芯片再造汽车
芯片正潮水般占领汽车产业，决定着汽车产品的竞争力和未来。
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芯片正潮水般占领汽车产业，决定着汽车产品的竞争力和未来。 对于车企和从业者而言，必须要全力以赴地拥抱半导体，破除掉所有不必要的中间环节，尽可能地接近算力，从发挥算力的角度推动产品创新，否则必然会在竞争中失败。 硅片正在急速占领包括汽车在内的所有物理世界，资本为之疯狂起舞。 2017年11月6日，市值1200亿美金的博通被曝将以1300亿美金的价格收购手机芯片霸主高通。 2017年11月3日，三星电子股价骤升14%，市值高达3640亿美金，英伟达的股价在过去的18个月增长了700%，英特尔、台积电等巨头，过去不到6个月时间内，市值增加均超过500亿美金，双双超过2000亿美金。 全球半导体产业的股票几乎全部处于一个疯狂上涨的周期，资本市场的疯狂只能用恐怖来形容。然而，比资本市场更疯狂的，是硅对物理世界的占领速度。 也许人们没有意识，人类的第一个晶体管诞生于1947年，人类第一块集成电路诞生于1957年，世界上第一台PC机诞生于1981年。然而，使机器具备智能的进展是如此之快，而且是不可逆的。 半导体，作为机器智能的承载体，开始进入整个物理世界。现在，潮水般的半导体大军终于开始对汽车产业发动了攻击，这是一次不可逆的占领，必将颠覆产品、产业和格局。 在过去很长时间内，汽车行业的视野之中并没有半导体。但在接下来的十年，车企及从业者如不能拥抱半导体，必将被新时代的浪潮所淘汰。 在接下来的很多年时间内，汽车产品的迭代和发展，80%以上将主要由半导体的进步驱动，无论是电动化还是自动驾驶，无论是车联网还是整车OTA(Over-the-Air Technology空中下载技术)。所有的传感器，所有的屏幕，所有的电动马达，都将随着硅片的进步而进步。
汽车产品功能的强大与否，用户体验是否优异，将取决半导体的性能，将取决于软件和半导体的结合程度。在IOT的世界里，AI和算法工程师已经甩掉所有的中间环节，直接在芯片层面上与硬件工程师紧密结合，协同工作，争取最大程度发挥算力的作用。 这样的例子同样适用于智能汽车领域。 在过去的世界，所谓的软硬结合是软件工程师和硬件工程师的紧密协同的话，在新的时代，所谓的软硬结合是软件工程师和芯片工程师的紧密协作。 这也许是特斯拉Autopilot部门最终掌权的都是做芯片起家的人的原因。前AMD的首席架构师、苹果A5芯片的设计者Jim Kelle最终控制了整个Autopilot部门。这也是为什么电子工程出身的谷俊丽成为小鹏汽车自动驾驶负责人的原因。 对于所有的硬件企业、软件企业、应用企业和所有的从业者而言，都必须向半导体靠近一步，接近半导体，意味着接近创新的源动力，意味着新技术、新产品更快的商业化，意味着在竞争中处于有利地位。 这个时代，可能在猝不及防间，一个创新产品和创新的商业模式就会横空出世，对原有市场展开降维攻击，比如特斯拉的Model S或Model 3，几乎统治了所在的细分市场。要变得习以为常，满湖的“黑天鹅”在游荡。 这样的故事，在PC、手机行业已经上演过了两个来回。汽车产品和IOT产品显然不能例外。对于任何智能设备而言，能力提升首要的驱动力是芯片算力的提升，其次才会在软件和应用层面上迎来爆发。 车企和从业者们，转变，必须要转变。向产品创新转变，向着产品创新的底层芯片接近吧。然而谈何容易？随着汽车产业电动化、智能化向着纵深推进，很多企业和从业者会因难以完成技能升级而被淘汰。 你准备好了吗？ 半导体是如何进入汽车的？为什么半导体对汽车创新如何重要？