汽車電子：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下一波發(fā)展的助推力

　　在汽車技術(shù)的革新中，70%來(lái)自汽車電子，而汽車電子產(chǎn)品在汽車中所占的比重已達(dá)到四分之一以上，為了滿足安全、舒適、節(jié)能以及智能化等創(chuàng)新需求，汽車搭載半導(dǎo)體組件的比例正在逐年增加。全球每年汽車總產(chǎn)量已超過(guò)6500億輛，以半導(dǎo)體組件的需求為例，根據(jù)Strategy Analystics的統(tǒng)計(jì)，2004年全球車用半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)133億美元，較2003年的122億美元成長(zhǎng)了9%，隨著汽車電子的迅速普及，機(jī)械式組件已經(jīng)慢慢被半導(dǎo)體組件所取代，半導(dǎo)體技術(shù)將為汽車提供更為智能化以及安全的駕駛環(huán)境，預(yù)計(jì)2008年全球車用半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將突破180億美元。因而，汽車電子被喻為引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。

車用微控制器需求持續(xù)成長(zhǎng)

　　根據(jù)Strategy Analytics的分類，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)控制、動(dòng)力轉(zhuǎn)向）、底盤控制系統(tǒng)(制動(dòng)、循跡防滑控制系統(tǒng)、方向控制、懸掛系統(tǒng))、 安全系統(tǒng)(安全氣囊、ABS/穩(wěn)定性、線控安全等)、車身控制系統(tǒng) (開(kāi)關(guān)控制、電動(dòng)車窗控制、車門控制、前照燈控制)、保安系統(tǒng)(遙控車鎖、入侵警報(bào)、無(wú)源遙控開(kāi)鎖)、信息娛樂(lè)系統(tǒng)（娛樂(lè)、服務(wù)、移動(dòng)通信、信息處理、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等）六大項(xiàng)，當(dāng)中使用到的半導(dǎo)體組件包括微控制器、微處理器、傳感器、模擬及邏輯組件、電源、顯示器等等，而在這些琳瑯滿目的汽車電子組件中，微控制器扮演著最核心的角色。
 
　　目前一部中檔汽車采用的MCU數(shù)量大約是40至50片，而高檔車型可達(dá)到80甚至100片之多。在產(chǎn)值部分，根據(jù)IC-Insights統(tǒng)計(jì)， 2004年全球車用微控制器市場(chǎng)約為44.7億美元，估計(jì)到2008年將達(dá)到66.2億美元，年復(fù)合平均成長(zhǎng)率為13%。表1所示為目前車用微控制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域，8位和16位MCU因其成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)著車用微控制器市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，而32位MCU多用于高檔車型。可以看出，隨著汽車電子系統(tǒng)的功能需求日趨復(fù)雜，車用微控制器也一路從低端向高端演進(jìn)。
 
　　目前16位MCU正取代8位MCU成為車用MCU中增長(zhǎng)最快的器件，16位MCU也完全可以支持已經(jīng)被認(rèn)可的CAN/LIN車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)總線協(xié)議。例如，飛思卡爾新推出的16位MC9S12X MCU，基于該公司的HCS12架構(gòu)，面向CAN總線網(wǎng)絡(luò)和車身控制等汽車多路應(yīng)用、儀表板、車門和底盤節(jié)點(diǎn)。據(jù)飛思卡爾稱，該芯片具有32位MCU的性能，同時(shí)又保留了現(xiàn)有16位MC9S12 MCU系列產(chǎn)品的低成本、低功耗、低EMC和高代碼尺寸效率等優(yōu)點(diǎn)。
 
　　還有瑞薩增加了24款符合汽車和工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)需求的16位R8C/Tiny系列閃存MCU，分為六大系列_48 引腳的R8C/20、R8C/21、R8C/22和R8C/23，以及，52引腳的R8C/24和R8C/25。其中R8C/22和R8C/23系列提供了CAN接口，且所有系列都提供LIN接口的功能。Maxim推出了16位MAXQ20 車用MCU，Maxim汽車業(yè)務(wù)部的業(yè)務(wù)管理執(zhí)行總監(jiān)Kent Robinett介紹說(shuō)，MAXQ20采用了基于RISC的MAXQ內(nèi)核，僅在電路需要時(shí)鐘信號(hào)的瞬間提供時(shí)鐘信號(hào)，降低功耗的同時(shí)也最大程度的減少了時(shí)鐘噪聲對(duì)敏感的模擬電路的影響。這款芯片集成了12位的ADC和DAC以及128kB閃存，使用CAN2.0B接口和4線SPI接口訪問(wèn)汽車外設(shè)。
 
