智慧型車輛上路　汽車電子晶片商趕搭商機

今年初，由全球主要的汽車展會，如北美「底特律車展」、歐洲「日內瓦車展」、日本「東京汽車沙龍展」、北美「紐約車展」等所展示的新型車款，共可歸納出三大走向：安全、環保以及連線功能。其中，駕駛輔助系統、可替代性能源車輛和車載資通訊系統則分別為最具話題性的熱門應用。
 

現今，駕駛輔助系統已成為全球主要國際汽車大廠在開發新車時強調的功能之一，該系統主要是改善駕駛性能與自動化功能，包括適應性定速系統(Adaptive Cruise Control, ACC)、道路變換輔助(LCA)、道路偏離警告、盲點檢測(BSD)、防碰撞系統、倒車雷達、以及防瞌睡感測裝置等均屬於此一範疇。
 

駕駛輔助系統漸獲車廠重視
 

一項在德國進行的研究顯示，約有28%的意外發生在道路縮減或道路交叉口、約有24%為車尾擦撞、而大約15%的意外則肇因於車輛偏離道路。為降低車禍肇事發生，汽車製造商對於駕駛者行車安全更加重視，尤其是各國主要的車廠均致力於碰撞警告技術、車道偏離警報、以及車道變換警告等系統的發展，因此內建相關系統功能的車款比重有逐漸增高的趨勢。
 

而根據市調機構ABI所發布的報告指出，汽車駕駛輔助系統市場在未來幾年將大幅成長，如2008年全球道路偏移警告產品出貨量將達150～190萬個，適應性定速系統的出貨量預計將達280～330萬套，市場營收則分別達到18億與22億美元。
 

另外，車載資通訊(Telematics)系統的需求也正快速興起，主因為汽車對於通訊的需求增加，尤其是對外部資訊的連接。
 

車廠持續布局硬體　Telematics商業模式仍待確立
 

過去，大多數的汽車買主只在意車內是否配備高級音響、導航裝置以及DVD播放器，而隨著終端用戶對於車用資訊娛樂(Car Infotainment)系統功能有更多期待，如行動電視(Mobile TV)、即時旅遊資訊、MP3音樂下載等，須由通訊技術進行資訊傳遞的新興娛樂功能，也在近年快速導入新車款中。
 

圖1　意法半導體大中華區汽車電子部總監劉建宏表示，汽車電子模組使用的晶片數量少有助於降低故障率，為此，高整合度晶片將成為大勢所趨。

意法半導體大中華區汽車電子部總監劉建宏(圖1)表示，車用娛樂系統現正進行整合，未來更多的無線技術如無線區域網路(WiFi)、3G等均將整併至系統之中，以因應汽車對外部連接的支援，另外，免持式手機、可攜式裝置資料連結、以及頭枕式螢幕等需求興起，亦將增加短距無線技術如藍牙(Bluetooth)等使用比重。
 

另外，少數的國際汽車大廠，如寶馬、本田(Honda)等也已設立資通訊服務，主要是提供汽車客戶檢測車輛狀態，提醒駕駛者是否有元件故障的情形；另外若有汽車遭失竊，也能即時以短訊通知車主。
 

而隨著資通訊服務持續演進，功能亦漸趨完善，如今年於1月19～27日舉行的底特律車展中，福特(Ford)汽車即發表改進後的SYNC資通訊服務具有兩個新功能：其一是在安全氣囊啟動等緊急情況時，可自動撥打911報警電話的「911 Assist」；其二為可檢測車輛狀態的車輛健檢報告(Vehicle Health Reports, VHR)。而此資通訊服務可透過支援藍牙的手機接收到車廠資料中心發出的簡訊。SYNC是福特和美國微軟共同開發的系統，2007年上市的車型已開始採用。福特預定在2009年之前使配備SYNC的汽車達到一百萬輛。
 

