开辟半导体新蓝海市场 智能车引爆多元电子元件需求

　　车联网风潮扩大蔓延，让各种车用电子元件更加受到产业界重视。随着智慧车不断提升联网及安全功能，包括感测器、MCU、DSP、FPGA，以及各种无线通讯、雷达，甚至是非挥发性记忆体，需求皆将明显增温。

　　开辟半导体新蓝海市场　智慧车引爆多元电子元件需求

        汽车运输业因各国节能减碳、道路安全等政策推动，可望成为2015年物联网应用的前三大垂直产业之一。

　　智慧汽车市场热烧　挹注车用电子需求

　　以成长率来估算，汽车业将是成长最快的物联网应用，2015年市场成长率可望高达96%。以2014年全年来看，由于高阶和平价新车款采用的IC数量皆稳定增长，车用IC市场产值已达217亿美元，较2013年提升15%。

　　近年物联网兴起而推动的数位技术变迁，加上云端、行动、社群与资讯等“力量的连结（Nexus of Forces）”，预期2015年将驱动智慧汽车产业大幅成长。未来的智慧车系统，系统里的车辆能直接即时互相通讯，遇到交通误点事件也能向驾驶显示预先警告，或者允许一位驾驶同时控制多部车辆，也能引导车辆绕过危险的道路状况等。

　　以上这些都属于“智慧化运输”的概念。虽然智慧型手机应用程式（App）能够显示交通壅塞的通知，但从交通开始壅塞到驾驶接获通知，中间必然存在时间误差。

　　而未来的汽车对汽车（Vehicle-to-Vehicle， V2V）和汽车对基础设施（V2I），都能够让车辆间可以直接通讯，而且只有少许的时间延迟，即使事件仅发生在数百公尺的远方，也能够即时警示驾驶人，引导驾驶人可以预先获知资讯改道，并且顺利前往目的地。

　　各国政策与消费者意向均带动了智慧化运输之资通讯服务（Embedded Telematics Services）的需求（表1）。

　　

　　通讯/半导体科技结合　推动ADAS市场成长

　　随着各国通讯基础建设逐渐成熟，以及射频（RF）半导体技术的精进，车载资通讯半导体供应商也加紧开发从Sub-GHz∼79GHz以上（5G mmWave等频段的元件，如图1），其中5G毫米波（mmWave）具有超快速反应移动性（Mobility）：∼350Km/h、低延迟：∼20msec，且稳定度超高（Data Error Rate：∼10-9）；定位系统精确度也提升至误差少于0.1m。而最重要是可应用超低价感测器与低成本建构的基础建设。

　　

　　图1　车用通讯之相关频段

　　用在智慧装置惯性元件（Inertial）、制动器（Actuator）等之低成本半导体制程，也进展得十分快速，而且有带动车规半导体相关应用加速之趋势，如汽车中应用相当多的电子控制单元（ECU），分别在各汽车系统中扮演重要角色，例如动力总成、车身控制、车载资讯娱乐等，因此未来智慧车的半导体市场可望维持稳定成长。

　　此外，各国政府日益重视环保与交通安全，在政府明订车辆安全法规以及消费者需求的带动下，例如北美法规要求配备倒车摄影机，预防驾驶从车库或停车场倒车时不小心伤害行人（尤其儿童）安全。类似的安全法规未来预期也将用于规范汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）。

　　未来智慧车辆还可建立起V2V网路，也可与道路交通监控站建立起V2I网路；透过交换方位、速度和位置等匿名的车辆资料，V2V允许车辆运用其他车辆的相对方位，侦测来自360度方位的风险与危机（例如360度3D Around View Monitor System等），在计算风险之后对驾驶人发出建议或警告，或者直接采取预防行动，以避免或减轻撞击伤害。

　　V2I通讯为车辆与高速公路基础设施之间，以无线方式交换重要的安全和运行资料，主要用于避免或减轻车辆的撞击。V2I通讯可将路网（Road Networks）转换成智慧型基础设施，透过演算法的整合，运用车辆及基础设施之间的资料交换来执行计算，事先辨识出高风险的状况，接着再藉由特定的反制措施来提醒或警告驾驶人。