在接下来电动化、整车OTA、智能驾驶等浪潮中，汽车半导体将会发挥怎样的作用？汽车半导体市场格局如何、会怎样发展？中国的整车企业以及汽车人才在这个领域该如何转型？何去何从呢？ 为解决上述疑惑，车评君访问了全球第二大汽车半导体企业英飞凌大中华区副总裁、汽车电子事业负责人徐辉女士。 徐辉在汽车行业有着20多年从业经验，在过去5年多领导英飞凌大中华区的汽车半导体业务，是非常稀缺地打通了机械制造和半导体两个行业知识的专业汽车人士。因一直从芯片底层运营和驱动汽车业务，对智能汽车行业的现状和发展趋势有着深入洞察。 对车评君而言，这是一次颇为吃力的对话，读者读起来恐怕也会吃力，然而干货满满，转型从来不易，不是吗？Enjoy it！ Q：建约车评 A：英飞凌大中华区副总裁、汽车事业部负责人徐辉 80%以上的创新将由汽车半导体驱动 Q：我的提问从整体汽车产业未来趋势来切入。半导体应该是非常核心和底层的，作为半导体从业者，如何看待一辆汽车？在智能汽车时代，半导体的角色和燃油车时代有什么不一样？ A：汽车行业一百多年前起步的时候，更多的是用机械的方式，把人和物体从A点带到B点。随着技术发展，计算机行业的发展，开始有了电控技术。电子控制技术逐步发展，慢慢进入汽车行业。电子控制技术其实更多的是把机械控制方式数字化。半导体是数字化和电子控制的基础。 举一个最简单的电子控制的例子——自动驾驶，它的原理就是靠传感器感知周边物体，比如前面的障碍物或行人；把信息传到单片机，这就是控制的大脑，大脑做判断，需要做怎样的操作？是刹车还是转向或停车；处理或执行就涉及功率器件，比如判定要刹车，要靠我们的功率器件做一个指令执行、做刹车。 不管系统复杂还是简单，基本的电控原理就是我刚才说的。 电控的优点在于：第一，更安全、可靠。第二，能实现更多的创新。在机械上很多不能实现的东西，都要靠电子化来实现。 传统的燃油车也有它的电控系统。电动车和智能车，无非是用更多的电气化或电子控制系统取代传统机械操作。 Q：您说的“更可靠”我很好奇，传统观念感觉机械结构是更可靠的。您是电子方面的专家，提出这种观点我还是很惊讶的。 A：我认为可以从两个角度来理解： 第一，从器件的角度来说，我们可以从可靠性、寿命、保护以及诊断几个方面来考虑。 首先，通过AEC-Q相关标准、以及英飞凌更为严格的生产检验流程的电子器件，在寿命上会明显优于机械类的器件。以继电器为例，通常它的“电耐久性”是10万次。而电子器件无论是智能开关、MOSFET、IGBT等，都远远高于继电器这类机械器件。 其次，通常电子器件都很容易具有短路、过压欠压、过温等保护特性，使得整个应用系统安全可靠。但是机械类的器件则不具备这些特点，必须通过外加复杂的辅助器件来实现这些功能。 此外，电子类器件是很容易实现诊断功能的，可以及时准确的把工作状态反馈给整车系统，但是机械类的器件则不具备这样的功能。而且，如果考虑到开关速度、电磁兼容等其它特性，电子器件也是具有一定的优势的。 第二，从系统的角度来说，以电动汽车为例，电动汽车器件的平均寿命需求是传统燃油车的4倍。因为传统汽车发动机关掉，就不需要工作了，而电动汽车在车停止情况下，充电系统要充电、储电，所以使用的工况比传统内燃机更恶劣。需要更高的耐久性、可靠性。在这种情况下，使用半导体产品或电子产品会更可靠，也需要更高质量和更多功能的产品 另外，电控有个好处，就是可以实现在使用的时候打开，不用的时候就可以关掉。机械控制的是没有办法自己关掉的，处于长时间的咬合状态。所以这种情况，它的节能和耐久性可能就更差。 从这两个角度来讲，我们认为电子控制一定是精度更高、更可靠、耐久性更好、更节能。 