圖2　左起為台灣瑞薩第一營業技術行銷部副理朱楊玄、技術行銷部副主任何吉哲。

而隨著車用娛樂功能與資訊服務不斷提升，預估將會加速車用娛樂與資訊服務系統整合，未來駕駛者與乘客將可享受到功能更加多元、服務更加便利的車載資通訊系統。
 

現階段，車載資通訊系統發展最好的地區為歐、美以及日本，至於其他國家均遲遲未具規模。台灣瑞薩第一營業技術行銷部副理朱楊玄(圖2左)認為，歐、美與日本國家能順利發展車載資通訊系統的一大主因為政府政策的推動，因此，台灣若要成功發展出車載資通訊系統，政府單位須有因應的配套措施。
 

圖3　SiRF台灣區總監江煥勳預估，未來車載資通訊系統還會增加電子下單、多媒體資訊下載服務。

除了政府須制定相關政策外，SiRF台灣區總監江煥勳(圖3)指出，事實上，目前全球未有真正發展健全的車載資通訊系統，關鍵在於商業模式(Business Model)未有定案，未來究竟是車廠還是服務內容供應商主導產業仍是未知數，在兩方爭執不下的情況下，內容的完整性與吸引度也受到影響。他並補充到，除了內容方面的瓶頸外，車載資通訊對外的通訊技術究竟要採用2.5G、3G還是3.5G也未有結論，可視為下階段發展車載資通訊系統服務的另一大課題。
 

不過即使車載資通訊系統發展仍有諸多發展阻礙，但車廠間的較勁卻讓硬體設備跑在前端，主要是眾多熱門的多媒體影音消費性電子產品支援需求難以抵擋，也迫使車廠追加功能支援，如iPod、3D導航系統等，為不讓已安裝此功能的車廠專美於前，其他廠商也紛紛加入增設的行列，因此未來加裝的比重還會持續攀升。
 

而在今年的底特律車展與日內瓦車展中，展會的主角已不同於去年均圍繞在車輛安全、舒適以及娛樂性能，取而代之的是由各種替代性能源車輛出盡鋒頭，主要的國際汽車大廠如美國克萊斯勒(Chrysler)、德國寶馬(BMW)、美國通用(GM)、德國奧迪(Audi)、瑞典薩博(Saab)、日本豐田(Toyota)、馬自達(Mazda)、三菱(Mitsubishi)等均推出油電混合車、插電式混合動力車，以及採用燃料電池、乙醇、鋰電池等替代性能源的環保車輛，由眾多國際車廠大舉投入各種替代能源汽車研發的情形觀之，未來節能、環保以及省油車輛將成為大勢所趨。
 

混合動力車掀熱潮　降低成本為發展關鍵
 

現階段除了混合動力車之外，由於替代性能源車輛受限於充電電池取得不易、技術未成熟以及價格等問題，因此真正在市面販售的僅有採用混合動力車技術的環保車輛。
 

圖4　工研院機械所智慧車輛技術組組長王漢英說明，工研院機械所發展出的全油電混合車可降低油耗達40%。

現在市售的混合動力車可分為全混合動力、動力輔助型混合動力以及插電式混合動力車，各有其優劣勢，未來在不同的市場都有機會存在。工研院機械所智慧車輛技術組組長王漢英(圖4)說明，動力輔助型混合動力車平時採用燃油引擎行駛，在引擎動力不足時，才會藉由電力驅動；而插電式則平時以電力行駛，待電力不足時，再啟動燃油引擎驅動電力。
 

若發展插電式混合動力，須考量日後對於電力的需求量大，但目前電池產業的供應鏈尚未成熟，因此價格仍貴，即使相較於汽油，電較省錢，但後續的成本高昂；至於動力輔助型混合動力車而言，其省能效率較低，僅5%，但若以整體市場使用量觀之，仍可節省下可觀的油耗。為此，王漢英認為，車廠在選擇開發動力混合車的技術時，會先考量車廠本身的市場定位與投入的區域市場而定。
 