　　此外，汽车并得以自动感知周遭的交通状况，如果驾驶人在开车期间分心，智慧系统将能建议正确的驾驶行为，或完全掌控状况。

　　ADAS 系统的V2I功能亦能提供许多其他的安全性、移动性和环保等附加优势，同时提升长途驾驶人之舒适度。ADAS所采用之传感技术包含摄像系统 （Camera）、雷达（Radar）、声纳（Sonar）、红外线（IR）及光达（Lidar）等。ADAS之传感技术全球市场产值预测如图2所示。

　　

　　图2　2013∼2020年各类ADAS感测器出货量分析

　　联网/安全需求将加速推动先进车规半导体应用

　　智慧车系统基本须具备“联网”与“安全”功能，因此带动全球的汽车嵌入式资通讯联网服务（Embedded Telematics Services）市场，预期全球市场需求至2020年的年复合成长率（CAGR）将超过20%，其中，资讯娱乐系统应用在车用记忆体解决方案的市场中，占了最高的比重；而2015年之后于安全驾驶和环保应用也有呈指数成长的潜力。

　　预期到2017年全球将有60%的新车加入“联网”行列，这些汽车都能直接连线外部网路，存取并处理各种资料。汽车将透过云端运作，存取车内和外部资料，而这些应用程式都需要记忆体（RAM/OTP/eFlash等）。

　　在 2020年以前，智慧汽车产业将持续在物联网半导体需求方面持续扮演着重要角色，并推升嵌入式记忆体（eNVM）MCU、新兴的5G毫米波通讯、MEMS 传感器、Wi-Fi/蓝牙（Bluetooth）/GPS多功能组合晶片（Combo Chip）、WiGig射频、汽车雷达Radar/ITS、类比前端模组（Front End Module）、类比混合讯号（Analog Mixed-signal）等车规半导体出货量（图3）。

　　

　　图3　车规半导体之类别

　　其中，基于各国行车安全规定，再加上市场对汽车便利与无人驾驶功能的需求，逐渐带动汽车中新型半导体元件的大量需求，连带地汽车记忆体的重要性也将大幅攀升。

　　2015年之后，“联网”与“安全”驾驶市场的记忆体成长率或将快速超越资讯娱乐市场应用之记忆体。除了各种资讯娱乐之外，安全性及环保App，也使得专属的记忆体装置对于汽车来说越来越重要。

　　未来随着ADAS与V2V通讯应用快速发展，汽车电子系统须处理的资料量正与日俱增，不仅需要更高效能的处理器或微控制器（MCU），亦须搭配高容量密度且低功耗的先进记忆体方案，方能达到最佳运作效能。

　　记忆体解决方案对于联网汽车极为重要，因为记忆体内储存了ADAS、资讯娱乐和环境系统函式所有的基本程式码，以及所有参数和处理的资料。因此，解决方案必须具备最高等级的可靠性、高密度、高速和高效能，还有低耗电量。

　　在许多新应用的频宽需求带动下，4Gb以上密度的第三代双倍资料率（DDR3）记忆体等高效能动态随机存取记忆体（DRAM），也有需求不断上升之现象。现今已经普遍用于微控制器晶片内的DRAM，已经不足以支援汽车应用、软体和多媒体资料的储存需求，因此，还必须需要专属的DRAM和快闪记忆体元件。

　　管理型NAND装置（如eMMC记忆体）和高密度管理型NAND装置（如SSD）拥有全新的特色与功能，将为联网汽车的记忆体应用注入新动力。ADAS系统与智慧型车辆通讯网路类似，须仰赖各种不同的电子技术而运作；除了感测器，举凡讯号处理元件和影像辨识引擎等应用，均会占用大量记忆体，使得挥发性和非挥发性记忆体的需求呈现爆炸成长。

　　非挥发性记忆体的需求不断提升，因为可用来储存安全认证。V2I和V2V应用本身即能透过无线连线存取，因此可能会遭到窜改或破解，采用认证的通讯方式，则可以化解这项最主要的疑虑。

　　而为了储存安全认证，防止无线连线遭到窜改，对于高密度（1G∼4GB）内建Flash NAND的需求也随之兴起；其中，单层式储存（SLC）NAND Flash是最理想的选择。 对于需要4G∼6GB储存空间的应用来说，嵌入式多媒体记忆卡（eMMC）模组则是最适合的选择。

