智慧車、電動車與自駕車、以及智慧運輸系統(ITS)等發展,為全球汽車電子與車用半導體帶來龐大的商機與前景。為連結微電子及汽車產業,探索更智慧、更安全、更節能的未來汽車趨勢與商機,在2018年國際半導體展(SEMICON Taiwan)期間,由國際半導體產業協會(SEMI)主辦,台灣車聯網產業協會(TTIA)協辦的「智慧汽車國際高峰論壇暨展示會」,邀請國際車廠、Tier 1汽車零配件供應商,以及半導體、感測器製造設計廠商分享驅動智慧汽車產業發展的關鍵技術演進。
安全可靠擺第一 感知技術重要性大增
根據WHO統計,每年約有1.25億人死於汽車事故,其中九成是人為錯誤因素所造成;因此,安全將是未來移動載具發展的重要基石。聯網(Connect)、資訊交換(Exchange)及深度學習(Deep Learning)等技術研發,將幫助零事故願景的實現。台灣賓士(Mercedes-Benz)公共關係部協理陳允若表示,有鑑於全球都市化程度愈來愈高,交通問題日趨嚴重,朝移動服務供應商的商業模式發展,而不再只是扮演傳統的汽車製造商,將是汽車製造商持續保持領先地位的轉型關鍵。
未來5-10年,Level 2到Level 3的自駕車功能將會爆發成長,將為感測器和攝影機製造商帶來龐大商機。以攝影機為例,不單是安裝在車身外部的需求會顯著成長,汽車內部的攝影機安裝需求也會大幅攀升。但要實現自動駕駛的願景,仍有許多面向需要克服。北美最大汽車零配件製造商麥格納(Magna)台灣營運經理羅安森(Robert F. Brown)提出自駕車輛的發展面臨五大挑戰,包括對環境的感知(Perception)、數據的評估(Assessment)、靈敏的車內控制(Control)、車內外通訊(Communication),社會與個人的期望(Expectations),唯有充分解決這些課題,才能使自駕車廣泛普及。
人工智慧的廣泛運用將大幅提升電子裝置的可靠性,顛覆汽車電子產業供應鏈。
2018年7月被可編程閘陣列(FPGA)大廠賽靈思(Xilinx)收購的深鑒科技(DEEPHi)商務副總裁劉竟秀分析,自動駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛(Automated Driving)系統的成長前景可期,但兩者所牽扯的技術層面相當複雜、無標準可循,並且介面選擇多樣,加上各種感測器搭配AI演算法後,數據處理量急遽增加,使得現今運算平台已不足以應付,急需效能更好、彈性更高的可適應性晶片平台如FPGA,來提供更充足的運算效能,以實現更多創新應用,同時達到更好的安全性。
V2X/資安技術助陣 自駕車安全更有保障
除了感知相關的技術發展, 5G佈局的成熟也將為各領域產業注入一股強勁的創新驅動力。美國高通科技(Qualcomm Technologies)技術副總裁李維興認為,5G將成為統一的聯網架構,除了行動寬頻效能會不斷提升外,亦將促成各種關鍵任務(Mission-critical)服務,以及大規模物聯網(Massive IoT)應用的實現。其中,基於5G NR標準的C-V2X技術更是專為自駕車應用所打造。
李維興解釋,C-V2X是指車與車(V2V)、車與基礎設施(V2I)、車與行人(V2P)、車與網路(V2N)間的通訊技術,使用如5.9GHz的ITS頻段,可實現無須經由蜂巢網路的直接通訊,延遲性相當低,可藉以提高自駕車安全性,為未來自駕車建立了安全使用案例和持續演進的基礎。
自2008年創立之初即聚焦V2X技術發展的以色列晶片商Autotalks也近一步指出,V2X技術是實現自駕車安全不可或缺的技術,目前日本豐田(Toyota)已有十萬輛汽車車主願意額外付費來搭載V2X設備;此外,美國、歐洲及中國大陸,也都開始積極展開V2X推動與部署。該公司亞太區業務發展與行銷副總裁Ram Shallom表示,V2X基本上是要了解前方路況,它是一種非直視性的感知技術,可用來感測物體並預測前方可能發生的碰撞或安全事件。他強調,V2X是一種在各種情況下都很可靠的感測技術,並非是其他車用攝影機、雷達或光達的備用(Redundant)技術,而是用來互補其他感測技術所獲取不到的資訊。
