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產業觀察 | 自動駕駛與汽車半導體的未來之路

在經歷了去年一年如火如荼的全球自動駕駛商業化競賽之後,無人車的熱度在今年絲毫未減。十四年前,在 2004 年 DARPA 的 120 英里「大挑戰」中,自動駕駛汽車還無法在莫哈韋沙漠中行駛十英里,無人車也並不是一個引人注目的話題。而今,自動駕駛技術正在將汽車產業推入一個全新的時代。

汽車半導體

汽車半導體領域對產業的吸引力既有需求方面也有供應方面的原因,需求方面是自動駕駛輔助系統(ADAS)和最終的自動駕駛需求對半導體的要求有很大的變化。從歷史上看,汽車半導體是在十年前的製造工藝中製造出來的,這些製造工藝採用大量特性資料、類比技術和小型微控制器;而今後的加工需求將採用先進製造工藝(例如 16nm 和 7nm FinFET)進行製造。供應方面則是整個半導體產業的年複合增長率為 5.2%,汽車產業的年複合增長率為 10.6%,是半導體產業的兩倍;而自動駕駛矽晶片產業的年複合增長率為 23.6%,更是後者的兩倍。這意味著到 2022 年,每輛汽車的半導體平均價值將從目前的 $250 美元翻一番,達到 $600 美元。預計隨著自動駕駛汽車等級的部署,這一數字更將增加兩倍。

這將導致汽車產業結構的重組。去年的汽車電子產業大會上,幾乎所有公司都有一個上述圖片的自家版本。從歷史上看,像福特、豐田和寶馬這樣的汽車原始設備製造商(OEM)會與博世(Bosch)、電綜(Denso)和大陸集團(Continental)這樣的一級汽車供應商(tier-1s)打交道;而這些 tier-1s 則與各半導體公司合作(汽車產業的大公司有 NXP、英飛淩、Renasas、STM 和 TI)。尤其值得一提的是,OEM 製造商與半導體公司並沒有真正的合作關係,也不懂真正的半導體設計(甚至沒有創建自己的軟體)。

然而現在,一切都在改變。OEM 製造商意識到,他們需要擁有至少一部分自己的晶片及大量的軟體,否則他們的汽車將無法從市場上脫穎而出。這類似移動領域的轉型,從蘋果(Apple)開始,市場領導者都意識到,他們至少需要自己的應用程式處理器。Tier-1s 則需要更深層次的半導體合作關係,否則就會在這一產業鏈中被忽略。

上文討論了需求方(汽車)和供應方(半導體),表明雙方都需要對方,但其實還有更深層次的問題。各汽車公司不具備在先進工藝中設計高性能 SoCs 的經驗,但半導體產業也沒有在高性能 SoC 方面為汽車提供可靠性的經驗,這對雙方來說都是一個學習的過程。

因此,這樣的大變革就吸引了新的進入者。許多風險投資公司投資了新的參與者,並競相創建有效的解決方案。同時如上圖所示,OEM 製造商和 tier-1s 都在尋求自己的 SoCs,而像 NVIDIA 和 Intel、Mobileye 這樣的公司則提供標準解決方案。

感測器

自動駕駛的一個關鍵技術是讓車輛「看見」,目前有三種主要方式:

視覺:

為帶有(典型) CMOS 圖像感測器的手機開發的一種照相機。

雷達:

它有一個很大的優勢,即可以在黑暗中、雨、霧、雪中以及視覺很差的其它情況下「看見」。

光學雷達:

利用雷射脈衝來建立車輛環境圖像。這些是安裝在第一代測試車輛頂上的大型旋轉裝置,但要想實現大規模部署,光學雷達則需要成為固態電子器件。

感測器融合也許將是下一代的技術,它指的是將所有感測器資訊結合起來,得到一個關於汽車周圍情況的單一圖像,作為決定下一步行動(繼續開車、轉彎、剎車等)的第一步。

通訊

汽車需要通訊;至少地圖資料和路況資料需要從雲端上傳到車輛上。這就需要網路連接,也被視為 5G 技術的驅動因素之一,因為 5G 具有高頻寬和低延遲。但是即使網路連接失敗或發生擁堵,通訊也需要正常運行:我們不能回到雲端然後再返回來判斷交通訊號燈是否為紅色。

因此我們還有其它潛在的通訊形式,即 V-2-X。X 通常是 V-2-V(車輛對車輛)中的另一個 V,此時車輛可以向其它車輛發出信號,警示路況、盲點、十字路口等等。基礎設施的另一種選擇是 V-2-I(車輛對基礎設施),此時交通訊號燈等物體可以與車輛通訊,從而更智慧地決定何時該變換紅綠燈,或者向車輛發出信號,告知接下來的舉動等等。

目前關於通訊有三種模式:

中國式:

自動駕駛汽車將始終保持連接,許多協調工作將在雲系統中以集中的方式完成。

自含式:

汽車將包含所有自動駕駛所需的感測器,這種連接只用於對時間不敏感的路況更新等狀況。無需與政府進行合作(除去法律和法規所要求內容)。

自含式和 V-2-X:

所有 V-2-X 內容都需依靠傳統汽車工業和政府機構合作驅動(尤其是在歐洲)。但這一切可能會被前兩項超越:當交通訊號燈可以與車輛通訊時(僅在美國就有大約 100 萬個),車輛就會讀懂交通訊號燈,甚至還能讀懂行人穿行時的倒數計時信號。

Levels

汽車工程師協會(SAE)為自動駕駛能力定義了 5 個等級(如果計入第 0 層-完全不屬於自動駕駛,則一共有 6 個等級)。這些等級為:

第 0 層:手動控制

第 1 層:駕駛員助理

第 2 層:部分自動駕駛(無需腳控)

第 3 層:有條件自動駕駛(無需手控)

第 4 層:高度自動駕駛(無需眼控)

第 5 層:完全自動駕駛(無需腦控)

目前大多數的汽車屬於第 1 層,帶有車道跟蹤和自動緊急制動(AEB)功能的汽車屬於第 2 層,第一個真正的「自動駕駛」存在於第 3 層中。第 5 層(完全自動駕駛)的條件極為苛刻(想像一輛不再需要方向盤的汽車),未來還有很長一段路要走。

譯文授權轉載出處

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