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車電半導體 想像空間大

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因智慧手機帶入的風潮,整合雲端、行動通訊的車用電子系統,在產業間也是,多家汽車廠商也針對此一應用規劃,提出不同的整合系統。圖片來源:FORD提供

汽車電子如同資訊產業的縮影,包括智慧型安全裝置及車載資通訊等技術快速發展,讓汽車已不再只被視為代步工具,而汽車電子更主動地提升,成為人與車之間的「互動關係」介面;而各廠商也卯足全勁,利用汽車產業利用車內電子的多元應用特性,透過微型感測系統與自動控制警示裝置,以及智慧型裝置的廣泛使用,促使汽車電子趨向整合性研發。

此外,包括車用電池、電力管理系統的革新,更改變產業未來發展藍圖,清楚點出了整體汽車產業的「便利、安全、節能」三項趨勢。

以車用安全系統為例,包括車身,或是整合傳動與底盤控制等主動安全系統,是目前車用電子化發展的首要議題,尤其是2015年CES強打的車聯網,也是車電發展的重點項目。(圖片來源:VOLVO提供)

根據資策會MIC研究指出,在汽車誕生至今超過一世紀的時間內,汽車產業經過了50年代高壓縮比引擎、70年代微電子控制等技術所引發的兩波革命風潮後,到了90年代,隨著新興科技與數位化應用的加入,安全、娛樂與智慧等車用電子技術與應用相繼產生,車用電子已成為繼3C之後的下一個新興科技市場熱門領域。

估計至2020年,比重將提升至50%,全球車用電子產業超過5,000億美元規模,也帶動另一波新的革命。這個由車用電子所帶動的汽車數位化革命,衍生出新興技術、產品的發展,也形成一個龐大、穩定的市場商機。這個商機的參與者,將不是只有汽車產業。基於對便利、安全、節能的需求,汽車產業與資通訊產業、數位內容與服務產業廠商,將產生更深入的連結與整合,不論是硬體或軟體系統,均發展出更多不同想像的契機。

研究機構IHS車用半導體分析師Ahad Buksh分析,車用市場對半導體元件與IC需求大增,主要應歸功於各國對廢氣排放的法令管制越趨嚴格,導致對先進感測器的需求也隨之成長。加上近年電動車與油電混合車的蓬勃發展,相較於過去汽車傳動系統所需要的半導體元件,這些新興技術所帶出來的需求,將會是過去的10倍以上。

隨著使用者在節能、安全以及便利舒適等需求的驅動下,車輛智慧化、車用設備電子化程度日益提高,其中以主動安全、車載資通訊(Telematics)等新興應用系統為發展主流,平均每台車所使用的電子控制單元(ECU)數量持續成長。但雖然車用半導體朝向小型化與功能提升的要求,促使部分功能較單純的ECU走向整合。

但另一方面,由於系統複雜度直線提升,也導致車內ECU數量攀高,整車所使用總數也呈現增加態勢,高階車種所使用的ECU甚至可能超過50個,從需求展開的應用,也刺激車用半導體在研發上的大幅邁進。

安全與影音娛樂並重

車電系統依功能別大致可分為動力傳動(Powertrain)、底盤控制(Chassis)、安全、車身、保全(Security),以及車載資通訊與娛樂(Infotainment)等幾個次系統。其中動力傳動、底盤控制、安全、車載資通訊與娛樂等次系統為近期車用電子領域發展重點項目。

根據統計,車用半導體市場近年成長最大的幾大類別,尤其以DC/DC(直流轉換器)等電壓轉換元件,以及駕駛輔助等系統為主。從IHS的估計來看,車用電壓轉換元件2014年產值年增24%、2015年則可望年增22%,駕駛輔助系統2015年產值則可望年增21%、來到18億美元。

