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車內系統電子化速度加快 智慧汽車驅動半導體創新

2015-09-15

  為打造更舒適安全的智慧汽車,汽車制造商正加快車內系統電子化的腳步,并引進包括先進駕駛輔助系統(ADAS)、數位儀表板、車內資訊娛樂系統、可適應性頭燈等新科技;此一發展,也連帶驅動半導體廠不斷革新產品與技術,以滿足不同車內電子系統的應用要求。

  今日世界變化速度更甚以往,智慧型手機已跨越高峰,到達成熟期,外界普遍認為汽車是未來的創新焦點,也令人倍感期待。

  據傳蘋果將打造電動車,該公司市值近7,500億美元,比全球前三大車廠豐田、通用和福斯總和還高一倍,未來可能與特斯拉(Tesla)等頂尖創新單位合并或合作。特斯拉來自矽谷,設有Giga廠區,又提供智慧財產給競爭對手,共同發展電動車產業,這股力量不容小覷。

  Google及OOA(Open Automotive Alliance)為了自動駕駛車輛已結盟多時,同樣是相當重要的對手;就連美國航太總署也與雷諾-日產公司合作,要發展自動駕駛車輛。這些領導廠商向來能提出破壞式創新及目標,屢屢顛覆業界,有了他們陸續加入,這塊市場前景可期。

  在未來車輛的種種目標中,半導體/電子元件都是核心致能關鍵,近期車載晶片銷售業績即不斷增加,超越眾多市場區塊,在之后的幾年,汽車成本平均近半數都將來自電子設備。

  本文將介紹汽車市場部分未來科技趨勢,以及半導體于其中扮演的角色,之后再舉例說明全球主要的半導體供應商,在汽車產業著力的幾十年中,如何以先進的技術來奠定未來汽車發展基石。

  未來汽車發展趨勢 自動車結合先進駕駛輔助系統

  對許多車主而言,自動車肯定是終極理想,也將開創新紀元,今日先進駕駛輔助系統(ADAS)包括防撞、行人/車輛偵測、交通號志辨識、車道偏離示警等,均以視覺為主,從鏡頭、雷達、紅外線(IR)、熱能、ToF(Time of Flight)、超音波感測器等來源混合資料后,能協助駕駛準確判斷,這項技術也將逐漸提升,影響啟動及煞車系統,融入未來自動車,這些發展都需要高效能處理器,再搭配數位訊號處理器(DSP)、專用分析加速計、繪圖處理器(GPU)、安全類比/電源/連接晶片等。

  以下將詳述ADAS、車載資通訊(Telematics)、車載資訊娛樂系統(In-Vehicle Infotainment, IVI)、電動車等眾多自動車所需的汽車電子。

  主動式安全系統

  據估計增加ADAS或主動式安全系統投資后,能夠拯救無數寶貴生命,經濟開銷亦可省下數千億美元,因此Euro NCAP等計畫都希望規范更加嚴格;政府法規也同樣要求車內增設各種晶片,包括功能完整的微控制器、馬達控制和電源管理晶片(PMIC)等晶片,都須達到ISO 26262與IEC61508標準。

  混合動力/電動車

  混合動力與電動車發展同樣需要更多晶片,動力系統的晶片數也比一般車輛高出許多倍。車廠為節能,陸續研發電池管理、充電及怠速熄火技術,而電子元件也是主要因素,例如隔離式動力晶片的高驅動功能,可改善切換損耗,并提高系統能效。

  機械系統電子化

  現階段,許多機械裝置都已由電子裝置取而代之,例如在怠速熄火技術中,三相位馬達驅動器取代泵浦、無線取代線路和數位儀表板等,均可減輕車體重量,同時增進燃料效能與減少排放。

  車載資通訊系統及車聯網

  在物聯網之中,Wi-Fi將和BT/BLE/NFC與GPS一樣,成為車用最熱門的技術,多種裝置可同時并存、不受干擾,因此有認證記錄的晶片組需求極大。許多人都在討論車輛儀表板內的3G/4G資料連線,但智慧型手機的數據機即可勝任這項功能。車載資通訊系統則是另一焦點,車聯網內搜集的大數據可用于UBI(Usage Based Insurance)、個人化、協助安全駕駛、車流量預測與警示,以及透過車輛診斷系統(OBD)的預防服務等。

  資訊娛樂系統

  隨著智慧型手機普及,許多人也希望能藉由CarPlay、AAP模式等機制,在車內獲得類似體驗。語言辨識、手勢與擴增實境(AR)等功能都在起步階段,也提高對處理器與連接的要求,也需要高品質類比系統,例如高功率放大器具備干擾回避,以及爆音減量等功能,可以提供絕佳音訊表現。

  DLP抬頭顯示器和中控臺

  抬頭顯示器(HUD)可提供ADAS、導航、IVI與擴增實境等重要資訊,以適當距離投影在擋風玻璃上來協助駕駛;中央主控臺與曲面顯示器等系統可望達到全彩、高解析度和彈性尺寸的標準。

  車體電子系統

  馬達驅動器、LED驅動器和音訊編解碼器均為類比元件,在車體電子系統控制中扮演重要角色,此外,為了支援精準感測與馬達控制,微控制器也日益重要。若元件的價格合理,又具備高整合性和穩定性,便會因為能降低物料清單成本而產生極大的需求。

  整合多項ECU與增加車載感測器

  許多電子控制單元(ECU)功能逐漸合而為一,除了車用感測器數量從60增至200,調節器等類比晶片需求也不斷提高。

  無線電源控制器和數位儀表板

  無線充電可避免車內線路交雜混亂,也因此需要Qi等單位核可的無線電源傳輸控制器;穿戴式裝置等其他領域也愈來愈受歡迎;許多儀表板都逐漸改為數位形式,衍生出的新功能包括可調式顯示器、IVI/ADAS/導航訊號、抬頭顯示器等,也逐漸與其他ECU整合及相連。

  車載市場前景俏 半導體商積極參與

  隨著汽車內部電子元件增加,智慧汽車商機蓄勢待發,市場上已有眾多半導體廠商紛紛爭相競逐該領域。舉例來說,德州儀器(TI)從類比與嵌入式處理晶片著手,主要針對車載與工業市場,并推出十萬種零組件,以利在任何車載系統內推動創新。

  據了解,該公司提供創新技術,包括單晶片/微控制器、感測器/介面、DLP、電源管理、馬達控制、放大器、比較器、資料轉換器和汽車雷達等晶片。

  此外,該公司已推出MCU等產品,其內具備DSP及精準ADC/DAC/PWM模組,有助于SRR/MRR雷達處理,此外,感測器訊號調節器、FPDlinks裝置都有助于未來汽車的ADAS子系統,在以下幾個智慧汽車的關鍵系統,該公司也有投入研發。

  看好印度汽車市場 車廠/半導體商紛搶攻

  印度現為全球第六大車市,預估2015年將躍居全球第四,將于2016年進步至第三,但人均晶片使用量仍然很低,所以仍具有龐大潛力,即便是每年一千五百萬輛以上的機車市場,防鎖死煞車系統(ABS)等裝置也會增加半導體用量,因此許多全球頂尖車廠均已落腳印度。

  現階段,已有半導體廠商看好印度的智慧汽車市場,爭相競逐該國汽車版圖,舉例來說,德州儀器今年在印度發展屆滿三十年,該公司在經銷夥伴協助下,亦已投入印度的車載研發。


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