汽車(chē)中出現的電子設備和系統越來(lái)越多,而它們也是汽車(chē)功能創(chuàng )新的驅動(dòng)力。
汽車(chē)廠(chǎng)商正在越來(lái)越多地使用電子系統和半導體集成電路用于汽車(chē)的各種應用,包括駕駛員信息和通信、車(chē)內娛樂(lè )電子設備、傳動(dòng)系和身體控制電子設備以及汽車(chē)安全和舒適設備。
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)機會(huì )。僅在西歐的汽車(chē)銷(xiāo)售量就達到了大約2.50億輛。據市場(chǎng)研究公司Research&Markets(研究與市場(chǎng))預測,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體集成電路。隨著(zhù)市場(chǎng)價(jià)值在2011年達到1.23億歐元(1.80億美元)和平均年增長(cháng)率達到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。
這個(gè)增長(cháng)率與全球汽車(chē)生產(chǎn)增長(cháng)率形成了鮮明的對照。全球汽車(chē)生產(chǎn)在預測期內的平均年增長(cháng)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(cháng)。這顯示了企業(yè)電子密度和復雜性日益增加的總趨勢。據德國ZVEI(德國電氣電子工業(yè)協(xié)會(huì ))組織稱(chēng),全球汽車(chē)微電子市場(chǎng)將增長(cháng)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(cháng)到335億美元。
汽車(chē)電子已經(jīng)成為汽車(chē)市場(chǎng)的主要差異化標準之一。在利潤明顯減少、銷(xiāo)售和生產(chǎn)增速下降、競爭更加激烈和汽車(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)域預計將推動(dòng)汽車(chē)電子的增長(cháng)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)機效率;傳統的機械系統向電子控制(所謂的“x-by-wire”系統和駕駛員輔助系統)過(guò)渡以提高安全性和減少功耗;增強個(gè)性化功能,如導航和通信系統;方便性和舒適性的日益增長(cháng)的需求;新興國家對汽車(chē)日益增長(cháng)的需求。
在這五個(gè)領(lǐng)域中,導航和通信系統以及提高汽車(chē)安全性的解決方案提供了提高半導體在汽車(chē)中應用的最大潛力。
中國汽車(chē)市場(chǎng)正在繁榮增長(cháng)。據市場(chǎng)研究公司iSupply稱(chēng),到2011年,中國的全球電子系統生產(chǎn)將是半導體消費量的一倍,達到184億美元。這種增長(cháng)的主要原因是國內輕型汽車(chē)生產(chǎn)對電子原件增長(cháng)的需求和許多全球汽車(chē)廠(chǎng)商正在把生產(chǎn)活動(dòng)轉移到中國。
來(lái)自美洲、歐洲、日本和韓國的國際汽車(chē)電子系統和組件供應商已經(jīng)開(kāi)始與中國公司建立合資企業(yè)。這些外國公司包括Delphi、Bridgestone和Bosch.在最近的幾年里,通用汽車(chē)公司已經(jīng)投資了3.50億美元在中國西南部的廣西壯族自治區柳州市的五菱合資企業(yè)總部建設一個(gè)現代的生產(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)戰略目前受到了汽油價(jià)格上漲和消費者口味變化的挑戰。消費者現在對環(huán)境保護越來(lái)越自覺(jué)。
此外,分析師預測,全球小型企業(yè)需求量在未來(lái)十年里將增長(cháng)30%.中國汽車(chē)市場(chǎng)去年增長(cháng)了25%.中國已經(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800萬(wàn)輛,其中包括微型卡車(chē)和微型汽車(chē)。由于中國每100人的汽車(chē)擁有量為10%,而美國和西歐每100人的汽車(chē)擁有量是80%,因此,中國的增長(cháng)潛力是巨大的。據研究公司ACNielsen稱(chēng),中國希望擁有一輛汽車(chē)的人比其它任何國家都多,但是,他們現在還不想購買(mǎi)汽車(chē)。