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在過(guò)去幾十年中，特別是本世紀(jì)之交以來(lái)，微控制器（MCU）在車(chē)輛中的應(yīng)用和提高率日積月累，如今簡(jiǎn)直控制了車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)的方方面面。如今MCU用于處置大多數(shù)電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如車(chē)窗、電動(dòng)調(diào)理后視鏡、信息文娛、音頻系統(tǒng)、方向盤(pán)控制等，在整個(gè)汽車(chē)上傳送輸入、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行計(jì)算。這也使公眾對(duì)汽車(chē)的認(rèn)知轉(zhuǎn)變?yōu)椤败?chē)輪上的電腦”。 自動(dòng)駕駛半導(dǎo)體增速最快 IDTechEx剛剛發(fā)布的“汽車(chē)半導(dǎo)體2023-2033”報(bào)告以為，汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)的10年復(fù)合年增長(zhǎng)率將到達(dá)9.4%，而用于ADAS和自動(dòng)駕駛的半導(dǎo)體將以29%的10年復(fù)合年率增長(zhǎng)。因而，自主將是汽車(chē)半導(dǎo)體行業(yè)的福音。相關(guān)應(yīng)用包括汽車(chē)自動(dòng)化、ADAS、銜接、信息文娛和電氣化，不只需求更多的MCU，更需求先進(jìn)和密集處置的尖端半導(dǎo)體技術(shù)。
不同車(chē)輛應(yīng)用的半導(dǎo)體晶圓價(jià)值 隨著電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟以及自動(dòng)駕駛功用的呈現(xiàn)，該行業(yè)正處于第二次汽車(chē)半導(dǎo)體應(yīng)用熱潮的開(kāi)端。用于自主技術(shù)的傳感器和高性能計(jì)算機(jī)需求由稀有資料制成的半導(dǎo)體，以及運(yùn)用最先進(jìn)處置技術(shù)的硅片；電氣化也需求在功率電子和電池管理系統(tǒng)中耗費(fèi)大量的半導(dǎo)體，前者將從硅過(guò)渡到性能更高的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)。
一段時(shí)間以來(lái)，業(yè)界不斷以為自動(dòng)駕駛汽車(chē)行將到來(lái)，但在某些方面它曾經(jīng)呈現(xiàn)。就在上個(gè)月，繼2022年在德國(guó)取得認(rèn)證后，梅賽德斯-飛馳S級(jí)在美國(guó)取得了SAE L3認(rèn)證。其意義在于，S級(jí)常常是汽車(chē)行業(yè)的潮流引領(lǐng)者，在將來(lái)十年，L3技術(shù)的汽車(chē)價(jià)位將逐漸降落。即便是L4車(chē)輛如今也在一些城市樹(shù)立了存在。在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城，任何人都能夠運(yùn)用Waymo的完整無(wú)人駕駛自動(dòng)出租車(chē)，前提是道路和最終目的地在選定的天文圍欄區(qū)域內(nèi)。 自動(dòng)駕駛汽車(chē)需求更多半導(dǎo)體 ADAS和自動(dòng)駕駛汽車(chē)有望以其所能提供的超人平安性徹底改動(dòng)運(yùn)輸業(yè)，其才能源于依托先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)提供最佳性能的傳感器和計(jì)算機(jī)。因而，ADAS和自動(dòng)駕駛汽車(chē)將成為汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)的一大動(dòng)力。三個(gè)要素將共同推進(jìn)高增長(zhǎng)率：L3和L4自動(dòng)駕駛汽車(chē)的呈現(xiàn)和采用以及所需的傳感器；汽車(chē)傳感器向更先進(jìn)的半導(dǎo)體過(guò)渡；將高性能計(jì)算應(yīng)用于車(chē)輛。 IDTechEx的研討標(biāo)明，在ADAS采用方面，2021年全球售出的新車(chē)中，有39%在發(fā)貨時(shí)裝備了足夠的ADAS功用，以契合L2規(guī)范。這些汽車(chē)至少裝備了自順應(yīng)巡航控制和車(chē)道堅(jiān)持輔助系統(tǒng)。2021發(fā)貨的另外39%為L(zhǎng)1，剩下的只要12%為L(zhǎng)0或沒(méi)有任何自動(dòng)化技術(shù)。
