汽車(chē)電子組件：一個(gè)正在發(fā)展的市場(chǎng)(上)

汽車(chē)中出現(xiàn)的電子設(shè)備和系統(tǒng)越來(lái)越多，而它們也是汽車(chē)功能創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。

汽車(chē)廠(chǎng)商正在越來(lái)越多地使用電子系統(tǒng)和半導(dǎo)體集成電路用于汽車(chē)的各種應(yīng)用，包括駕駛員信息和通信、車(chē)內(nèi)娛樂(lè)電子設(shè)備、傳動(dòng)系和身體控制電子設(shè)備以及汽車(chē)安全和舒適設(shè)備。

全球每年7億輛汽車(chē)的銷(xiāo)售量為汽車(chē)電子產(chǎn)品提供了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。僅在西歐的汽車(chē)銷(xiāo)售量就達(dá)到了大約2.50億輛。據(jù)市場(chǎng)研究公司Research & Markets(研究與市場(chǎng))預(yù)測(cè)，到2010年，汽車(chē)中使用的電氣和電子產(chǎn)品元件占汽車(chē)總成本的比例將從目前的25%提高到40%.集成在汽車(chē)中的電氣和電子組件中的一半是半導(dǎo)體集成電路。隨著市場(chǎng)價(jià)值在2011年達(dá)到1.23億歐元(1.80億美元)和平均年增長(zhǎng)率達(dá)到6%至9%，汽車(chē)電子將成為電子產(chǎn)品市場(chǎng)中的主要分市場(chǎng)之一。

圖1 全球汽車(chē)保有量預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)來(lái)源：Goldman Sache Economist

這個(gè)增長(zhǎng)率與全球汽車(chē)生產(chǎn)增長(zhǎng)率形成了鮮明的對(duì)照。全球汽車(chē)生產(chǎn)在預(yù)測(cè)期內(nèi)的平均年增長(zhǎng)率是大約3%.因此，從銷(xiāo)售收入方面看，汽車(chē)電子市場(chǎng)正在以比汽車(chē)市場(chǎng)快得多的速度增長(zhǎng)。這顯示了企業(yè)電子密度和復(fù)雜性日益增加的總趨勢(shì)。據(jù)德國(guó)ZVEI(德國(guó)電氣電子工業(yè)協(xié)會(huì))組織稱(chēng)，全球汽車(chē)微電子市場(chǎng)將增長(zhǎng)11.9%.到2011年，全球汽車(chē)微電子市場(chǎng)的銷(xiāo)售收入將從2006年的191億美元增長(zhǎng)到335億美元。

汽車(chē)電子已經(jīng)成為汽車(chē)市場(chǎng)的主要差異化標(biāo)準(zhǔn)之一。在利潤(rùn)明顯減少、銷(xiāo)售和生產(chǎn)增速下降、競(jìng)爭(zhēng)更加激烈和汽車(chē)日益商品化的汽車(chē)市場(chǎng)，汽車(chē)電子產(chǎn)品將為汽車(chē)增加價(jià)值，特別是在西歐國(guó)家。

汽車(chē)市場(chǎng)的一個(gè)重要推動(dòng)因素是管理部門(mén)要求提高安全性和減少汽車(chē)污染排放的規(guī)定。法律能夠很快創(chuàng)建這個(gè)市場(chǎng)快速發(fā)展的條件。

在未來(lái)五年里，有五個(gè)領(lǐng)域預(yù)計(jì)將推動(dòng)汽車(chē)電子的增長(zhǎng)和技術(shù)創(chuàng)新。這些領(lǐng)域包括：減少排放和提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率;傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)向電子控制(所謂的“x-by-wire”系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng))過(guò)渡以提高安全性和減少功耗;增強(qiáng)個(gè)性化功能，如導(dǎo)航和通信系統(tǒng);方便性和舒適性的日益增長(zhǎng)的需求;新興國(guó)家對(duì)汽車(chē)日益增長(zhǎng)的需求。

在這五個(gè)領(lǐng)域中，導(dǎo)航和通信系統(tǒng)以及提高汽車(chē)安全性的解決方案提供了提高半導(dǎo)體在汽車(chē)中應(yīng)用的最大潛力。

中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)

中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)正在繁榮增長(zhǎng)。據(jù)市場(chǎng)研究公司iSupply稱(chēng)，到2011年，中國(guó)的全球電子系統(tǒng)生產(chǎn)將是半導(dǎo)體消費(fèi)量的一倍，達(dá)到184億美元。這種增長(zhǎng)的主要原因是國(guó)內(nèi)輕型汽車(chē)生產(chǎn)對(duì)電子原件增長(zhǎng)的需求和許多全球汽車(chē)廠(chǎng)商正在把生產(chǎn)活動(dòng)轉(zhuǎn)移到中國(guó)。