現今，各國主要車廠均已投入混合動力車的研發工程，日前，豐田也與中國大陸第一汽車公司共同開發混合動力車，此外，中國大陸東風汽車也成功發展出混合動力車。為了不讓各國車廠專美於前，工研院機械所在5年前亦投入混合動力車的研發，先前開發的動力輔助型混合動力，可節省油耗達15%，現正著手開發插電式混合動力車。
 

王漢英表示，開發三大主要混合動力車技術的關鍵零組件相似，主要為引擎、馬達與電池，主要的差別是在電源功率，若採用插電式混合動力車，則電源功率的使用量大，為此，採用的電子、電機功率都要跟著提高。
 

在工研院機械所率先開發混合動力車技術後，後續主要的關鍵零組件技術仍需要各領域的專業廠商配合。王漢英提到，台灣雖然具備電池、電機、馬達、電力和電子業者，但先前並未接觸過汽車領域，因此元件若要使用在車輛上，須符合車用功率與車規的要求，此為欲投入混合動力車市場的業者須特別重視的要件。
 

不過目前混合動力車尚面臨價格過高的發展窒礙，王漢英談到，豐田自1997年全球開發首款混合動力車Prius，其能有效降低油耗達40%，爾後經過10年的時間才正式量產，足見背後的技術困難度相當高。而至今，混合動力車也未達普及化的程度，現期望能透過各國際車廠堅強的技術能量，加速達成降低成本的目標。
 

受到汽車安全、車載資通訊以及環保功能趨勢的需求帶動，全球汽車電子半導體產業也跟著蓬勃發展。根據市調機構databeans預估，2007～2012年總體汽車電子半導體年複合成長率達8%，其中光電(Optoelectronics)元件、感測器(Sensor)、類比(Analog)元件、邏輯(Logic)元件、微控制器(MCU)、數位訊號處理器(DSP)為主要成長動力元件(表1)。

資料來源：databeans 表1　全球汽車電子各類半導體產值預估

而因駕駛輔助系統的功能興起，將帶動32位元MCU的需求量快速增長，如防撞系統主要為提醒駕駛者前方來車的訊息；並在接近行人時，向駕駛人發出警訊，以減速慢行，因此將會須要感測器進行道路偵測，劉建宏指出，由於車廠對於安全的要求愈益嚴苛，因此現在防撞系統採用的MCU也從8位元升級至16位元，未來主流趨勢為使用32位元的MCU。
 

事實上，32位元MCU在汽車電子各個應用領域的使用比重也有增高的態勢，為此，主要半導體大廠均加重32位元的產品線布局。如全球汽車電子半導體龍頭大廠飛思卡爾(Freescale)即與排名第三的半導體業者意法半導體(STMicroelectronics)透過策略聯盟，結合兩者所長，瞄準車用32位元MCU領域，開發出新一代MCU核心，並於今年共同發表內建該核心的四款MCU，將分別應用在動力、車體、儀表板及安全/底盤等應用。
 

圖5　飛思卡爾半導體中國區汽車電子工程經理康曉敦提到，飛思卡爾現以0.13微米、90奈米開發32位元MCU，並將於2010年採用90奈米開發16位MCU。

飛思卡爾半導體中國區汽車電子工程經理康曉敦(圖5)表示，有鑑於32位元MCU使用量攀升，未來勢必面臨降價的壓力，對此，飛思卡爾已做好因應布局，如採用自行開發的內核、生產製程由0.25微米進階到90奈米。
 