回到您的问题，我们认为，半导体的作用就是能真正更可靠地实现控制原理，让车内的更多系统电气化，达到更清洁、更安全、更智能的目标。 Q：半导体对汽车产品的创新会发挥怎样的作用？ A：这些年汽车的创新，其实80%甚至以上都是要靠电子系统和电子化实现。更高级一些，就是人工智能；更低一些，就是一些比较简单的控制系统。所有这些新技术的提出，都可以叫做创新。人工智能是一个更大的创新，智能网联也是。 所有这些创新，都要通过电子化的形式来完成。那怎么实现电子化？ 还是要回到最基础的电子控制的原理，需要电子半导体器件先实现传感、计算、执行三种功能，只是根据不同系统要求，会有不同的芯片。 比如传感器领域，我们需要毫米波雷达、摄像头或激光雷达、温度和距离传感器，每种传感器本身的需求和功能都不一样，但最终都是需要靠半导体感知物体和周边环境。 再比如说处理器，根据需要处理数据的流量，我们需要有不同系列的单片机产品进行计算。做自动驾驶需要处理的信息很多，而控制车门的单片机需要的内存、计算速度就很少。 功率半导体主要是做执行。根据不同的执行功能，比如开关或提升电压、降低电流，通过不同的执行原理，做最终的器件执行。 我们先从器件级别满足系统要求，然后配合客户、车厂、Tier1，让器件达到系统所需要实现的需求。系统开发出之后，最终到整车的系统去做最后的配合和协调，在车的级别再实现。 智能汽车所有的创新，必须是半导体、元器件走在最前面，可能要提前比车厂三到五年把器件研发出来，才能最终用到车里。所以汽车的创新，都要靠半导体的元器件创新，就是这个道理。 汽车半导体含量将增长300% Q：最近我关注到一个现象，随着汽车电动化、智能化的发展，现在汽车半导体市场被非常看好。对于汽车半导体当前市场情况以及未来的发展，您怎么判断？ A：我用比较简单的数字来回答。 我们认为，不管是高档车还是低档车，不管大车还是小车，2016年的时候平均每辆燃油车所用半导体的成本大概为300-400美金，高端车可能多一些，低端车会少一些。 混动车、电动车较之燃油车的半导体成本增量大概是1倍，从300-400美金变成600-800美金的区间，还不含自动驾驶的成分。 如果增加level3甚至更高级别的自动驾驶，会增加更多的半导体含量。比较保守地估计，将来单车半导体采购成本肯定会到800-1000美金。 半导体使用量在汽车里面会大幅度提高，此外汽车在中国依然会有一个稳定的增速，这些对于对半导体行业来说，是很好的。 对中国来讲，另外一个比较好的机遇就是之前市场对安全性、舒适性要求并不是很高，低端车销量比较好。现在的趋势是，自主品牌汽车的质量和舒适度提升很快，另外消费者对车也有了更高的要求，有消费升级的动力。这也是我们的机会。 Q：从300-700美金，这部分主要增加在哪个部分？ A：最大的部分就是传统内燃机用三电替代。因为三电系统所有部件都要靠电子控制，所以需要电子的比例比内燃机高很多。仅仅是取代这部分，就会让半导体有很大的空间，包括单片机，功率的器件可能更多。 Q：未来汽车半导体里增长的主力会来自哪些细分市场？ A：英飞凌几年前就已经制订了针对汽车电子的发展方向，就是清洁、安全、智能。我们认为这是后续汽车电子发展方向的大趋势。 首先是清洁。传统发动机节能减排还有很大的发展空间，因为燃油车还会持续起码十年，这是必须做的。不管是12V到48V，还是做更多的电子控制，让内燃机更清洁。另外一部分，就是电动车和插电式混动。 传统发动机清洁环保的这部分市场，会飞速发展或已经在飞速发展，这是一个非常大的市场趋势。 从安全讲，我们会更关注的主动安全，因为被动安全基本会被主动安全替代。高级辅助驾驶其实目的主要是安全，所以自动驾驶应该归类于安全这一部分。