　　高性能32位MCU在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅速擴(kuò)展，今后會(huì)成為汽車動(dòng)力系統(tǒng)、安全控制、多媒體信息娛樂(lè)的主角。除了基于Power PC的MPC系列以外，飛思卡爾發(fā)布了首個(gè)基于ARM架構(gòu)的MAC7100 32位微控制器MCU系列，其需求重點(diǎn)是車身、底盤和安全性能。 飛思卡爾強(qiáng)調(diào)采用ARM架構(gòu)的好處是可以充分利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)工具來(lái)縮短設(shè)計(jì)周期， 32位MAC7100 MCU系列支持多種汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)計(jì)需求，包括溫控系統(tǒng)、氣囊以及電動(dòng)輔助轉(zhuǎn)向器。瑞薩也發(fā)布了集成CAN總線接口和1.5MB大容量閃存的32位微控制器SH7059，此芯片可實(shí)現(xiàn)引擎控制的精確操作，是目前瑞薩高性能閃存MCU產(chǎn)品線上的主力產(chǎn)品。
 
　　另一方面，DSP也在越來(lái)越多地進(jìn)入汽車領(lǐng)域。TI (上海)有限公司的安慧濤表示，面向汽車信號(hào)處理應(yīng)用的DSP應(yīng)具備很寬的性能指標(biāo)，比如TI的TMS320C2000x系列DSP具有類似MCU的外設(shè)集成，同時(shí)也可以在汽車級(jí)別的-40到+120℃的環(huán)境中工作，適合制動(dòng)、防盜、安全氣囊以及電子助力轉(zhuǎn)向等應(yīng)用， 而TMS320C5000x系列可以滿足高性能密集計(jì)算，例如車載免提音頻系統(tǒng)。
 
車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)總線不斷擴(kuò)展
 
　　車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于連接汽車中的各個(gè)電子控制單元，總線是其關(guān)鍵所在。已經(jīng)被廣泛認(rèn)可的CAN/LIN總線正在得到有效部署。在今天的汽車中，車身和動(dòng)力傳送系統(tǒng)都連接到CAN總線上，并借助LIN進(jìn)行外圍子系統(tǒng)的控制。遠(yuǎn)程信息處理和多媒體音視頻傳輸，這些都可由基于光纖的MOST協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。如今另一種新興的總線FlexRay已經(jīng)引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。
 
　　FlexRay通信技術(shù)不但為汽車應(yīng)用提供了高速（10Mbps）且可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且可實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)分布式系統(tǒng)。該技術(shù)在汽車中的部署和應(yīng)用主要依賴于具有成本效益的合適的半導(dǎo)體產(chǎn)品。目前，飛利浦、英飛凌、瑞薩等公司都已經(jīng)加入FlexRay聯(lián)盟，而且這些廠商正在積極推出支持FlexRay總線的產(chǎn)品。飛思卡爾發(fā)布了可與其16位和32位MCU無(wú)縫接口的FlexRay協(xié)議控制器 MFR4200。而飛利浦推出了首個(gè)車用10Mbps FlexRay總線驅(qū)動(dòng)器—TJA1080，可同時(shí)支持總線和星形網(wǎng)絡(luò)。飛思卡爾將在其MPC55xx 和MAC7x00等系列汽車電子產(chǎn)品中集成FlexRay協(xié)議引擎。而飛利浦也將在其ARM7 SJA20xx和ARM9 SJA25xx等汽車微控制器解決方案中集成FlexRay功能。兩家公司還宣布將共享FlexRay協(xié)議引擎設(shè)計(jì)和基于系統(tǒng)C語(yǔ)言的軟件模型，以保證各自的FlexRay器件產(chǎn)品的兼容性。
 
　　瑞薩將在其車用MCU中使用Robert Bosch公司的FlexRay通信控制器IP，目標(biāo)是在一個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)完整的FlexRay系統(tǒng)解決方案。瑞薩半導(dǎo)體管理（中國(guó)）有限公司汽車電子行銷中心總經(jīng)理崛田慎吉表示，對(duì)于車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，瑞薩的閃存MCU大多提供CAN和LIN接口，對(duì)于線控安全和FlexRay，瑞薩亦積極推進(jìn)汽車標(biāo)準(zhǔn)的制訂以及標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用化。瑞薩在2004年加入了汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）組織以及日本汽車軟件平臺(tái)和架構(gòu)（JasPar）組織，這兩個(gè)組織致力于為汽車控制系統(tǒng)制訂標(biāo)準(zhǔn)化的軟件和模塊接口。
 
車載信息娛樂(lè)市場(chǎng)興起
 
　　汽車電子領(lǐng)域最具吸引力且成長(zhǎng)最快的部分為車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（ Car Infotainment System），目前北美是CIS最主要的市場(chǎng)，根據(jù)Frost Sullivan統(tǒng)計(jì)，2004年北美地區(qū)娛樂(lè)及導(dǎo)航系統(tǒng)的營(yíng)收達(dá)26.43億美元，較2003年成長(zhǎng)四成左右。歐洲和亞太地區(qū)發(fā)展雖然相對(duì)較慢，但市場(chǎng)成長(zhǎng)潛力也不容小覷。消費(fèi)者對(duì)車內(nèi)信息溝通與影音娛樂(lè)的需求是驅(qū)動(dòng)這一產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)的重要因素。信息娛樂(lè)系統(tǒng)將占有汽車電子市場(chǎng)的最大份額。
 
