開辟半導(dǎo)體新藍海市場 智能車引爆多元電子元件需求

　　車聯(lián)網(wǎng)風(fēng)潮擴大蔓延，讓各種車用電子元件更加受到產(chǎn)業(yè)界重視。隨著智慧車不斷提升聯(lián)網(wǎng)及安全功能，包括感測器、MCU、DSP、FPGA，以及各種無線通訊、雷達，甚至是非揮發(fā)性記憶體，需求皆將明顯增溫。

　　汽車運輸業(yè)因各國節(jié)能減碳、道路安全等政策推動，可望成為2015年物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的前三大垂直產(chǎn)業(yè)之一。

　　智慧汽車市場熱燒 挹注車用電子需求

　　以成長率來估算，汽車業(yè)將是成長最快的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，2015年市場成長率可望高達96%。以2014年全年來看，由于高階和平價新車款采用的IC數(shù)量皆穩(wěn)定增長，車用IC市場產(chǎn)值已達217億美元，較2013年提升15%。

　　近年物聯(lián)網(wǎng)興起而推動的數(shù)位技術(shù)變遷，加上云端、行動、社群與資訊等“力量的連結(jié)(Nexusof Forces)”，預(yù)期2015年將驅(qū)動智慧汽車產(chǎn)業(yè)大幅成長。未來的智慧車系統(tǒng)，系統(tǒng)里的車輛能直接即時互相通訊，遇到交通誤點事件也能向駕駛顯示預(yù)先警告，或者允許一位駕駛同時控制多部車輛，也能引導(dǎo)車輛繞過危險的道路狀況等。

　　以上這些都屬于“智慧化運輸”的概念。雖然智慧型手機應(yīng)用程式(App)能夠顯示交通壅塞的通知，但從交通開始壅塞到駕駛接獲通知，中間必然存在時間誤差。

　　而未來的汽車對汽車(Vehicle-to-Vehicle，V2V)和汽車對基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)，都能夠讓車輛間可以直接通訊，而且只有少許的時間延遲，即使事件僅發(fā)生在數(shù)百公尺的遠方，也能夠即時警示駕駛?cè)耍龑?dǎo)駕駛?cè)丝梢灶A(yù)先獲知資訊改道，并且順利前往目的地。

　　各國政策與消費者意向均帶動了智慧化運輸之資通訊服務(wù)(Embedded Telematics Services)的需求(表1)。

　　通訊/半導(dǎo)體科技結(jié)合 推動ADAS市場成長

　　隨著各國通訊基礎(chǔ)建設(shè)逐漸成熟，以及射頻(RF)半導(dǎo)體技術(shù)的精進，車載資通訊半導(dǎo)體供應(yīng)商也加緊開發(fā)從Sub-GHz～79GHz以上(5G mm Wave等頻段的元件)，其中5G毫米波(mmWave)具有超快速反應(yīng)移動性(Mobility)：～350Km/h、低延遲：～20msec，且穩(wěn)定度超高(Data ErrorRate：～10-9);定位系統(tǒng)精確度也提升至誤差少于0.1m。而最重要是可應(yīng)用超低價感測器與低成本建構(gòu)的基礎(chǔ)建設(shè)。

　　圖1車用通訊之相關(guān)頻段

　　用在智慧裝置慣性元件(Inertial)、制動器(Actuator)等之低成本半導(dǎo)體制程，也進展得十分快速，而且有帶動車規(guī)半導(dǎo)體相關(guān)應(yīng)用加速之趨勢，如汽車中應(yīng)用相當(dāng)多的電子控制單元(ECU)，分別在各汽車系統(tǒng)中扮演重要角色，例如動力總成、車身控制、車載資訊娛樂等，因此未來智慧車的半導(dǎo)體市場可望維持穩(wěn)定成長。