以車用安全系統為例,包括車身,或是整合傳動與底盤控制等主動安全系統,是目前車用電子化發展的首要議題。這塊需求的快速發展,除駕駛人對行車安全的自發要求外,政府的強制規範也是推動其發展的重要因素。這些法規不但帶動車載攝影相關系統的快速發展,另外像是預防酒駕及預防瞌睡等安全偵測系統,也隨之帶起預防酒駕及預防瞌睡等法規要求,產生新的進展,而更多國家積極投入交通安全的規範制訂,也讓車用安全系統的研發更為蓬勃。

此外,由智慧手機引領的雲端世代,因智慧手機帶入的風潮,整合雲端、行動通訊的車用電子系統,在產業間也是,多家汽車廠商也針對此一應用規劃,提出不同的整合系統。如果以消費性電子的發展方向來看,不論是在日常生活中常見的雲端、社群服務、LBS(在地化服務)與影音娛樂等都將會在車用電子有更多的整合與應用。

不過,現階段發展瓶頸仍在於系統成本較高,因此如何降低整個系統成本便成為系統廠商首要任務,目前全球半導體產業正致力於新一代微處理器及圖形控制器研發,以整合度更高、性價比更好的產品來降低系統成本,隨著新一代產品推出,車載顯示技術將會推展更加迅速。

台灣車電契機何在?

不過,就系統發展而言,車電系統可分為前裝與後裝市場,以車電半導體的角度來看,這兩個市場的要求極為不同。前裝系統是整車業者將車載資通訊系統直接內嵌進車身,直接可從車輛取得資通訊或是多媒體娛樂的服務;而後裝系統,則是在既有的車電系統上另外加購產品,透過車上的電力可取得服務。

想當然爾,前裝系統在設計與車身有高度連結,在作業環境的要求上,自然也就嚴苛許多,而台灣的車電系統業者,目前專精的部分也是在後裝的功能性車用電子設備上。

就產品類別而言,車用半導體可分為微控器、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)及其他。

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」,微控制器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。

此外,微控制器、感測器等產品,因與動力傳動、底盤控制、安全等應用關聯度較高,車電廠商採購心態慎重且保守,傾向找特定廠商合作,故產業集中度偏高,這也是前裝市場難以突破的原因。

業界普遍的認知,在前裝系統由於需要長時間認證與系統設計,加上市場數量有限與長時間穩定供貨等諸多要求,對於資本規模有限的半導體業者而言,確有著相當程度的高門檻,台灣業者目前對於前裝市場仍有相當進步空間。有半導體業者就指,如果台灣車用電子要進一步發展,前裝市場是目前急需搶進的目標,因此在自有品牌建立與政府政策輔助,將是重要關鍵。

除此之外,2015年CES強打的車聯網,也是車電發展的重點,以IEK預估來看,由於智慧汽車發展加速,預估2015年全球車用半導體市場將達300億美元,年增10%;車聯網先進駕駛輔助系統(ADAS)應用市場,因廠商積極導入,預估年增率將達108%。

智慧汽車資訊娛樂與先進聯網、安全等應用快速發展,汽車電子系統需要處理的資料量與日俱增,汽車電子佔整車成本比重日益增加;2013年國際汽車品牌汽車電子佔整車平均成本近25%,預估到2015年車電佔比將有機會進一步提升到50%。其中安全性應用的記憶體成長率,將快速超越資訊娛樂市場,並影響未來智慧車電產品策略與商業模式。

這同時會造成未來汽車電子記憶體容量激增。現今普遍運用在微控制器晶片內的動態隨機存取記憶體(DRAM),已不足以支援智慧車應用、軟體和多媒體資料的儲存需求,可能還需要專屬的DRAM和快閃記憶和儲存元件等。

另從顯示器端來看,自由形狀設計的車用顯示器將導入汽車內裝設計,包含汽車儀表板、中控台顯示螢幕的自由變形設計,可提升汽車整體視覺設計感,結合ADAS的功能介面,更可提升駕駛的安全度和舒適度,這也是目前已成熟的台灣後裝車電廠商可以注意的走向。