來(lái)自美洲、歐洲、日本和韓國(guó)的國(guó)際汽車(chē)電子系統(tǒng)和組件供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)始與中國(guó)公司建立合資企業(yè)。這些外國(guó)公司包括Delphi、Bridgestone和Bosch.在最近的幾年里，通用汽車(chē)公司已經(jīng)投資了3.50億美元在中國(guó)西南部的廣西壯族自治區(qū)柳州市的五菱合資企業(yè)總部建設(shè)一個(gè)現(xiàn)代的生產(chǎn)廠(chǎng)。這些工廠(chǎng)生產(chǎn)商用的、低價(jià)格的、耗油量低的輕型汽車(chē)。這與通用汽車(chē)在北美的戰(zhàn)略正好相反。通用汽車(chē)在北美主要銷(xiāo)售大型、昂貴的SUV和卡車(chē)。這個(gè)戰(zhàn)略目前受到了汽油價(jià)格上漲和消費(fèi)者口味變化的挑戰(zhàn)。消費(fèi)者現(xiàn)在對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越自覺(jué)。此外，分析師預(yù)測(cè)，全球小型企業(yè)需求量在未來(lái)十年里將增長(zhǎng)30%.中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)去年增長(zhǎng)了25%.中國(guó)已經(jīng)超過(guò)日本成為全球第二大汽車(chē)市場(chǎng)，汽車(chē)年銷(xiāo)售量達(dá)800萬(wàn)輛，其中包括微型卡車(chē)和微型汽車(chē)。由于中國(guó)每100人的汽車(chē)擁有量為10%，而美國(guó)和西歐每100人的汽車(chē)擁有量是 80%，因此，中國(guó)的增長(zhǎng)潛力是巨大的。據(jù)研究公司AC Nielsen稱(chēng)，中國(guó)希望擁有一輛汽車(chē)的人比其它任何國(guó)家都多，但是，他們現(xiàn)在還不想購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)。中國(guó)的汽車(chē)組件行業(yè)到2009年將增長(zhǎng)到580億美元，平均年增長(zhǎng)率為15%.中國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)肯定能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)對(duì)汽車(chē)部件日益增長(zhǎng)的需求。到2011年，半導(dǎo)體消費(fèi)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到28億美元。這比2006年接近 15億美元的市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大了近一倍。據(jù)市場(chǎng)研究公司Research & Markets稱(chēng)，這將使中國(guó)成為全球增長(zhǎng)速度最快的汽車(chē)電子市場(chǎng)。這篇報(bào)告稱(chēng)，到2012年，中國(guó)每輛汽車(chē)平均使用的電子原件價(jià)值將從2003年的300美元增長(zhǎng)到500美元。

用于“四個(gè)輪子”的電子系統(tǒng)和組件

平均每輛汽車(chē)在30個(gè)不同功能的電子系統(tǒng)中集成70至100個(gè)處理器。這些電子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制、傳動(dòng)系、車(chē)身電子系統(tǒng)、安全、娛樂(lè)和防盜系統(tǒng)等。用于汽車(chē)的半導(dǎo)體設(shè)備包括微處理器(通常采用PowerPC和ARM架構(gòu))、8、16、32位微控制器、DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、可編程邏輯設(shè)備、接口芯片、開(kāi)關(guān)、ASIC、系統(tǒng)級(jí)封裝芯片、內(nèi)存集成電路、電阻、電容、電感、微電機(jī)系統(tǒng)、光電組件和許多傳感器。據(jù)市場(chǎng)研究公司 Strategy Analytics稱(chēng)，在2007年，用于汽車(chē)的傳感器銷(xiāo)售兩位2600萬(wàn)個(gè)，銷(xiāo)售總收入達(dá)2600萬(wàn)美元。