　　以DVD為基礎(chǔ)的多聲道環(huán)繞立體聲后座娛樂(lè)系統(tǒng)、免提無(wú)線電話、駕駛員信息系統(tǒng)（路況信息、交通信息）、衛(wèi)星導(dǎo)航、高品質(zhì)音頻播放系統(tǒng)等等均逐漸被應(yīng)用在汽車內(nèi)。具備上述這些功能的車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)也成為汽車半導(dǎo)體提供商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)所在。
 
　　飛思卡爾攜手IBM等公司開(kāi)發(fā)了基于其760MIPS MPC5200處理器的MobileGT Total5200設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)定位于遠(yuǎn)程信息處理和駕駛員信息系統(tǒng)應(yīng)用，其上可以集成語(yǔ)音識(shí)別、無(wú)線通信、導(dǎo)航、遠(yuǎn)程信息處理、廣播和因特網(wǎng)連接等技術(shù)。Metrowerks也推出了MobileGT Total5200的Linux板支持包(BSP)，支持從板組裝、Linux內(nèi)核級(jí)調(diào)試到應(yīng)用生成及測(cè)試的全開(kāi)發(fā)過(guò)程。并且提供Linux BSP的免費(fèi)下載。面向下一代的車載信息終端產(chǎn)品，瑞薩引入了3D圖形引擎CPU和特殊視覺(jué)效果功能，推出了針對(duì)汽車3D圖形導(dǎo)航應(yīng)用、3D遠(yuǎn)程信息處理接口以及3D娛樂(lè)系統(tǒng)平臺(tái)方案。
 
　　汽車音頻娛樂(lè)產(chǎn)品比重占到車載信息娛樂(lè)市場(chǎng)的一半以上，在這一領(lǐng)域內(nèi)飛利浦半導(dǎo)體擁有相當(dāng)高的市場(chǎng)分額，飛利浦半導(dǎo)體全球汽車市場(chǎng)銷售副總裁Drue Freeman表示，目前
 
　　全球每三部汽車中就有一部采用了飛利浦半導(dǎo)體的汽車無(wú)線電芯片。飛利浦的TEF690x系列單片模擬汽車無(wú)線電解決方案提供了完整的前端調(diào)諧和模擬信號(hào)處理功能，比雙芯片解決方案的系統(tǒng)成本低出20%到30%。采用大容量閃存和硬盤驅(qū)動(dòng)（HDD）構(gòu)成的車載音頻播放器方案也值得關(guān)注，例如飛利浦半導(dǎo)體的Nexperia系列的最新音頻處理器PNX0106，以及瑞薩的SH7760 MCU，兩者都可實(shí)現(xiàn)MP3播放功能。
 
OLED進(jìn)入車用顯示領(lǐng)域
 
　　隨著衛(wèi)星導(dǎo)航以及車載影音娛樂(lè)需求的興起，汽車安裝顯示器的比例正在明顯提升。2004年全球約有16%的汽車擁有顯示器，即達(dá)到1080萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)了33%。預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年車用顯示器出貨量仍可維持19%的年增長(zhǎng)率。
 
　　車用顯示器主要用途為行車導(dǎo)航以及影音娛樂(lè)兩大類。目前所使用的顯示器高達(dá)90%是TFT-LCD，STN-LCD僅占5%，且比重仍在下滑中。車用顯示器皆強(qiáng)調(diào)對(duì)諸如溫度、濕度、振動(dòng)、強(qiáng)光等外界環(huán)境因素的適應(yīng)能力，此外對(duì)亮度、視角、反應(yīng)速度等方面要求也更高，而不同顯示技術(shù)在性能表現(xiàn)上各有其優(yōu)缺點(diǎn)。例如TFT-LCD的壽命、分辨率優(yōu)于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和真空熒光管顯示器（VFD），然而在視角、反應(yīng)速度及薄型化方面，OLED表現(xiàn)更勝一籌。因此車用顯示器將朝向多元化發(fā)展，而非僅局限于TFT-LCD。
 
　　OLED進(jìn)入汽車市場(chǎng)的步伐才剛剛邁開(kāi)，其應(yīng)用仍主要集中在汽車音響以及儀表盤照明系統(tǒng)，對(duì)比度高及無(wú)視角限制是OLED的最有利之處，大規(guī)模量產(chǎn)化將推動(dòng)OLED成本明顯降低，從而搶占TFT-LCD的市場(chǎng)份額。例如，悠景（Univision）開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的僅需要1~2個(gè)驅(qū)動(dòng)器的PMOLED面板，與大部分需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)器外加一個(gè)控制器的解決方案相比，成本得到了有效節(jié)省。