除了用路人與車輛行駛安全的課題外,自駕車的發展也引發資訊安全的危機。意法半導體(ST)大中華暨南亞區車用資訊娛樂系統、儀表及ADAS行銷經理Alexandre Da Rocha剖析,汽車聯網後雖帶來許多好處,卻也帶來新的風險與威脅,包括汽車資料被未經授權人士所操控、服務與網路接取中斷(Corruption)、裝置被駭或被仿造,以及使用者資料損壞等,因而使得資訊安全問題日益受到重視,無論是資料的完整性與保密性、資料傳輸和儲存的保護、連結網路的安全性,以及平台完整性的確保,皆是必須考量的環節。
Da Rocha進一步談到,聯網汽車實作安全的目標有三,一是乘客的安全:透過預防裝置被複製、確保裝置安全性,來保證車輛正確運作;二是資料的隱私性:防止資料損壞或被竊聽,以確保敏感資料和金鑰不會被操控;三是軟體更新:阻擋未授權的韌體與軟體,以確保遠端連結與管理的安全性。
車用感測百花齊放 光達雷達備受矚目
Yole Développement技術工程開發總監Jérôme Azémar則分析感測技術於汽車和先進駕駛輔助系統(ADAS)之發展並指出,汽車市場將持續成長,以全球輕型車(Light-vehicle)市場為例,其2019年的複合年均增長率(CAGR)將會上升3%,且朝兩大趨勢發展,分別是自動化(Automation)和電氣化(Electrification)。而這兩大發展將會驅動感測器持續成長,像是影像感測器、偵測型感測器(Detection Sensor),以及負責管理電源系統的感測器等;而目前用於汽車內的感測器依功能區分主要分三大類別,分別是汽車動力/引擎(Powerchain/Engine)管理、舒適度(Comfort)與安全(Safety)。Yole Developpement也預測,光達市場將在2022年達到16億美元規模,並進一步在2032大幅成長至315億美元,可說是自駕車上裝載的感測器中最具成長潛力的一種。
發展自駕車分成Level 1~Level 5共五個階段。Level 1為輔助駕駛(Assisted Driving),Level 2為局部自動駕駛(Partial Automation),Level 3為有條件的自動駕駛(Conditional Automation),Level 4是高度自動駕駛(High Automation),最後Level 5則是全自動駕駛(Full Automation)。Quanergy執行長與聯合創始人Louay Eldada表示,目前產業已發展到Level 3階段,Level 4預估在2021~2022期間實現,至於Level 5則需等到2025年之後;而光達在其中扮演很重要的角色,其中,固態光達(Solid-state LiDAR)相較於傳統機械式光達,成本、功耗更低,且性能和可靠度更高,因此會是未來發展重點,目前已有車廠嘗試將固態光達內建在汽車的車頭燈之中。
Cepton Technologies首席執行長裴軍進一步解釋,光達首次使用是在1960年代,當時安裝在阿波羅11號飛船的雷射測距儀,主要功能是測量從地球到月球的距離。而用於汽車的光達,其應用設計也從照明、方向偵測逐漸轉向影像偵測;針對車用光達的效能,有幾項需求,分別是:能夠在日光下運作、能夠偵測輪胎(在10%反射光情況下),以及在200公尺的距離能分辨成人與小孩;還有快速的反應時間(須低於0.1秒)。針對汽車應用市場,目前許多光達供應商皆積極布局並可說準備就緒,提供無縫整合的解決方案。
除光達之外,聯發科智慧汽車業務部門資深總監Chih-Ming Hung則在演講中指出,未來的自動駕駛汽車需更安全,更潔淨(Cleaner)、讓消費者更負擔得起(也就是具備高科技技術但低成本)、具行動連結(Connected Mobility),以及新興服務(像是Mobility as a Service, MaaS)。而隨著自動駕駛快速成長,對於感測器的需求也持續攀升,也因此,不易受環境影響的汽車雷達備受產業關注,雷達可說是自動駕駛發展的關鍵技術,而雷達技術預期將隨著SLAM、完整偵測(Perfection in detection)與認知等功能加速發展。
