行业洞察 I 自动驾驶与汽车半导体的未来之路

在经历了去年一年如火如荼的全球自动驾驶商业化竞赛之后，无人车的热度在今年丝毫未减。十四年前，在2004年DARPA的120英里“大挑战”中，自动驾驶汽车还无法在莫哈韦沙漠中行驶十英里，无人车也并不是一个引人注目的话题。而今，自动驾驶技术正在将汽车产业推入一个全新的时代。

汽车半导体

汽车半导体领域对行业的吸引力既有需求方面也有供应方面的原因。

需求方面是自动驾驶辅助系统（ADAS）和最终的自动驾驶需求对半导体的要求有很大的变化。从历史上看，汽车半导体是在十年前的制造工艺中制造出来的，这些制造工艺采用大量特性数据、模拟技术和小型微控制器；而今后的加工需求将采用先进制造工艺（例如16nm和7nm FinFET）进行制造。供应方面则是整个半导体行业的年复合增长率为5.2%，汽车行业的年复合增长率为10.6%，是半导体行业的两倍；而自动驾驶硅片行业的年复合增长率为23.6%，更是后者的两倍。这意味着到2022年，每辆汽车的半导体平均价值将从目前的$250美元翻一番，达到$600美元。预计随着自动驾驶汽车等级的部署，这一数字更将增加两倍。

这将导致汽车行业结构的重组。去年的汽车电子行业大会上，几乎所有公司都有一个上述图片的自家版本。从历史上看，像福特、丰田和宝马这样的汽车原始设备制造商（OEM）会与博世（Bosch）、电装（Denso）和大陆集团（Continental）这样的一级汽车供应商（tier-1s）打交道；而这些tier-1s则与各半导体公司合作（汽车行业的大公司有NXP、英飞凌、Renasas、STM和TI）。尤其值得一提的是，OEM制造商与半导体公司并没有真正的合作关系，也不懂真正的半导体设计（甚至没有创建自己的软件）。

然而现在，一切都在改变。OEM制造商意识到，他们需要拥有至少一部分自己的硅片及大量的软件，否则他们的汽车将无法从市场上脱颖而出。这类似移动领域的转型，从苹果（Apple）开始，市场领导者都意识到，他们至少需要自己的应用程序处理器。Tier-1s则需要更深层次的半导体合作关系，否则就会在这一链条中被忽略。

上文讨论了需求方（汽车）和供应方（半导体），表明双方都需要对方。但其实还有更深层次的问题。各汽车公司不具备在先进工艺中设计高性能SoCs的经验。但半导体行业也没有在高性能SoC方面为汽车提供可靠性的经验。这对双方来说都是一个学习的过程。

因此，这样的大变革就吸引了新的进入者。许多风险投资公司投资了新的参与者，并竞相创建有效的解决方案。同时如上图所示，OEM制造商和tier-1s都在寻求自己的SoCs，而像NVIDIA和Intel、Mobileye这样的公司则提供标准解决方案。

传感器

自动驾驶的一个关键技术是让车辆“看见”，目前有三种主要方式：

• 视觉：为带有（典型）CMOS图像传感器的手机开发的一种照相机

  
  

• 雷达：它有一个很大的优势，即可以在黑暗中、雨、雾、雪中以及视觉很差的其它情况下“看见”

  
  

• 激光雷达：利用激光脉冲来建立车辆环境图像。这些是安装在第一代测试车辆顶上的大型旋转装置，但要想实现大规模部署，激光雷达则需要成为固态电子器件

传感器融合也许将是下一代的技术，它指的是将所有传感器信息结合起来，得到一个关于汽车周围情况的单一图像，作为决定下一步行动（继续开车、转弯、刹车等）的第一步。

通信

汽车需要通信；至少地图资料和路况数据需要从云端上传到车辆上。这就需要网络连接，也被视为5G技术的驱动因素之一，因为5G具有高带宽和低延迟。但是即使网络连接失败或发生拥堵，通信也需要正常运行：我们不能回到云端然后再返回来判断交通信号灯是否为红色。

因此我们还有其它潜在的通信形式，即V-2-X。X通常是V-2-V（车辆对车辆）中的另一个V，此时车辆可以向其它车辆发出信号，警示路况、盲点、十字路口等等。基础设施的另一种选择是V-2-I（车辆对基础设施），此时交通信号灯等物体可以与车辆通信，从而更智能地决定何时该变换红绿灯，或者向车辆发出信号，告知接下来的举动等等。

目前关于通信有三种模式：

• 集中式：自动驾驶汽车将始终保持连接，许多协调工作将在云系统中以集中的方式完成。

  
  

• 自含式：汽车将包含所有自动驾驶所需的传感器，这种连接只用于对时间不敏感的路况更新等状况。无需与政府进行合作（除去法律和法规所要求内容）。

  
  

• 自含式和V-2-X：所有V-2-X内容都需依靠传统汽车工业和政府机构合作驱动（尤其是在欧洲）。但这一切可能会被前两项超越：当交通信号灯可以与车辆通信时（仅在美国就有大约100万个），车辆就会读懂交通信号灯，甚至还能读懂行人穿行时的倒计时信号。

等级

汽车工程师协会（SAE）为自动驾驶能力定义了5个等级（如果计入第0层-完全不属于自动驾驶，则一共有6个等级）。这些等级为：

• 第0层：手动控制

  
  

• 第1层：驾驶员助理

  
  

• 第2层：部分自动驾驶（无需脚控）

  
  

• 第3层：有条件自动驾驶（无需手控）

  
  

• 第4层：高度自动驾驶（无需眼控）

  
  

• 第5层：完全自动驾驶（无需脑控）

目前大多数的汽车属于第1层。带有车道跟踪和自动紧急制动（AEB）功能的汽车属于第2层。第一个真正的“自动驾驶” 存在于第3层中。第5层（完全自动驾驶）的条件极为苛刻（想象一辆不再需要方向盘的汽车），未来还有很长一段路要走。

来源：Cadence楷登PCB及封装资源中心