另外，在各大車廠紛紛加碼投資車載資通訊系統硬體的發展，半導體業者也戮力開發出性能更強大的多媒體處理器，以因應多元化功能的發展。
 

日本汽車電子半導體領導大廠瑞薩(Renesas)2007年第四季即開發出支援車用導航系統的32位元的多媒體應用處理器系統單晶片(SoC)方案，台灣瑞薩技術行銷部副主任何吉哲(圖2右)談到，汽車對於導航、定位服務(LBS)、以及車況等訊息的掌握需求更加迫切，為此瑞薩透過2D繪圖引擎、影像辨識加速器與應用處理器的結合，強化處理器的導航辨識與影像功能，而考量到未來車載資通訊系統須與後座頭枕顯示器的資訊作連結，亦支援媒體導向系統傳輸(Media Oriented Systems Transport, MOST)車用網路介面。
 

意法半導體在多媒體應用處理器亦有諸多布局，劉建宏提到，因應未來在全球衛星定位系統(GPS)、數位電視、DVD播放器以及網際網路等功能趨勢發展，意法半導體已設有各階段多媒體應用處理器整合度的規畫，2007年第一季推出針對GPS市場的32位元晶片方案，該方案採取安謀國際(ARM)的內核加上DSP的雙核心模式，並整合GPS、導航(Navigation)、射頻(RF)以及影音編解碼功能，此外，下一代多媒體應用處理器正導入車用網路MOST功能。
 

圖6　恩智浦半導體汽車電子和智慧識別產品大中華區資深市場總監張煥麟指出，全球車用娛樂系統的成長與汽車產量需求呈正比，尤以高階車廠的需求量大。

專注於車用娛樂系統的恩智浦(NXP)，藉由2007年底收購GPS單晶片解決方案供應商Glonav獲得GPS技術能量後，也積極投入支援GPS功能的多媒體應用處理器布局，恩智浦半導體汽車電子和智慧識別產品大中華區資深市場總監張煥麟(圖6)表示，目前恩智浦多媒體應用處理器已能支援GPS、影音、USB、WiFi、藍牙等功能。而對於眾多晶片商，如意法半導體、瑞薩等推出支援3D導航影像的多媒體應用處理器，張煥麟認為，實現3D導航應該具備接收GPS功能外；支援的多媒體應用處理器效能也要視液晶(LCD)顯示器螢幕尺寸的大小有所調整；此外，圖資的完整性也是重點，能否即時更新訊息對於駕駛者使用意願影響甚大，晶片商通常在此方面較為缺乏，因此須透過協力廠商協助配合；而更重要的是車廠對於導入此系統的成本考量，此為能否順利導入車輛的一大關鍵。
 

2007年8月，瑟孚(SiRF)購併美商掌微科技(Centrality Communications)，雙方結合開發導航系統所需的軟硬體資源可說是如虎添翼。日前，瑟孚已發展出結合GPS、多媒體影音、以及3D導航等功能的多媒體應用處理器，江煥勳指出，觀察到車載資通訊系統對於多媒體影音效能的要求愈益升高，為支援多媒體影音與3D導航功能，瑟孚領先業界推出內建64位元傳輸匯流排的多媒體應用處理器，相較於傳統32位元MCU，其效能將更加強大。
 

圖7　台灣亞德諾資深應用工程師郭兆桁談到，目前與亞德諾合作的台商，已進入設計階段，預計下半年會量產應用在駕駛輔助系統的產品。

不同於多數汽車電子晶片商推出雙核心多媒體處理器方案，亞德諾(ADI)透過與英特爾(Intel)的合作，共同開發出單核心架構。台灣亞德諾資深應用工程師郭兆桁(圖7)解釋，大部分晶片商處理器是採用安謀的范-紐曼(Von Newman)的架構，此架構採行單一條記憶體匯流排，此與亞德諾單核心架構運用的雙記憶體匯流排有很大的不同，尤其在多媒體應用處理器對於訊號處理的工作愈形重要，雙記憶體匯流排將有助於運算處理效能提升。
 

除了32位元MCU的進展之外，在更多高級房車裝設盲點偵測、車道偏離警示、以及適應性巡航控制等駕駛輔助系統後，預計將促使先進的感測器需求量急速攀升，相關半導體業者也推出高效能的解決方案因應。
 

