與德國賓士汽車合作,未來的賓士車所採用的自動駕駛功能,將由Nvidia 的下一代DRIVE平台提供支援;名為Nvidia Orin的電腦系統單晶片(SoC)搭載近期發表的Nvidia Ampere超級運算架構。Nvidia Drive平台包含用於自動駕駛AI應用程式的完整系統軟體堆疊。

隨汽車加入越來越多電子設備,從引擎、車身及車內等都必須加入大量感測器、運算元件,需要複雜運算的運算元件幾乎都需要外掛NOR Flash。不同於一般消費性記憶體的使用期限約達三年,車用記憶體的使用期限要求達五~十年之久,除了要求通過AEC-Q100或TS-16949等認證,並且要符合攝氏零下四○~八五度C的寬溫規格,還有具有防震及抗摔等特性。目前車用電子中控系統主要採用QNX或Linux作業系統,所搭載的車用記憶體規格是一二八~二五六Mb NOR Flash加上外接式儲存裝置。至於行車紀錄、影音娛樂、汽車導航、環景影像、車道偏移警示、自動煞車等ADAS系統,每一個系統普偏採用五一二Mb NOR Flash或SLC NAND Flash,並搭配一~二GB DDR3。因此,隨著ADAS系統滲透率快速攀升,每輛車對車用記憶體的容量需求強勁成長,當前全球車用NOR Flash廠商,主要以英飛凌旗下的Cypress與記憶體大廠Micron居領先地位。

瑞昱布局車用乙太網路

近來盛傳蘋果發展電動車(Apple car)可能找上正在打造MIH電動車開放平台的鴻海合作,而所謂的平台應該指的是DSRC/C-V2X,即自駕車的車聯網系統,即車對車的溝通,美國政府將在未來幾年推動法規,強制所有在市場上販售的車輛都必須安裝汽車對汽車(V2V)的通訊系統(DSRC),這也是鴻海大量布局在運算、人工智慧、量子加密的原因。

目前車聯網(Vehicle to Everything; V2X)主流通訊技術包括專用短程通訊(Dedicated Short Range Communication; DSRC)與蜂巢式車聯網(Cellular-Vehicle to Everything; C-V2X)技術,因DSRC的標準與規格較早完成,吸引歐美相關業者早期投入,而C-V2X在發展時點上雖較晚,但其發展背景與目前環境相對更為成熟,且其在技術演進、效能與多場景應用上更具發展優勢,目前美國與歐盟DSRC、C-V2X皆發展,中國則擇定C-V2X。

除了車聯網之外,車內網路也隨著各大車廠導入各式各樣的ADAS,負責各ADAS系統之間、ADAS系統與主控處理器之間資料運算及資訊傳輸的車用乙太網路(Automotive Ethernet)需求大爆發。由於過去舊型車用網路能傳遞的頻寬並不大,但車子裡要連結的東西愈來愈多,要求更加即時,就必須採用車用乙太網路。國內網通與影音IC設計大廠瑞昱早在二○一一年加入主導全球汽車產業乙太網路技術的OPEN Alliance,並成為該聯盟十六家技術推廣者(Promoter)之一。

瑞昱除了能與BMW、豐田、戴姆勒等國際車廠一同討論及制定技術發展方向,也能與瑞薩、NXP、博通等同業共同分食車用網路市場龐大商機。目前瑞昱與美國OEM車廠有多年的合作關係,並成功打進電動車龍頭特斯拉供應鏈。乙太網路將成為汽車資料傳輸的基礎,提供通用的通訊協定堆疊,減少閘道需求以及硬體成本和相關軟體開銷;其擴展性將能滿足更高速和超低延遲功能的需求,因此,瑞昱將受惠此一趨勢,中長期營運備受市場期待。

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