中國的汽車(chē)組件行業(yè)到2009年將增長(cháng)到580億美元,平均年增長(cháng)率為15%.中國的國內生產(chǎn)肯定能夠滿(mǎn)足國內對汽車(chē)部件日益增長(cháng)的需求。到2011年,半導體消費預計將增長(cháng)到28億美元。這比2006年接近15億美元的市場(chǎng)規模擴大了近一倍。據市場(chǎng)研究公司Research&Markets稱(chēng),這將使中國成為全球增長(cháng)速度最快的汽車(chē)電子市場(chǎng)。這篇報告稱(chēng),到2012年,中國每輛汽車(chē)平均使用的電子原件價(jià)值將從2003年的300美元增長(cháng)到500美元。
平均每輛汽車(chē)在30個(gè)不同功能的電子系統中集成70至100個(gè)處理器。這些電子系統包括發(fā)動(dòng)機控制、傳動(dòng)系、車(chē)身電子系統、安全、娛樂(lè )和防盜系統等。用于汽車(chē)的半導體設備包括微處理器(通常采用PowerPC和ARM架構)、8、16、32位微控制器、DSP(數字信號處理器)、可編程邏輯設備、接口芯片、開(kāi)關(guān)、ASIC、系統級封裝芯片、內存集成電路、電阻、電容、電感、微電機系統、光電組件和許多傳感器。據市場(chǎng)研究公司StrategyAnalytics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2600萬(wàn)美元。
在未來(lái)的汽車(chē)電子電路中,對于準確、閉環(huán)、實(shí) 時(shí)控制和要求處理大量的來(lái)自多個(gè)傳感器的數據等需求將日益增長(cháng)。配置執行器的系統(如用于自適性前照車(chē)燈的系統)也有大量的半導體元件。特別是微電機系統代表了一種非常有潛力的技術(shù),可用于安全氣囊、穩定性控制、輪胎壓力監視、發(fā)動(dòng)機氣流控制和乘員檢測系統等各種汽車(chē)系統。市場(chǎng)研究公司n-Stat/MDR預測,平均每輛汽車(chē)至少使用10個(gè)微電機設備。這種微電機設備的市場(chǎng)總價(jià)值為15億美元。其它新興的應用包括遙控無(wú)匙進(jìn)入(PKE)系統的生物傳感器和用于多媒體顯示的光學(xué)微電機系統。例如,日立去年推出了一種手指靜脈識別技術(shù),駕駛員在抓住方向盤(pán)的幾秒鐘之內就能夠驗證駕駛員的身份。日立公司預測,到2010年,手指靜脈識別傳感器將開(kāi)始取代傳統的基于鑰匙的汽車(chē)點(diǎn)火裝置。關(guān)于虛擬化解決方案,對于更大尺寸的顯示屏和觸摸屏的需求將日益增長(cháng)。這些顯示屏包括從6.5英寸至8.8英寸的那只汽車(chē)導航顯示屏和從3.5英寸至4.3英寸的單獨的個(gè)人導航設備將增大到4.8英寸至5.2英寸。
汽車(chē)中使用的視頻攝像機的數量也將顯著(zhù)增長(cháng)。這些視頻攝像機將用于巡航控制、避免碰撞或者視頻監視等應用。包括夏普在內的許多公司正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)中的視頻系統。汽車(chē)視頻攝像機還將提供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。據市場(chǎng)研究公司StrategyAnalytics稱(chēng),2008年全球汽車(chē)視頻攝像機出貨量將達到700萬(wàn)臺,銷(xiāo)售收入將達到大約4000萬(wàn)美元。與集成在手機中的視頻攝像機有關(guān)的市場(chǎng)將擴大50倍。然而,汽車(chē)應用的更嚴格的要求將使這個(gè)市場(chǎng)成為一個(gè)非常盈利的邊緣市場(chǎng)。
LED在汽車(chē)中的應用,特別是在尾燈的應用,大約占整個(gè)市場(chǎng)的大約10%.與白熾燈系統相比,基于LED的照明系統以高效率、使用壽命長(cháng)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)內部的照明應用。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)目前的規模是7.40億美元,預計在2010年之前的復合年增長(cháng)率為14.2%.集成電路在汽車(chē)安全中應用的增長(cháng)趨勢是最高的,其次是車(chē)體和車(chē)箱,這兩項應用的增長(cháng)率為9.8%.在這些方面,需要準確、閉環(huán)、實(shí)時(shí)控制和要求處理大量的來(lái)自多個(gè)傳感器的數據,以便使汽車(chē)更安全、更省油和尾氣排放更環(huán)保。