亞德諾在汽車感測器領域深耕多年，其中應用於安全氣囊(Airbag)的感測器出貨量已達兩億顆，安裝在一百六十款汽車安全氣囊平台之中。郭兆桁表示，除了駕駛輔助系統外，車身控制、車載資通訊、安全/舒適等領域對於感測器的需求量亦將會持續大幅增長，亞德諾推出單顆、雙顆以及微型三軸加速度計，支援加速、定位、傾斜以及震動等在不同應用領域的需求；另外角度率陀螺儀(Amgular Rate Gyroscopes)則可符合旋轉與定位的角度量測率領域需要性能。
 

圖8　美國國家半導體電源管理應用工程師Frederik Dostal認為，駕駛輔助系統將會徹底改變過去駕駛的模式，因此市場深具潛力。

美國國家半導體(NS)電源管理應用工程師Frederik Dostal(圖8)表示，美國國家半導體有多款影像處理晶片可以配置為後備相機的顯像系統(Back-up Camera Imaging System)，另外，許多新的安全駕駛系統如設有遠距離雷達偵測功能的自動車速控制系統、盲點偵測攝影系統以及車道偏離警示系統均需要準確度極高的感測器作為介面，美國國家半導體的高精度訊號路徑晶片，尤其是低雜訊放大器晶片，將符合此安全駕駛系統的需要。
 

而除了提供駕駛輔助系統的感測器外，美國國家半導體在替代能源車輛方面，也有相對應的產品布局。
 

Dostal談到，油電混合車與電動汽車須採用大量電子零組件，其中一部分會採用絕緣柵雙極電晶體(IGBT)一類的離散式元件，部分會採用高階的電池管理系統、效率極高的高精密度電流感應系統以及智慧型控制系統，而這類燃油電力混合車許多皆採用NiMH電池，這類電池能否順利充電則取決於感測的溫度是否準確，對此，美國國家半導體推出溫度感應器可解決這方面的問題。
 

在市場競爭者眾的情況之下，如何突顯個別廠商的核心價值，關鍵則在於提供的半導體元件是否具備符合車規、高整合度以及產品線是否完整的優勢。
 

符合車規/高整合度　為晶片商側重產品策略
 

劉建宏強調，半導體元件達成車規在溫度、抗震、以及抗干擾等限制標準是最大的技術挑戰，也是考驗各家晶片商技術競爭力的所在。他舉例，使用在汽車引擎系統中的電路模組往往是直接貼附在高溫的引擎上，為縮小體積、提高效能，晶片的整合度至關重要，而高整合度與晶片商的封裝與設計能力有很直接的相關。
 

而要如何達成高整合度卻又維持高效能的目標？現階段意法半導體針對不同電壓、電流量的應用，發展出各類型的半導體製程，如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)、雙極互補金屬氧化物半導體(BiCMOS)、雙極互補金屬氧化物半導體-互補式金屬氧化物半導體-雙擴散金屬氧化物半導體(Bipolar-CMOS-DMOS, BCD)、以及垂直型智慧電源(VIPower)等。
 

Dostal說到，半導體業者在駕駛輔助系統、節能以及車載資通訊系統所遇到的技術問題大部分與品質控制有很大的相關，也是晶片商每天均要面臨的課題，最理想的狀態為不會出現任何百萬分之(ppm)故障，且成本能降之最低。而為節省成本，許多汽車製造商均想盡辦法削減散熱裝置方面的開支，但電池組散發的熱能會使周圍的溫度上升，而晶片作業時也會散發熱能，使晶片溫度上升。Dostal提到，由於製程技術與晶片的焊接技術不斷推陳出新，因此散熱問題基本上已獲得解決，為此晶片商須擁有先進製程技術，且對於汽車市場有深入了解，才可滿足汽車產業嚴格的品質要求。
 