L3車(chē)輛也已進(jìn)入市場(chǎng)。2021年，本田傳奇在日本被授予L3，出貨100輛。2022年，梅賽德斯S級(jí)在德國(guó)取得了L3認(rèn)證，年銷(xiāo)量在10萬(wàn)輛左右。 在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，半導(dǎo)體的作用更是當(dāng)仁不讓?zhuān)瑥腖3開(kāi)端需求比ADAS系統(tǒng)更多的傳感器。L4 Robotaxi將具有更全面的傳感器套件，以提供商用車(chē)輛所需的魯棒性。L3及以上車(chē)輛極有可能至少運(yùn)用一個(gè)激光雷達(dá)（LiDAR），這將推進(jìn)高價(jià)值半導(dǎo)體的增長(zhǎng)。由于計(jì)算負(fù)荷遠(yuǎn)高于ADAS車(chē)輛，L4乘用車(chē)和Robotaxi可能會(huì)運(yùn)用反復(fù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成冗余。此外，高度自動(dòng)駕駛車(chē)輛的奢華特性將使整個(gè)車(chē)輛中MCU的運(yùn)用量增加。 來(lái)看看ADAS系統(tǒng)中有哪些半導(dǎo)體。在更先進(jìn)的車(chē)輛中，ADAS/AD處置器執(zhí)行傳感器交融、目的檢測(cè)、途徑規(guī)劃和懇求車(chē)輛行動(dòng)等功用。這些功用運(yùn)用十分高端和先進(jìn)的單元，通常是3-7nm FinFET。 攝像頭MCU處置來(lái)自攝像頭的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行一些ADAS功用，例如車(chē)道堅(jiān)持輔助和自動(dòng)緊急制動(dòng)。通常采用40nm CMOS或90nm SiGe BiCMOS，更先進(jìn)的可能運(yùn)用28nm Si CMOS FD SOI。攝像頭圖像傳感器基于CMOS，采用大多數(shù)成熟節(jié)點(diǎn)，如65nm、90nm和130nm。 雷達(dá)MCU用于預(yù)處置來(lái)自收發(fā)器的數(shù)據(jù)，采用40nm以上工藝，將來(lái)趨向是集成到收發(fā)器中，需求40nm及以下工藝。雷達(dá)收發(fā)機(jī)（Si和SiGe）生成雷達(dá)信號(hào)并將回波轉(zhuǎn)換回電子數(shù)據(jù)，通常運(yùn)用90nm節(jié)點(diǎn)的SiGe BiCMOS制成。一些tier 2正在過(guò)渡到40-45nm Si CMOS，趨向于集成MCU的雷達(dá)SoC。將來(lái)的技術(shù)將運(yùn)用28nm CMOS、22nm FD-SOI及更小的器件。 激光雷達(dá)MCU預(yù)處置數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)中繼到ADAS/AD域控制器。激光雷達(dá)的激光發(fā)作器、激光探測(cè)器和激光驅(qū)動(dòng)器中運(yùn)用多種半導(dǎo)體，包括Si、GaN、InP、GaAs、InGaAs、Ge等。 傳感器的三個(gè)趨向 關(guān)于傳感器，不只是更多，而且還需求運(yùn)用更昂貴、更先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)完成性能更高的傳感器。例如，之前雷達(dá)曾經(jīng)運(yùn)用了相當(dāng)成熟的90nm SiGe BiCMOS技術(shù)，但對(duì)更好性能的需求意味著下一代4D成像雷達(dá)將采用40nm及以下節(jié)點(diǎn)的SiCMOS技術(shù)。隨著節(jié)點(diǎn)尺寸的減小，這些雷達(dá)將取得性能，但也將增加本錢(qián)。 最近，激光雷達(dá)價(jià)錢(qián)不斷在降落，其采用率也在不時(shí)進(jìn)步。它是L3及以上級(jí)別車(chē)輛的關(guān)鍵傳感器，但由于其帶來(lái)的平安優(yōu)勢(shì)，它也將開(kāi)端穿透L2及以下級(jí)別。