　　而诸如三维（3D）地图、路况监控和气象报告，以及汽车收音机、紧急救援系统（eCall）和语音辨识之类的导航与资讯娱乐应用等，也全部都需要大容量的非挥发性记忆体，其中eMMC记忆体由于采用了管理型NAND架构可以大幅地降低中央处理器（CPU）的负载，因此也是最为适合这些应用类型。

　　车用eMMC嵌入式记忆体架构另采用特殊功能，以达到汽车产业的需求，例如eMMC封装包含专用的测试板，可用于故障分析。

　　使用这些测试板，测试系统就能直接存取模组内的NAND元件，而不用透过控制器传送资料，也得以针对整个记忆体组进行全面且完整的检查。汽车eMMC装置其他的主要优点，包括电力中断保护和智慧功能，可选择在现场完成韧体更新，于每次须要升级时替系统节省成本。

　　以美光（Micron）的eMMC记忆体解决方案为例，其整合式的16位元NAND控制器不只可处理更沉重的管理负载（相较于独立型NAND元件），同时也将记忆体最佳化。未来NAND控制器将提升至32位元，甚至可能嵌入在eMMC模组内。过去高阶车款所采用的记忆体元件平均价值约为12.8美元，低价车款约为2美元；而以现阶段来看，某些配备完整的高价车款所采用的记忆体元件已经达到100美元以上的价格。

　　此外，未来随着5G毫米波技术进展，V2V、V2I等通讯将更为成熟。而先进微控制器（MCU eNVM/Flash）/数位讯号处理器（DSP）/现场可编程闸阵列（FPGA），再搭配无线传感器网路（Wireless Sensor Network）等应用，来达成远程监测（Remote Monitoring）也是未来可能发展的趋势。

　　存取车内和外部资料的应用程序，带动了联网汽车的发展，而这些都将需要下世代5G/毫米波技术，将开辟新的使用案例和应用程序。如图4为下世代5G毫米波之一种范例电路架构。

　　

　　图4　下世代5G通讯所采用之毫米波电路技术架构图

　　抢进新蓝海市场　半导体商力攻车规方案

　　因为全球新兴的5G通讯毫米波技术发展，汽车电子元件对于更高频宽的需求正不断成长中。转型中的智慧汽车电子元件之半导体，可归纳为两大市场，法规强制安全系统的半导体需求，以及半自驾和全自驾车的车用半导体需求。

　　而车用雷达就是其中一种重要解决方案组成之一，但是该解决方案的系统有下述技术要求，比方说更多的雷达节点（前方、侧方和后方），更高层次的整合度（与车载MCU和DSP、FPGA等整合）。

　　据了解，现阶段在汽车雷达市场当中，主要可以分割成几种主要的应用，包含24GHz短距雷达（Short Range Radar， SRR）、79GHz短距雷达，以及77GHz长距雷达（Long Range Radar， LRR）等。

　　能跨越车规门槛之供应商才可望进入此新蓝海市场，如表2所示为下世代5G/毫米波技术之全球供应生态系。

　　

　　另外，针对下一代的5G无线技术，车用市场需求将是追求高频宽、短距/中距离通讯，以支持高传输数据速率内容。

　　其中包含免压缩之高解析视频（HD Video）、周边物联网装置（IoT Device）元件，以及其他相关机器对机器（M2M）应用。

　　5G将会带来新的网通/装置或元件讯息之管理方法与分析（Analytics），包括脉络讯息处理（Contextual Processing）、云计算（Cloud Computing）及传感器网路。

　　其中，通讯架构之创新将在元件成本和效能方面担纲重要影响角色，其中性能方面须特别注意干扰（Interference）、失真（Distortion）和负载错配（Load Mismatch Handling）的处理等。

　　供应商要进入市场决胜之关键在于能否在时限内，提供差异化的射频效能，以及射频应用的全频谱。

　　此外，为了真正能够达成设计实现，也将更为需要丰富的矽智财生态系统（IP Ecosystem）来降低风险与客制化支持。比方如表3所示，为智慧车用半导体之矽智财使用范例。