　　此外，各國政府日益重視環(huán)保與交通安全，在政府明訂車輛安全法規(guī)以及消費者需求的帶動下，例如北美法規(guī)要求配備倒車攝影機，預(yù)防駕駛從車庫或停車場倒車時不小心傷害行人(尤其兒童)安全。類似的安全法規(guī)未來預(yù)期也將用于規(guī)范汽車先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。

　　未來智慧車輛還可建立起V2V網(wǎng)路，也可與道路交通監(jiān)控站建立起V2I網(wǎng)路;透過交換方位、速度和位置等匿名的車輛資料，V2V允許車輛運用其他車輛的相對方位，偵測來自360度方位的風(fēng)險與危機(例如360度3D Around View Monitor System等)，在計算風(fēng)險之后對駕駛?cè)税l(fā)出建議或警告，或者直接采取預(yù)防行動，以避免或減輕撞擊傷害。

　　V2I通訊為車輛與高速公路基礎(chǔ)設(shè)施之間，以無線方式交換重要的安全和運行資料，主要用于避免或減輕車輛的撞擊。V2I通訊可將路網(wǎng)(Road Networks)轉(zhuǎn)換成智慧型基礎(chǔ)設(shè)施，透過演算法的整合，運用車輛及基礎(chǔ)設(shè)施之間的資料交換來執(zhí)行計算，事先辨識出高風(fēng)險的狀況，接著再藉由特定的反制措施來提醒或警告駕駛?cè)恕?/p>

　　此外，汽車并得以自動感知周遭的交通狀況，如果駕駛?cè)嗽陂_車期間分心，智慧系統(tǒng)將能建議正確的駕駛行為，或完全掌控狀況。

　　ADAS系統(tǒng)的V2I功能亦能提供許多其他的安全性、移動性和環(huán)保等附加優(yōu)勢，同時提升長途駕駛?cè)酥孢m度。ADAS所采用之傳感技術(shù)包含攝像系統(tǒng)(Camera)、雷達(Radar)、聲納(Sonar)、紅外線(IR)及光達(Lidar)等。ADAS之傳感技術(shù)全球市場產(chǎn)值預(yù)測如圖所示。

　　聯(lián)網(wǎng)/安全需求將加速 推動先進車規(guī)半導(dǎo)體應(yīng)用

　　智慧車系統(tǒng)基本須具備“聯(lián)網(wǎng)”與“安全”功能，因此帶動全球的汽車嵌入式資通訊聯(lián)網(wǎng)服務(wù)(Embedded Telematics Services)市場，預(yù)期全球市場需至2020年的年復(fù)合成長率(CAGR)將超過20%，其中，資訊娛樂系統(tǒng)應(yīng)用在車用記憶體解決方案的市場中，占了最高的比重;而2015年之后于安全駕駛和環(huán)保應(yīng)用也有呈指數(shù)成長的潛力。

　　預(yù)期到2017年全球?qū)⒂?0%的新車加入“聯(lián)網(wǎng)”行列，這些汽車都能直接連線外部網(wǎng)路，存取并處理各種資料。汽車將透過云端運作，存取車內(nèi)和外部資料，而這些應(yīng)用程式都需要記憶體(RAM/OTP/eFlash等)。

　　在2020年以前，智慧汽車產(chǎn)業(yè)將持續(xù)在物聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體需求方面持續(xù)扮演著重要角色，并推升嵌入式記憶體(eNVM)MCU、新興的5G毫米波通訊、MEMS傳感器、Wi-Fi/藍牙(Bluetooth)/GPS多功能組合晶片(Combo Chip)、WiGig射頻、汽車?yán)走_Radar/ITS、類比前端模組(Front End Module)、類比混合訊號(Analog Mixed-signal)等車規(guī)半導(dǎo)體出貨量。

　　其中，基于各國行車安全規(guī)定，再加上市場對汽車便利與無人駕駛功能的需求，逐漸帶動汽車中新型半導(dǎo)體元件的大量需求，連帶地汽車記憶體的重要性也將大幅攀升。