近紅外激光雷達(dá)目前部署最多，其探測(cè)器能夠建在硅上，因而十分廉價(jià)。但激光雷達(dá)的趨向是短波紅外，在提供性能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)需求更昂貴的InGaAs探測(cè)器。因而，激光雷達(dá)將越來(lái)越多地采用并向更高價(jià)值的半導(dǎo)體類(lèi)型過(guò)渡。 令人感興味的是激光雷達(dá)驅(qū)動(dòng)的非硅基半導(dǎo)體需求的增長(zhǎng)。往常，大多數(shù)激光雷達(dá)在近紅外（NIR）區(qū)域工作，典型波長(zhǎng)為905nm，這能夠經(jīng)過(guò)硅光電探測(cè)器完成。但是，將來(lái)的激光雷達(dá)很可能運(yùn)用典型波長(zhǎng)為1550nm的短波紅外（SWIR）區(qū)域。1550nm激光雷達(dá)發(fā)布的壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)顯現(xiàn)了這一趨向。
固然特斯拉不斷在公開(kāi)反對(duì)激光雷達(dá)，但自主范疇的其他主要參與者Waymo、Cruise、戴姆勒和本田等都在其高度自動(dòng)化的車(chē)輛上運(yùn)用激光雷達(dá)。事實(shí)上，截至2022年底，道路上只要兩輛經(jīng)過(guò)SAE L3認(rèn)證的車(chē)輛（在某些狀況下不需求駕駛員監(jiān)控）：梅賽德斯S級(jí)和本田傳奇。IDTechEx估計(jì)，在將來(lái)10年內(nèi)，將有更多高端車(chē)輛效仿S級(jí)，普遍采用L3技術(shù)。當(dāng)然，這將推進(jìn)這些高度先進(jìn)車(chē)輛所需的一切傳感器類(lèi)型和計(jì)算機(jī)的半導(dǎo)體需求。 傳感器的趨向有三：一是隨著自動(dòng)化水平的進(jìn)步，車(chē)輛四周的攝像頭將變得越來(lái)越多，紅外攝像頭很可能參加其中；二是L3及以上車(chē)輛四周的激光雷達(dá)將增加；三是L3及以上車(chē)輛典型裝置五個(gè)雷達(dá)，雷達(dá)自身將運(yùn)用更先進(jìn)的收發(fā)器芯片提供更高的性能。
最后 汽車(chē)行業(yè)面臨著越來(lái)越大的經(jīng)過(guò)電氣化完成脫碳的壓力，2022年電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量已增長(zhǎng)至一切新車(chē)銷(xiāo)量的10%左右，正走出早期采用階段，走向更普遍的采用。電動(dòng)汽車(chē)的功率電子產(chǎn)品和電池組帶來(lái)了額外的需求，推進(jìn)了半導(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)。 主機(jī)廠(chǎng)不斷在尋覓經(jīng)過(guò)進(jìn)步車(chē)輛效率來(lái)擴(kuò)展續(xù)航里程的辦法，一個(gè)越來(lái)越受歡送的途徑是從硅逆變器轉(zhuǎn)向碳化硅逆變器。有兩個(gè)要素促使特斯拉、梅賽德斯、奧迪和福特、比亞迪、小鵬等電動(dòng)汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)轉(zhuǎn)向碳化硅。首先，一些主機(jī)廠(chǎng)正方案從400V架構(gòu)過(guò)渡到800V架構(gòu)。較高的電壓降低了完成相同功率所需的電流量，減少了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的歐姆損耗，進(jìn)步了效率。碳化硅更合適更高的電壓，因而是比硅更明智的選擇。采用碳化硅的第二個(gè)緣由是，在400V時(shí)，碳化硅也比硅更高效，這就是為什么像特斯拉這樣的玩家會(huì)感興味，雖然其現(xiàn)有的400V增壓器網(wǎng)絡(luò)很難過(guò)渡到800V。 總之，未來(lái)的汽車(chē)將更加先進(jìn)，并要求半導(dǎo)體行業(yè)取得更多進(jìn)步；自主性不僅僅是驅(qū)動(dòng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)，而是將帶動(dòng)整個(gè)汽車(chē)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。 |
