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组件选购要件:法规、效能、伙伴关系

时间:2016-04-11 15:29来源:COMPOTECHASIA 作者:任苙萍 点击:
车电开发秘诀一:搭肩巨人,共谋大业
根据研调机构 Semicast Research 统计,2014 年「原装」(OE) 车用半导体市场总产值为 294 亿美元,前五大供货商分别为:瑞萨 (Renesas)、英飞凌 (Infineon)、意法半导体 (STMicroelectronics,ST)、飞思卡尔 (Freescale) 及恩智浦 (NXP),共囊括 40% 的市场,其余 60% 由众多厂商分食。其中,只有博世 (Robert Bosch) 和德州仪器 (TI) 能攫取超过 5% 的市占率,大者恒大态势明显。去年 NXP 合并 Freesacle 后,可望成为全世界最大车用半导体厂;若以 2014 年数据简单加总推估,将以 13.4% 市占率一举超越群雄。
 
表:2014年原装车用半导体供货商排名

排名

厂商

市占率

1

Renesas Electronics

10.3%

2

Infineon Technologies

9.2% (8.7%)

3

STMicroelectronics

7.3% (7.2%)

4

Freescale Semiconductor

7.1% (6.8%)

5

NXP Semiconductor

6.3% (6.0%)

Top 5 Total

40.2% (39.4%)

Others

59.8% (60.6%)

2014 Market Size

USD 29.4 billion

数据源:Semicast Research
 
另一家市调公司 Reportbuyer 则在今年 3 月抢先出炉 2015 年车用半导体的市场估值,显示去年仍维持上升趋势、产值达 296 亿美元,惟成长幅度略下修至 5.7%,原因在于:1. 全球性通货紧缩导致日圆及欧元对美元汇率大幅贬值;2. 身为全球最大汽车市场的中国,成长动力有趋缓现象 (2015 年中国汽车市场预估仅微升 1%,今年可望回温至 2%)。与此同时,智能车的蔚为风潮,也为半导体及汽车电子带来新一波商机。然众所周知,汽车的产业生态十分封闭,有心进军车电领域的系统商,开发产品时需留意什么?且听前三大车用半导体领导厂商 (排除合并效应)——瑞萨、英飞凌和 ST 细说分明。
 
瑞萨:不同安全等级,车规验证及效能匹配落差大
Reportbuyer 进一步指出,2015 年微控制器 (MCU)、数字信号处理器 (DSP) 和绘图处理器 (GPU) 等车用处理器市场规模约 70 亿美元,其中,整体 MCU 市场由瑞萨抡元近 40% 份额。受惠于日本汽车产业的活跃,加上挟着日立制作所与三菱电机半导体事业部的扎实底蕴,瑞萨能笑傲车用半导体领域并不意外。该公司汽车应用营销部主任黄源旗表示,投入车电产品最难的部分在于获得车厂认证及采用时程极长,且须履行的保证条件既多且严;以传动轴为例,须经三个寒暑的冷热交替考验。
 

照片人物: 台湾瑞萨电子汽车应用营销部主任黄源旗
 
黄源旗透露,欧系车厂零部件多走专精化路线——由同一群供货商出货给不同车厂,日系则偏爱「集团化」方式,每家车厂多有固定配合厂商、甚至直接转投资子公司自己生产;不过好消息是:一阶 (Tier 1) 系统厂也希望源头能有更多选择,新进业者也非全然无机会;一旦顺利入选,产品的生命周期与获利会相对稳定。他并提到,车厂的惯例是三年一小改、五年才有一次大改款,同一条产线,可能横跨好几个世代车款,不像消费电子如此变幻莫测,但也代表业者要做出的「品保」(guarantee) 要更深远。
 

图1:瑞萨车用产品一览
 
再者,若还要顾及 ISO26262 等安全规范,单是流程导入就须花费半年至一年,到真正以电子控制单元 (ECU) 实现,最长还得再耗上两年时间,而后续各项验证费用也是不小的负担;之后往上跳一级费用就会翻倍,开发者须有完善的规划及准备。为迎合不同产品等级的开发偏好,瑞萨提供 RH850 (32位) / RL78 (16位) MCU、R-Car 系列单芯片 (SoC),以及多款模拟和功率组件供选择,可广泛应用在:动力传动机构、底盘安全、安全气囊、车身、汽车音频及仪表总成系统。
 
黄源旗说明,现在一辆车约有 60~70 颗 MCU,高阶车款动辄上百颗实属平常;选择适当的组件能降低故障率,而 I/O 控制器的功耗要够低,否则电瓶很快就会没电。有鉴于电子辅助转向系统 (EPS)、煞车系统及底盘系统特别重视高故障侦测率及短控制周期,主控端须保留 20% 效能做「自我诊断」;瑞萨 RH850整合错误检查与修正 (ECC) 功能,CPU采用锁步 (Lockstep) 系统,以两个 CPU 核心执行相同软件,再比较结果以侦测并修正错误。它采用 40 奈米制程、大幅降低功耗,支持单核/双核/多核架构以及「安全硬件扩展」(SHE)/「硬件安全模块」(HSM),以因应 ISO 26262 ASIL A 到 ASIL D 所需;其独家金属氮氧硅 (MONOS) 结构,则可加速读取数据。
 

图2:16位 RL78 只需一颗柠檬的微电量即可驱动,足以应付车窗、雨刷等车边控制所需
 
ST:借力龙头大厂,共生共荣
在谈 ISO-26262 安全标准前,通过美国汽车电子协会 (AEC) 针对 MCU、IC 等主动零件的质量可靠度所制订之 AEC-Q100 考核,可谓是基本入场券 (被动组件另有 AEC-Q200 规范)。ST 大中华暨南亚区汽车产品事业体营销经理王建田强调,包括 ST 在内的车用半导体供货商一定都会通过 AECQ-100 认证,采购这些合格组件,在日后将设计产品送验时较有保障;有些开发商为了省成本,可能会采用非车规组件,然后在产品设计完成之后再以「模块」形式申请认证,其实并非良策,可能因组件不够稳定而增加失败率。
 