何吉哲指出，為降低ppm故障率，系統客戶對於半導體元件是否有符合ISO、AEC等認證標準愈益重視，事實上，由於符合車規的難度相當高，為此並非所有晶片商的產品均能符合車規要求。
 

而除了整合度與車規的要求之外，為因應不同客戶在應用於不同領域產品的性能要求，半導體業者也持續強化旗下產品線的完整性，加上高整合度晶片已成為大勢所趨，預估隨著整合度增加，晶片的產品線也將會更加多元，以符合客戶性價比上的需求。
 

駕駛輔助/車載資通訊領域　台商有利可圖
 

圖9　環隆電氣汽車電子事業處總經理盛元新指出，環隆電氣發展的車用娛樂產品現已與原裝廠商接洽，預計今年5、6月可提供樣品。

隨著駕駛輔助、車載資通訊系統大行其道，藉由國外晶片商高整合度、高效能以及符合車規要求的半導體元件，台灣廠商也試圖開發出相關領域的汽車電子產品切入歐、美、日以及中國大陸市場。
 

環隆電氣汽車電子事業處總經理盛元新(圖9)表示，環隆電氣30多年前開始製作汽車電子產品，先從油箱感測器切入，並打入原裝市場(Before Market)，藉由多年來與汽車電子一級(Tier 1)供應商合作經驗累積，環隆電氣已具備品質與製程控管優勢。
 

福特汽車的一級供應商偉世通(Visteon)已成為環隆電氣的合作客戶，盛元新指出，2008年環隆電氣於倒車輔助系統與盲點偵測市場會有明顯的成長，為此旗下的感測器與MCU，將會在安全與盲點偵測領域有增長比例。
 

圖10　盛群業務行銷中心/市場行銷處、台灣區銷售處處長蔡榮宗表示，MCU與電源直接驅動螢光顯示面板(VFD)驅動IC占盛群營收達7%。

先前，盛群8位元MCU已打進北美與日本前裝市場，主要是應用在汽車儀錶板的控制。盛群業務行銷中心/市場行銷處、台灣區銷售處處長蔡榮宗(圖10)表示，目前汽車防盜、倒車影像已成為盛群汽車電子市場主要營收貢獻，現在才剛發展出倒車雷達，主要鎖定在後裝市場(After Market)。
 

為因應後裝市場價格競爭的壓力，蔡榮宗提到，盛群已投資中國大陸協力廠商，藉由結合雙方的技術資源，達成降低開發成本的目標。
 

而台灣行政院也預備成立國家級「車載資通訊系統及智慧型車輛整合技術與創新服務計畫」，該計畫將於大新竹科學園區，包括工研院、清華大學、交通大學以及光復路周遭等地區進行示範應用展示實驗性測試，目標是建立車用緊急服務、車隊即時應用、安全認證、即時交通路況以及社群導向多媒體資通訊應用營運平台。

圖11　工研院資通所視訊與光通訊技術組組長鄭聖慶談到，政府預計結合國內外資源發展的車載資通訊計畫，並將與歐美日各國相關單位進行資訊交流。

參與計畫執行的工研院資通所視訊與光通訊技術組組長鄭聖慶(圖11)指出，有鑑於台灣汽車電子業者缺乏練兵場，此計畫的建立將是提供給台商一共同的平台，讓汽車電子各領域的台灣廠商，在此平台上提供各自領域所擅長的產品，作為累積經驗的示範舞台。

另外，政府亦預定參加今年11月World Congress on ITS會議展示雛型系統，爭取與國際車場合作機會。預計該計畫的實行將有助於提供台灣廠商在車載資通訊產業的廣大機會，包括車載資通訊網路技術、車載創新應用以及車載資通訊系統驗證；另外也將帶動傳動、車身、電力電子、安全以及底盤懸吊等汽車電子元件的需求。此計畫若能順利成行，預期將有助於提升台灣汽車電子產業商機。