在未來(lái)的汽車(chē)電子電路中，對(duì)于準(zhǔn)確、閉環(huán)、實(shí)時(shí)控制和要求處理大量的來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)等需求將日益增長(zhǎng)。配置執(zhí)行器的系統(tǒng)(如用于自適性前照車(chē)燈的系統(tǒng))也有大量的半導(dǎo)體元件。特別是微電機(jī)系統(tǒng)代表了一種非常有潛力的技術(shù)，可用于安全氣囊、穩(wěn)定性控制、輪胎壓力監(jiān)視、發(fā)動(dòng)機(jī)氣流控制和乘員檢測(cè)系統(tǒng)等各種汽車(chē)系統(tǒng)。市場(chǎng)研究公司n-Stat/MDR預(yù)測(cè)，平均每輛汽車(chē)至少使用10個(gè)微電機(jī)設(shè)備。這種微電機(jī)設(shè)備的市場(chǎng)總價(jià)值為15億美元。其它新興的應(yīng)用包括遙控?zé)o匙進(jìn)入(PKE)系統(tǒng)的生物傳感器和用于多媒體顯示的光學(xué)微電機(jī)系統(tǒng)。例如，日立去年推出了一種手指靜脈識(shí)別技術(shù)，駕駛員在抓住方向盤(pán)的幾秒鐘之內(nèi)就能夠驗(yàn)證駕駛員的身份。日立公司預(yù)測(cè)，到2010年，手指靜脈識(shí)別傳感器將開(kāi)始取代傳統(tǒng)的基于鑰匙的汽車(chē)點(diǎn)火裝置。關(guān)于虛擬化解決方案，對(duì)于更大尺寸的顯示屏和觸摸屏的需求將日益增長(zhǎng)。這些顯示屏包括從6.5英寸至8.8英寸的那只汽車(chē)導(dǎo)航顯示屏和從3.5英寸至4.3英寸的單獨(dú)的個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備將增大到4.8英寸至5.2英寸。

汽車(chē)中使用的視頻攝像機(jī)的數(shù)量也將顯著增長(zhǎng)。這些視頻攝像機(jī)將用于巡航控制、避免碰撞或者視頻監(jiān)視等應(yīng)用。包括夏普在內(nèi)的許多公司正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)中的視頻系統(tǒng)。汽車(chē)視頻攝像機(jī)還將提供WVGA分辨率并且將以CCD(用于更高的分辨率要求)或者價(jià)格較低的CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)。據(jù)市場(chǎng)研究公司 Strategy Analytics稱(chēng)，2008年全球汽車(chē)視頻攝像機(jī)出貨量將達(dá)到700萬(wàn)臺(tái)，銷(xiāo)售收入將達(dá)到大約4000萬(wàn)美元。與集成在手機(jī)中的視頻攝像機(jī)有關(guān)的市場(chǎng)將擴(kuò)大50倍。然而，汽車(chē)應(yīng)用的更嚴(yán)格的要求將使這個(gè)市場(chǎng)成為一個(gè)非常盈利的邊緣市場(chǎng)。

LED在汽車(chē)中的應(yīng)用，特別是在尾燈的應(yīng)用，大約占整個(gè)市場(chǎng)的大約10%.與白熾燈系統(tǒng)相比，基于LED的照明系統(tǒng)以高效率、使用壽命長(zhǎng)和電源消耗低而聞名。LED在汽車(chē)行業(yè)的普及到目前為止一直非常緩慢，主要原因是駕駛電路非常復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。目前，LED的生產(chǎn)成本正在積極地下降。LED 還非常適合汽車(chē)內(nèi)部的照明應(yīng)用。一輛汽車(chē)需要100至200個(gè)白色LED.因此，這個(gè)市場(chǎng)的潛力是非常大的。這個(gè)市場(chǎng)目前的規(guī)模是7.40億美元，預(yù)計(jì)在 2010年之前的復(fù)合年增長(zhǎng)率為14.2%.集成電路在汽車(chē)安全中應(yīng)用的增長(zhǎng)趨勢(shì)是最高的，其次是車(chē)體和車(chē)箱，這兩項(xiàng)應(yīng)用的增長(zhǎng)率為9.8%.在這些方面，需要準(zhǔn)確、閉環(huán)、實(shí)時(shí)控制和要求處理大量的來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，以便使汽車(chē)更安全、更省油和尾氣排放更環(huán)保。

汽車(chē)電子的最重要的應(yīng)用是車(chē)身電子產(chǎn)品，其2007年的市場(chǎng)規(guī)模為44億美元，占整個(gè)市場(chǎng)的26%.在2013年，這個(gè)市場(chǎng)將達(dá)到80億美元。用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的電子系統(tǒng)從2007年至2013年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為5.7%，2013年的規(guī)模將從2007年的50億美元增長(zhǎng)到70億美元。這種需求強(qiáng)烈地表明處理計(jì)算能力要滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的性能要求。依靠查看表格的系統(tǒng)將向基于模型的管理大量數(shù)據(jù)的平臺(tái)轉(zhuǎn)變。例如，噴油控制是以若干因素為基礎(chǔ)的，包括歧管壓力、電池電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、油門(mén)位置和尾氣氧含量。一輛汽車(chē)代表了電子設(shè)備應(yīng)用的非常嚴(yán)峻的環(huán)境，因?yàn)橛姓駝?dòng)、溫度的變化(可能在零下40度至零上150度之間)、有燃油、嚴(yán)重的電磁場(chǎng)(達(dá)到200V/m，而工業(yè)和家庭中的電磁場(chǎng)只有10V/m和3V/m)、瞬變高峰±100伏高峰電壓、濕度、塵土、突然負(fù)載變化和可能的短路等。汽車(chē)環(huán)境要求電子設(shè)備必須保證高水平的質(zhì)量和可靠性。一個(gè)組件的故障就可能威脅到汽車(chē)的乘員的安全。汽車(chē)電子組件的測(cè)試要按照AEC-Q100評(píng)測(cè)流程和ISO-TS16949技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。這個(gè)技術(shù)規(guī)范是國(guó)際汽車(chē)任務(wù)組制定的。