这部分不管是简单的监控还是复杂的自动驾驶，都是可以看得见的后续汽车电子的发展。 ADAS到自动驾驶的发展的趋势也非常明确。 Q：ADAS的渗透率现在越来越高了。 A：什么时候实现完全的自动驾驶，这是未知数。可能快一点2030年，慢一点2040年、2050年。这是大家很有争议的一个话题。但真正的高级辅助驾驶ADAS的功能，现在已经在慢慢渗透了，只是用得多或少的区别。 智能这部分，很多电控系统本身的更新换代或创新，就是智能的一个过程。另外一部分，就是联网汽车，车联网也会跟进半导体的发展。 现在一个热门的话题，假设将来自动驾驶实现了，驾驶员不需要坐在方向盘后面了，汽车内饰就会有比较大的变化，可能需要更多的人工智能或舒适的系统，这些也是靠电子系统驱动的。所以这一块，应该说也会是很大的增速。 接下来的五年，传统燃油车的清洁化和电子控制系统会继续发展，新增加的新能源汽车、自动驾驶，也会迅猛发展。我们看半导体的增速，可能是一半对一半，一半是传统的发展，一半是新兴的要求。 能提供所有汽车半导体的芯片厂家 Q：能否谈一下英飞凌？现在英飞凌在汽车半导体的布局是怎么的？市场地位是怎样的？核心竞争力是什么？ A：根据第三方的数据，世界范围内来说，英飞凌在汽车半导体市场位居第二名，在中国目前排名也是第二位。 英飞凌最强的一个优势在于，我们是为数不多的可以提供从传感到计算、执行的半导体厂家，而此时大多数竞争对手都是只做其中一部分，或是做传感器，或是做单片机，或是做功率器件。 这样的好处就在于通过提供所有的器件，可以更全面地看到客户需求，判断市场方向，优化从元器件到系统的整体设计。这样就可以给客户提供性价比更高的产品，而且能更快或更远的看到市场的发展。 另外一个核心优势，就是品质。汽车行业对半导体品质要求很高，英飞凌在质量控制方面做到了业内领先。 第三就是跟客户的互动、承诺。在汽车电子行业我们已经积累了40多年的经验，我们很了解客户和市场的需求是什么，就可以更容易、更快、更好地支持客户。 Q：电动车已经成为中国万众瞩目的一个焦点，最核心的三电系统是汽车半导体的一个重要来源，英飞凌在这个市场的地位怎样？接下来怎么支持到它的发展？ A：三电系统中半导体含量最大的就是电控系统。因为它要控制、管理电机运转和电能输送。在这个环节中，我们有最核心的产品IGBT。在配套体系上，我们还有一些驱动、相关的功率器件，包括一些电源管理的芯片。 Q：英飞凌IGBT的市场地位如何？ A：因为现在还没有细分到汽车领域，所以包括汽车在内的整个工业IGBT的全球市场，英飞凌应该占到20%左右。英飞凌在全球的IGBT，包括工业在内，市场份额在20%左右。我们得到了很多客户的认可，当然我们还会继续努力。 另外是电池，电池系统牵涉到半导体更多的是电池管理系统。电池管理系统有它自己的驱动芯片，这部分有我们单片机去做管理，主要是为了保障安全。将来三电系统的安全要求会是首当其冲的，所以我们把整个系统设计的安全级别定位最高。从单片机开始，提供最好的安全等级以及相关的数据加密等功能，都是符合将来信息安全要求的。 英飞凌一直在产品性能、将来技术的发展、跟客户互动关系、了解市场这几个要素里投入很大的时间和精力，做比较好的布局。 Q：安全这块是非常敏感的话题。电池管理的安全这一块，英飞凌能解决哪些安全性方面的问题？怎么解决？现在很多人很担心电池的自燃甚至爆炸，从芯片角度来看，怎么解决这些问题？ A：半导体器件不能完全解决所有的问题，但是我们电池管理系统其实是起到一个均衡的作用。所有的电池管理系统，其实都是一个监控和管理的作用。电池管理系统会观测是不是会出现极端情况，是不是需要做紧急处理。 