王建田表示,ST 在引擎、电池、煞车、主动安全、车灯及车边控制皆执牛耳,公司营收有 70% 由动力系统贡献,其余 30% 来自于车载娱乐系统;且向来与汽车生态圈的成员交好,现今全球前十大车厂皆有采用 ST 芯片。他透露,与车厂的合作首重信任,ST 凭借在车用领域耕耘近三十年的深厚关系,能协助扶植优秀的开发商、将其引荐给车厂或 Tier 1 伙伴;回想当初先进驾驶辅助系统 (ADAS) 知名大厂 Mobileye 就是一开始便主动找 ST 合作,共同携手与车厂商谈视觉 ADAS 发展规格。
 

照片人物:ST 大中华暨南亚区汽车产品事业体营销经理王建田
 
之后双方持续深化合作开发EyeQ视觉驾驶辅助系统,现已发展至第三代,具有车道偏离辅助预警 (LDW)、主动转向头灯控制 (AHC)、交通标志辨识 (TSR)、雷达防碰撞、前车防碰撞警示 (FCW)、行人侦测及自动紧急煞车 (AEB) 功能;Volvo S60 系列轿车即撘载有 EyeQ2,而新一代处理器性能又较第二代再提升6倍、进而提高检测分辨率。EyeQ3 可从环景系统接收多任务摄影机的输出讯号,整合四个多线程 (multi-thread) MIPS32 核心和四个 Mobileye 向量微程序代码处理器 (VMP) 核心,妥善平衡「任务控制」和「数据处理」两大功能。
 

图3:目前已有多家系统商选用 Autotalks 技术,软件环境可与前一代产品兼容,客户可利用现有软件顺利升级到第二代系统
图档来源:
www.auto-talks.com/
 
在车联网方面,横跨多重应用领域的 ST 亦不落人后,与同为以色列公司的 Autotalks 推出第二代 V2X 终端专用芯片组,预计于今年 design-in,在 2017 年起生产的新车导入,让车厂更易于提供 e-call 等加值服务。新款芯片组采用先进的加密引擎,所有无线网络传输的讯息均通过验证,保证所需的安全讯息全部经过加密处理,并尽可能降低越权存取 (unauthorized access) 所引起的数据管理风险,为「自动驾驶汽车」(autonomous vehicle) 铺路。王建田认为,虽然自驾车要在 2020 年前上路难度高,但随着多款概念车陆续登场,对现有汽车产业会有引领升级的示范作用,将为外围产业带来新机会。
 
英飞凌:顺应风向,抢赚趋势财
同样与世界级车厂有着难以言喻的默契与承诺,加计早先西门子渊源,英飞凌 (Infineon) 投入车用电子领域已逾四十年,车用产品布局分为四大类:新能源 (xEV)、先进辅助驾驶系统 (ADAS)、车联网 (IoV) 以及安全防护 (Security)。英飞凌除了在通用能源首屈一指,在新兴 48V 动力系统亦名列全球第二——油电混合动力,电流较小、可使用较细电缆而降低车辆负重;该公司安全系统市场部经理刘山表示,在节能减碳及智能汽车的驱动下,对车用电子有正面帮助;而旗下 32位多核心 AURIX 微控制器系列,能提升引擎效能并降低二氧化碳的排放。
 

照片人物:英飞凌安全系统市场部经理刘山
 
另一方面,美国国家公路交通安全局 (NHTSA) 规定,2018 年所有出厂新车皆须全面标配倒车影像系统;而美国主要车厂日前已自主协议从 2022 年 9 月起,在美国销售的车辆须加装自动紧急煞车系统 (AEB)。英飞凌相当看好政策推动,对 24 GHz / 77 GHz 雷达尤具激励作用;刘山说明,一般光学摄影适用于城市道路或行人低速前进,但若是高速状态下,就非仰仗雷达测距不可;但两者其实各有缺憾——雷达无法辨识颜色、物体,而光学摄影在光线过强时会反光,所以有必要混合使用、互为表里,这就是所谓「ADAS Fusion」的概念。
 
此外,车厂为提振或维持销量,竞相希冀获得欧盟新车安全评鉴协会 (EuroNCAP) 肯定;除力拼拿到五颗星评价,在成人/孩童乘客安全、行人保护能力以及安全辅助系统的整体评比,亦须得到最高分数,方能从其他同级距的五颗星车款脱颖而出……这些举措,加上「自动驾驶」的推波助澜,势将智能车用组件及系统的销售;而英飞凌可提供完整产品线,包括:AURIX 微控制器系列、24 GHz / 77 GHz频段的测距雷达、霍尔磁感测/3D影像等强化ADAS效能的感测组件,以及面向车电系统「可靠度」(Dependability) 的安全功率芯片。
 

图4:英飞凌车用组件产品线
 
特别一提的是,为避免汽车或应用系统遭窃、伪造和侵入,AURIX 系列均「内建」可程序化的硬件安全模块 (HSM),采「嵌入式芯片卡」形式整合,透过加解密程序直攻 ISO26262 ASIL D 顶级安全层级;英飞凌主张,分离式硬件防护芯片设计,可有效抵御外来攻击,而具备 HSE 全硬件编码防护引擎,有助汽车 ECU 电路板的整合与防护。奥迪 (AUDI) 在2015 CES所展示的自动驾驶概念车Jack,内部 zFAS ECU 便是采用英飞凌 32位 Aurix多核心微控制器。
(责任编辑:jane)
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