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半导体

赛迪智库:汽车电子产业变革为半导体企业带来四大发展机遇

汽车电子产业正经历一轮深刻变革,未来汽车将向安全、互联、智能、节能的方向发展,高级汽车驾驶辅助系统(ADAS)、无人驾驶、车联网(V2X)、新能源汽车等新产品和新功能层出不穷,算法芯片、毫米波雷达、激光雷达、新型MEMS传感器等技术飞速发展,而这也为半导体企业带来四大发展机遇。

机遇一:智能化推动汽车中半导体的搭载数量和性能提升

汽车智能化趋势使得汽车电子半导体市场的增长不再依赖于汽车产量的增加,而是车载半导体数量的增加。

ADAS系统需要大量CMOS传感器、MEMS传感器、各种原理的探测雷达来感知周围环境,如识别交通标志、甄别障碍物类型、测量障碍物与车身距离、计算相对移动速度等。

目前,主流ADAS系统解决方案包括CMOS传感器、微波雷达和核心计算芯片。特斯拉汽车装配的全自动驾驶Autopilot 2.0系统包括8个摄像头、12个超声波雷达及一个前向探测雷达。

预计处于一辆完全无人驾驶阶段的汽车中,半导体成本将超过1000美元,而当前每辆车中的半导体成本只有约350美元。

机遇二:新能源汽车对功率器件需求旺盛

新能源汽车动力系统的电气化使得功率器件使用量大幅增加。新能源汽车动力产生和传输过程与汽油发动机有较大差异,需要频繁进行电压变换和直流/交流转换。加之纯电动汽车对续航里程的高要求,电能管理需要更加精细化。实现以上功能需要大量的逆变器、变压器、变流器,对IGBT、MOSFET 、二极管等功率器件的需求远高于传统汽车。

根据Strategy Analytics的数据,纯电动汽车的半导体成本达到704美元,相对于传统汽车的350美元增加了一倍,其中功率器件成本为387美元,占比达到55%%。纯电动汽车相比传统汽车新增的半导体成本中,功率器件成本约为269美元,占新增成本的76%%。

机遇三:汽车智能化带来海量信息存储需求

未来汽车将不仅是交通工具,更是信息汇总、计算和传递的中心,这对信息存储提出了更高要求。

一是车载信息娱乐系统(IVI)存储需求不断提高。IVI系统的显示器尺寸越来越大、分辨率越来越高,承载的信息也更加复杂和丰富,对存储空间和速度提出更高要求。存储器产品一般是在消费电子应用成熟之后才向汽车领域推广。近年来汽车内存更新换代频率显著提高。普通汽车上使用的DDR2内存从消费电子到汽车系统的推广经历了5年时间,而LPDDR4内存在2015年刚在手机上使用,2016年已开始进行汽车产品验证,预计2017年即可进入市场。

二是ADAS系统存储需求不断提高。ADAS系统需要大存储空间和高存储速度支撑系统的快速反应能力。尤其是图像传感器的数量和分辨率不断提升,产生海量数据存储需求。汽车存储芯片龙头企业美国美光公司已推出可用于ADAS系统的240GB车载固态硬盘。

机遇四:汽车电子成为半导体新技术发展的驱动力

汽车电子领域对产品可靠性和寿命的极高要求使得只有成熟的半导体技术才会在汽车领域推广,新兴技术很少首先使用在汽车领域。近年来,汽车逐渐成为电子信息系统的新兴载体,推动新兴车用半导体技术发展。

一是汽车电子驱动激光雷达向固态化发展。目前主流激光雷达为机械结构,价格非常昂贵,早先应用于遥感、军事、测绘等领域。固态激光雷达使用MEMS反射镜替代机械结构控制激光束的发射角度和方向,成本大大降低,具备进入民用汽车领域的价格优势。

二是汽车电子驱动毫米波雷达向低成本CMOS工艺发展。毫米波雷达早先应用于导弹制导、近程雷达、火控雷达等军用领域。无人驾驶和ADAS的应用需求推动汽车上装备毫米波雷达来提升汽车辅助驾驶性能,并促进毫米波雷达技术的不断进步,成本不断降低。毫米波雷达芯片主要基于SiGe工艺,未来成本更低的CMOS工艺将成为技术主流。

三是新能源汽车推动新型SiC功率器件应用。新能源汽车是SiC功率器件的优势应用领域。SiC功率器件相比于传统Si基器件具有耐高温、耐高电压、可高速开关、开关损耗和导通电阻更低等特性,使得功率系统体积更小且能耗更低。然而SiC技术尚没有Si技术成熟,价格非常高,市场占有率还很低。未来新能源汽车对电能精细管理的需求将驱动SiC器件技术快速进步。

(作者朱邵歆博士、工程师,供职于中国电子信息产业发展研究院、工业和信息化部赛迪智库集成电路研究所)

责任编辑:丹璐


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