至于这个电池最后是不是燃烧，我们能起到一个监测的作用，本身电池的材料和散热，电池包的保护是至关重要的，当然我们系统可以帮助它均衡和监测。这是我们电池管理系统的核心作用。 我们最大的优势在于新一代的功能安全，通过一系列产品提供最好的功能安全。产品的核心优势就是把功能安全需要考虑到的所有因素里，让客户成本更低、更快的把系统做到更安全。 所有升压的过程都是电气化的过程 Q：您刚才说到一方面是内燃机车的节能升级，这是一个很大的市场，占到增量的50%。现在有一个趋势，汽车电压现从12V到48V升级，这个趋势会给汽车半导体带来哪些机会和挑战？ A：所有升压的过程都是电气化的过程。比如电动汽车，无非是原来传统电压12V，到电动汽车，要100V以上或更高。 为什么要做48V？其实48V本质上就是弱混，是混动的一个最简单的体现。 为什么要提高电压？因为提高电压系统可以更高效率地工作。这个情况下可以让你的系统更高效的节能减排。 现在市场上的弱混系统，从12V提升到48V差不多能带来10%的节能减排。48V简单的概念就是加一个小的电机，再加一个小的电控单元，升级一下电压。原来12V带不动起停电机，48V就带得起来。其实就是要增加我们汽车电子的含量，用电控取代机械。 Q：前段时间我和一个制造商的负责人做了一个访谈，他们有一个特别大的抱怨：现在的制造环节的自动化率，冲压100%，涂装100%，焊装几乎可达到100%，自动化率最差就是总装，因为有太多的线束了，机器手很难处理，极大地降低了总装自动化。从你们的角度而言，有没有可能解决线束太多的问题？总装的效率能不能提高？ A：回答是，当然可以。 这个问题是一个很复杂的问题，你说的这个方向，是未来的发展趋势。线束多的问题，很大程度归咎于现在传统的车的电气架构。 现在最简单的架构，就是一个电能来源，一个CAN总线，这是最大的问题。CAN总线一般都是放在仪表板的位置，要把电能传导到汽车所有用电部位，比如车顶、车后、车尾厢，就需要很多线束连接。线束还很重，降低它的重量也是后续需要解决的问题。 我们其实很早就开始探索未来的汽车架构，尤其是电气化进程中，有更多电能储备的情况下，传统布线方式的效率是比较低的。 我们认为未来的方向，一定是PDC（Power Distribution Control 配电控制），就是把集中电能管理变成分布式的智能化电能管理。哪里需要电能，就输到哪里。根据不同的电流电压的要求，可以有不同大小的控制。 那怎么实现？后面通过一个单片机，可以连接六个CAN总线，可以分布式处理，在需要的地方通过半导体来协调，控制往哪里输送电流，这样就等于把它分布到车各个不同的区间。 当然，还是需要线束的，电能的无线传输可能在短期内不能完全实现，但需要线束的数量和重量会小很多。这会极大地优化现在的传统装配。 但这确实是一个比较艰难的过程，因为现在车内所有的供电布局都会改变。 对车厂来讲，这是一个非常大的变化，很多车厂都已经在往这个方向发展了，可能会分几个不同的步骤实现，不可能一步实现。但很多车厂已经都在探索PDC了。 我们认为，线束一定会越来越少，会用更多的半导体来取代线束的控制。这样会更清洁、环保。 Q：从您的角度，有没有一个日程表的预期？ A：我个人看法，最起码三五年。车厂新车型平台的更新换代差不多三五年时间。现在车厂已经在讨论后续的一些方式，要等到下一代的平台才会有这种新分布时CAN总线布置方式。 Q：从线束的优化角度来讲，大概可以优化掉多少？有个百分比的概念吗？ A：这也比较难说。毕竟现在线束的方式，看整个研发的周期，研发投入，后续的比较，这是车厂需要全局做的一个决定。 整车OTA的核心挑战是安全 Q：现在有个很热门的东西就是整车OTA，未来看起来会成为标配。