在汽車(chē)信息系統(tǒng)中，必須共存重要任務(wù)層和方便層。前者控制發(fā)動(dòng)機(jī)，后者提供工具(如電子窗)。后者雖然對(duì)于安全不是非常重要，但是必須要一直工作。隨著汽車(chē)行業(yè)努力減少芯片設(shè)計(jì)中的故障，這將推動(dòng)新的集成電路和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的需求。需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)是一個(gè)電子系統(tǒng)，作為重要安全部件、方便層和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)等組件的接口。

據(jù)市場(chǎng)研究公司Databeans稱(chēng)，飛思卡爾半導(dǎo)體是全球汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)領(lǐng)先的廠(chǎng)商，占市場(chǎng)份額的11%.其次是英飛凌，市場(chǎng)份額為10%. 意法半導(dǎo)體排名第三位，市場(chǎng)份額為9%.瑞薩科技的市場(chǎng)份額為7%.NEC電子的市場(chǎng)份額為6%.其它廠(chǎng)商的市場(chǎng)份額為58%.這表明，汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)是非常分散的。

在汽車(chē)市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)的公司正在尋求一些方法加快基于新的半導(dǎo)體的功能的應(yīng)用和降低成本。這些方法包括系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商與半導(dǎo)體公司之間更密切的合作、整個(gè)行業(yè)范圍的采用軟件標(biāo)準(zhǔn)、以及保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。采用汽車(chē)電子系 統(tǒng)還需要在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方面有廣泛的經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)可以通過(guò)戰(zhàn)略合作獲得。這種合作的一個(gè)例子就是飛思卡爾半導(dǎo)體與意法半導(dǎo)體之間兩年前開(kāi)始的合作。這兩家公司最近推出了他們的聯(lián)合設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的首批四種汽車(chē)電源架構(gòu)微控制器產(chǎn)品。

圖2 汽車(chē)電子半導(dǎo)體設(shè)備包括通常采用PowerPC和ARM架構(gòu)的微處理器

以及8、16和32位的微控制器

意法半導(dǎo)體和總部設(shè)在荷蘭的Mobileye為汽車(chē)行業(yè)基于視覺(jué)的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)共同開(kāi)發(fā)了EyeQ2系統(tǒng)芯片。去年3月，英飛凌和汽車(chē)廠(chǎng)商現(xiàn)代汽車(chē)公司在首爾開(kāi)設(shè)了一個(gè)聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新中心，長(zhǎng)期戰(zhàn)略性地共同開(kāi)發(fā)應(yīng)用在現(xiàn)代公司汽車(chē)以及在2010年上市的Kia汽車(chē)中的汽車(chē)電子系統(tǒng)和架構(gòu)。Delphi正在與英飛凌制定一個(gè)共同開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目以英飛凌的XC2200系列微控制器為基礎(chǔ)，采用Autosar標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)聯(lián)盟也是開(kāi)發(fā)充分的汽車(chē)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵。這些行業(yè)聯(lián)盟包括：OSGI(開(kāi)放服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織)、MISRA(英國(guó)汽車(chē)工業(yè)軟件可靠性協(xié)會(huì))、AMI-C(美國(guó)汽車(chē)多媒體接口協(xié)會(huì))、 ERTICO(歐洲道路運(yùn)輸信息通訊合作組織)，這是歐盟委員會(huì)為了發(fā)展自己的智能交通系統(tǒng)在1991年創(chuàng)建的。Autosar(汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu))和 Jaspar(日本汽車(chē)軟件平臺(tái)架構(gòu))是推廣網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)化以及企業(yè)應(yīng)用程序軟件模塊的組織。由IBM發(fā)起的開(kāi)源軟件Eclipse團(tuán)體的成員包括 WindRiver、Altera和Xilinx等公司。這個(gè)組織開(kāi)發(fā)了一個(gè)框架，允許為整個(gè)產(chǎn)品生命周期開(kāi)發(fā)優(yōu)化的軟件。