　　2015年之后，“聯(lián)網(wǎng)”與“安全”駕駛市場的記憶體成長率或?qū)⒖焖俪劫Y訊娛樂市場應(yīng)用之記憶體。除了各種資訊娛樂之外，安全性及環(huán)保App，也使得專屬的記憶體裝置對于汽車來說越來越重要。

　　未來隨著ADAS與V2V通訊應(yīng)用快速發(fā)展，汽車電子系統(tǒng)須處理的資料量正與日俱增，不僅需要更高效能的處理器或微控制器(MCU)，亦須搭配高容量密度且低功耗的先進記憶體方案，方能達到最佳運作效能。

　　記憶體解決方案對于聯(lián)網(wǎng)汽車極為重要，因為記憶體內(nèi)儲存了ADAS、資訊娛樂和環(huán)境系統(tǒng)函式所有的基本程式碼，以及所有參數(shù)和處理的資料。因此，解決方案必須具備最高等級的可靠性、高密度、高速和高效能，還有低耗電量。

　　在許多新應(yīng)用的頻寬需求帶動下，4Gb以上密度的第三代雙倍資料率(DDR3)記憶體等高效能動態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)，也有需求不斷上升之現(xiàn)象?，F(xiàn)今已經(jīng)普遍用于微控制器晶片內(nèi)的DRAM，已經(jīng)不足以支援汽車應(yīng)用、軟體和多媒體資料的儲存需求，因此，還必須需要專屬的DRAM和快閃記憶體元件。 管理型NAND裝置(如eMMC記憶體)和高密度管理型NAND裝置(如SSD)擁有全新的特色與功能，將為聯(lián)網(wǎng)汽車的記憶體應(yīng)用注入新動力。ADAS系統(tǒng)與智慧型車輛通訊網(wǎng)路類似，須仰賴各種不同的電子技術(shù)而運作;除了感測器，舉凡訊號處理元件和影像辨識引擎等應(yīng)用，均會占用大量記憶體，使得揮發(fā)性和非揮發(fā)性記憶體的需求呈現(xiàn)爆炸成長。

　　非揮發(fā)性記憶體的需求不斷提升，因為可用來儲存安全認證。V2I和V2V應(yīng)用本身即能透過無線連線存取，因此可能會遭到竄改或破解，采用認證的通訊方式，則可以化解這項最主要的疑慮。

　　而為了儲存安全認證，防止無線連線遭到竄改，對于高密度(1G～4GB)內(nèi)建Flash NAND的需求也隨之興起;其中，單層式儲存(SLC)NAND Flash是最理想的選擇。對于需要4G～6GB儲存空間的應(yīng)用來說，嵌入式多媒體記憶卡(eMMC)模組則是最適合的選擇。

　　而諸如三維(3D)地圖、路況監(jiān)控和氣象報告，以及汽車收音機、緊急救援系統(tǒng)(eCall)和語音辨識之類的導(dǎo)航與資訊娛樂應(yīng)用等，也全部都需要大容量的非揮發(fā)性記憶體，其中eMMC記憶體由于采用了管理型NAND架構(gòu)可以大幅地降低中央處理器(CPU)的負載，因此也是最為適合這些應(yīng)用類型。

　　車用eMMC嵌入式記憶體架構(gòu)另采用特殊功能，以達到汽車產(chǎn)業(yè)的需求，例如eMMC封裝包含專用的測試板，可用于故障分析。

　　使用這些測試板，測試系統(tǒng)就能直接存取模組內(nèi)的NAND元件，而不用透過控制器傳送資料，也得以針對整個記憶體組進行全面且完整的檢查。汽車eMMC裝置其他的主要優(yōu)點，包括電力中斷保護和智慧功能，可選擇在現(xiàn)場完成韌體更新，于每次須要升級時替系統(tǒng)節(jié)省成本。