TechSearch International執行長E. Jan Vardaman則指出,自動駕駛發展帶動雷達需求上升,而目前24GHz~77GHz的雷達有多種封裝方式,大部分是採用四方平面無引腳封裝(Quad Flat No leads, QFN),部分採用覆晶晶片尺寸級封裝載板(FCCSP)、晶圓級晶粒尺寸封裝(WLCSP),或是裸晶(Bare Die)。不過,隨著自動駕駛快速發展,雷達的性能也須更加提升,連帶使得封裝也遭逢了許多挑戰。像是要結合多種相似封裝的感測器以滿足其他應用,例如雷達、攝影機和光達,這會使得以往常使用的封裝製程,在設計時產生差異;又或是須考量到客戶特定的需求,像是對於溫度、環境等,都會產生不同的品質標準;另外可靠度是自動駕駛很重要的關鍵,相關的部件也會有新材料的需求,也因而可能需要新的封裝技術。
最後,自駕車的感測跟聯網功能之下所產生的大量數據傳輸處理需求也帶動NOR Flash快速成長。旺宏電子高級市場總監Anthony Le表示,過往汽車對於NOR Flash的需求多是在廣播(Radio)、車載資訊娛樂系統、車載資通訊(Telematics)與導航系統等。然而,隨著人工智慧與感測器逐漸導入自動駕駛之中,像是自駕車需要更智慧的雷達/光達,以及每個車上還須加裝數個攝影機,為此,感測器融合也愈加重要,才能處理龐大的數據資訊,同時車子又須具備聯網能力;而要達到Level 4或Level 5的自動駕駛願景,人工智慧更是不可或缺的關鍵技術,也因此,對於NOR Flash需求也為之大增,且NOR Flash容量也至少要到2Gb,才可滿足這些需求,因此看好記憶體未來持續發展。
Fomalhaut Techno Solutions總監Minatake Kashio則提到,汽車目前大概占整體半導體市場的10%,15%為PC,手機占30%;而未來ADAS會使用多重感測器,並且結合不同種類的感測元件,也因此,需要更多的DRAM和Flash,而新的材料也會興起,像是陶瓷(Ceramic)、液晶聚合體(Liquid Crystal Polymer, LCP)等會用在雷達天線上。
汽車與半導體的結合,必將持續擦出更多火花。這次的智慧汽車國際高峰論壇暨展示會吸引了將近200位汽車及微電子產業專業人士參與,現場坐無缺席。SEMI也將持續耕耘汽車電子領域,其全球智慧汽車顧問委員會(Global Automotive Advisory Council, GAAC),提供一個平台連結微電子與汽車產業菁英專家,聚焦於全球車用半導體產業趨勢和技術發展,協助產業推展、資源整合和跨界合作,共同開創商機。

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SEMI 國際半導體產業協會連結全球 2,000 多家會員企業以及超過 130 萬名專業人士,推動電子製造科學與商業發展。 SEMI 會員致力創新材料、設計、設備、軟體、裝置及服務,促成更聰明、快速、功能強大且價格實惠的電子產品。 Electronic System Design Alliance (ESD Alliance) 電子系統設計聯盟、 FlexTech 軟性混合電子產業聯盟、 Fab Owners Alliance (FOA) 半導體晶圓製造商聯盟及 MEMS & Sensors Industry Group (MSIG) 微機電及感測器產業聯盟都是 SEMI 的策略性合作夥伴,也是 SEMI 內部專事特定技術的社群。自 1970 年成立至今,SEMI 持續建立連結以協助會員成長茁壯、創造新市場、共同克服業界常見的挑戰。SEMI 於班加羅爾、北京、柏林、布魯塞爾、格勒諾布爾、新竹、首爾、上海、矽谷(加州米爾皮塔斯)、新加坡、東京及美國華府均設有辦公據點。更多資訊請參訪 www.semi.org,或加入 SEMI Facebook粉絲團追蹤 SEMI 最新消息!