对你们来讲，实现起来有什么挑战？有没有相应的东西来支持它的实现？ A：我们所说的所有的电子控制系统，其实都是分成两个，一个是软件，一个是硬件。特斯拉实现自动驾驶的功能在买车的时候，硬件配置已经在车里了，通过OTA软件启动自动驾驶功能，是通过远程控制可以让它的硬件开始工作。OTA就是软件远程下载和启动。 软件远程下载最大的风险，我们认为在于安全。不管是在4S店启动下载还是远程启动，安全是最关键的。尤其是汽车联网后，信息安全变成大家更关注的一个议题。 软件远程更新过程中，有几个环节：第一，先要接收一个信号，汽车本身会有一个中央存储器，车厂发来的信号，首先要通过一些渠道确认，这个信号是不是指定车厂发布的。就像您的苹果手机更新，先会确认这是苹果发来的吗？这个信号是针对信号来源，是不是你需要的来源。 第二，接收来源的渠道，不管是通过云端还是WiFi，5G或4G，过程中通过这个渠道进行信息传输需要有对信息的加密？确认后，信息会下载到车里的中央存储器。这个过程，其实什么时候都可以实现，汽车运转、司机在不在都无所谓。只要这部分实现，软件更新已经存储到存储器里了，下一步就是下载了。 第三，下载到汽车的相关控制器ECU ？我们认为比较合理的，首先不能在发动机或汽车运转过程中，在key-off的状态下最好。软件更新时间不能过长，比如喝杯咖啡或加油的时间，15分钟之内是比较合理的时间段，不影响驾驶体验。 这个过程中，软件要从中央存储器下载到ECU里，通过加密ECU确认，这个软件要下到正确的ECU，而且是正确的信息，所以过程中要确定信息是安全的，下载过程中不能受到黑客攻击。 我们认为大概分这几步，这个过程中所有环节，都可能受黑客攻击。联网情况下，汽车是比较容易成为被攻击的目标，这个过程中如果不能保证信息安全，可能对驾驶人员或社会造成很负面的影响。 所以我们认为，OTA最核心的就是信息安全。车厂必须软件和硬件都配合，达到信息安全。 当然还要谈到另外一个话题，就是标准，因为永远没有100%的安全。政府必须有一个比较明确的标准，到底在什么情况下，安全保障算是及格的。这个标准必须要统一，不然各大车厂也很难执行。 Q：现在ADAS、AD话题很热门，在这个领域，你们做了哪些工作？在这个市场里你们的地位或竞争力是怎样的？ A：自动驾驶最核心的器件，应该就是传感器。将来的车会被360度环绕，用不同的传感器感知周围环境。 这个领域英飞凌在很早之前就有布局，我们应该是第一个推出77GHz毫米波雷达的集成到一个芯片半导体技术的企业，极大缩小器件的体积。我们在这方面，尤其是汽车级的毫米波雷达有很多优势，包括博世等都是用我们的产品。 激光雷达也会是一个新的热点，在这方面，我们收购了一家荷兰的公司Innoluce，专门研发激光雷达芯片。（车评君注：基于MEMS芯片的激光雷达系统可以有效降低机械部件所需要的成本，这使得Lidar更加小而坚固） 在雷达传感器方面，我们应该说有很好的布局和规划。 另外一部分，就是单片机。这些传感器所有的信息，最终需要单片机处理和做决策。单片机除了计算能力外，还包括需要的功能安全、安全等级，这也会是一个非常核心的要求。车厂只要是牵涉到自动驾驶的，奥迪最开始做的zFAS系统，就用到我们的单片机，配合我们的电源芯片。这是一个配合的系统，后面我们也看到更多的车厂，也采用我们的产品做数据处理。这部分会是后续发展的一个亮点。 [文章纠错] 文章网友提供，仅供学习参考，版权为原作者所有，如侵犯到 你的权益请联系qchjl_admin@126.com，我们会及时处理。
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