　　以美光(Micron)的eMMC記憶體解決方案為例，其整合式的16位元NAND控制器不只可處理更沉重的管理負載(相較于獨立型NAND元件)，同時也將記憶體最佳化。未來NAND控制器將提升至32位元，甚至可能嵌入在eMMC模組內(nèi)。過去高階車款所采用的記憶體元件平均價值約為12.8美元，低價車款約為2美元;而以現(xiàn)階段來看，某些配備完整的高價車款所采用的記憶體元件已經(jīng)達到100美元以上的價格。

　　此外，未來隨著5G毫米波技術(shù)進展，V2V、V2I等通訊將更為成熟。而先進微控制器(MCU eNVM/Flash)/數(shù)位訊號處理器(DSP)/現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)，再搭配無線傳感器網(wǎng)路(Wireless Sensor Network)等應(yīng)用，來達成遠程監(jiān)測(Remote Monitoring)也是未來可能發(fā)展的趨勢。

　　存取車內(nèi)和外部資料的應(yīng)用程序，帶動了聯(lián)網(wǎng)汽車的發(fā)展，而這些都將需要下世代5G/毫米波技術(shù)，將開辟新的使用案例和應(yīng)用程序。

　　搶進新藍海市場 半導(dǎo)體商力攻車規(guī)方案

　　因為全球新興的5G通訊毫米波技術(shù)發(fā)展，汽車電子元件對于更高頻寬的需求正不斷成長中。轉(zhuǎn)型中的智慧汽車電子元件之半導(dǎo)體，可歸納為兩大市場，法規(guī)強制安全系統(tǒng)的半導(dǎo)體需求，以及半自駕和全自駕車的車用半導(dǎo)體需求。

　　而車用雷達就是其中一種重要解決方案組成之一，但是該解決方案的系統(tǒng)有下述技術(shù)要求，比方說更多的雷達節(jié)點(前方、側(cè)方和后方)，更高層次的整合度(與車載MCU和DSP、FPGA等整合)。

　　據(jù)了解，現(xiàn)階段在汽車?yán)走_市場當(dāng)中，主要可以分割成幾種主要的應(yīng)用，包含24GHz短距雷達(Short Range Radar，SRR)、79GHz短距雷達，以及77GHz長距雷達(Long Range Radar，LRR)等。

　　能跨越車規(guī)門檻之供應(yīng)商才可望進入此新藍海市場，如表2所示為下世代5G/毫米波技術(shù)之全球供應(yīng)生態(tài)系。

　　另外，針對下一代的5G無線技術(shù)，車用市場需求將是追求高頻寬、短距/中距離通訊，以支持高傳輸數(shù)據(jù)速率內(nèi)容。

　　其中包含免壓縮之高解析視頻(HD Video)、周邊物聯(lián)網(wǎng)裝置(IoT Device)元件，以及其他相關(guān)機器對機器(M2M)應(yīng)用。

　　5G將會帶來新的網(wǎng)通/裝置或元件訊息之管理方法與分析(Analytics)，包括脈絡(luò)訊息處理(Contextual Processing)、云計算(Cloud Computing)及傳感器網(wǎng)路。

　　其中，通訊架構(gòu)之創(chuàng)新將在元件成本和效能方面擔(dān)綱重要影響角色，其中性能方面須特別注意干擾(Interference)、失真(Distortion)和負載錯配(Load Mismatch Handling)的處理等。

　　供應(yīng)商要進入市場決勝之關(guān)鍵在于能否在時限內(nèi)，提供差異化的射頻效能，以及射頻應(yīng)用的全頻譜。

　　此外，為了真正能夠達成設(shè)計實現(xiàn)，也將更為需要豐富的矽智財生態(tài)系統(tǒng)(IP Ecosystem)來降低風(fēng)險與客制化支持。比方如表3所示，為智慧車用半導(dǎo)體之矽智財使用范例。