汽車(chē)電子的最重要的應用是車(chē)身電子產(chǎn)品,其2007年的市場(chǎng)規模為44億美元,占整個(gè)市場(chǎng)的26%.在2013年,這個(gè)市場(chǎng)將達到80億美元。用于發(fā)動(dòng)機控制的電子系統從2007年至2013年的復合年增長(cháng)率為5.7%,2013年的規模將從2007年的50億美元增長(cháng)到70億美元。這種需求強烈地表明處理計算能力要滿(mǎn)足日益嚴格的性能要求。依靠查看表格的系統將向基于模型的管理大量數據的平臺轉變。例如,噴油控制是以若干因素為基礎的,包括歧管壓力、電池電壓、發(fā)動(dòng)機速度、油門(mén)位置和尾氣氧含量。一輛汽車(chē)代表了電子設備應用的非常嚴峻的環(huán)境,因為有振動(dòng)、溫度的變化(可能在零下40度至零上150度之間)、有燃油、嚴重的電磁場(chǎng)(達到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、突然負載變化和可能的短路等。汽車(chē)環(huán)境要求電子設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)電子組件的測試要按照AEC-Q100評測流程和ISO-TS16949技術(shù)規范進(jìn)行。這個(gè)技術(shù)規范是國際汽車(chē)任務(wù)組制定的。
在汽車(chē)信息系統中,必須共存重要任務(wù)層和方便層。前者控制發(fā)動(dòng)機,后者提供工具(如電子窗)。后者雖然對于安全不是非常重要,但是必須要一直工作。隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)努力減少芯片設計中的故障,這將推動(dòng)新的集成電路和電子系統設計方法的需求。需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)是一個(gè)電子系統,作為重要安全部件、方便層和遠程信息處理系統等組件的接口。
據市場(chǎng)研究公司Databeans稱(chēng),飛思卡爾半導體是全球汽車(chē)半導體市場(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體的功能的應用和降低成本。這些方法包括系統開(kāi)發(fā)商與半導體公司之間更密切的合作、整個(gè)行業(yè)范圍的采用軟件標準、以及保護知識產(chǎn)權。采用汽車(chē)電子系統還需要在系統級設計方面有廣泛的經(jīng)驗。這些經(jīng)驗可以通過(guò)戰略合作獲得。這種合作的一個(gè)例子就是飛思卡爾半導體與意法半導體之間兩年前開(kāi)始的合作。這兩家公司最近推出了他們的聯(lián)合設計計劃所產(chǎn)生的首批四種汽車(chē)電源架構微控制器產(chǎn)品。
意法半導體和總部設在荷蘭的Mobileye為汽車(chē)行業(yè)基于視覺(jué)的高級駕駛員輔助系統共同開(kāi)發(fā)了EyeQ2系統芯片。去年3月,英飛凌和汽車(chē)廠(chǎng)商現代汽車(chē)公司在首爾開(kāi)設了一個(gè)聯(lián)合技術(shù)創(chuàng )新中心,長(cháng)期戰略性地共同開(kāi)發(fā)應用在現代公司汽車(chē)以及在2010年上市的Kia汽車(chē)中的汽車(chē)電子系統和架構。Delphi正在與英飛凌制定一個(gè)共同開(kāi)發(fā)的項目。這個(gè)項目以英飛凌的XC2200系列微控制器為基礎,采用Autosar標準。
行業(yè)聯(lián)盟也是開(kāi)發(fā)充分的汽車(chē)電子系統的關(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(英國汽車(chē)工業(yè)軟件可靠性協(xié)會(huì ))、AMI-C(美國汽車(chē)多媒體接口協(xié)會(huì ))、ERTICO(歐洲道路運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在1991年創(chuàng )建的。Autosar(汽車(chē)開(kāi)放系統架構)和Jaspar(日本汽車(chē)軟件平臺架構)是推廣網(wǎng)絡(luò )接口標準化以及企業(yè)應用程序軟件模塊的組織。由IBM發(fā)起的開(kāi)源軟件Eclipse團體的成員包括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。