汽車產業邁向智慧化、電動化並積極發展車聯網，帶動大量車用半導體的需求，包括車用微控制器(MCU)，特別的是車用處理器在2027年相比2018年可望增加10億美元的產值。而在電動化趨勢下，為了提升電源管理效率及性能，車用電子走向高度整合，因而顯現安全測試的重要性。車聯網方面，5G時代帶來高資料傳輸量與低延遲的網路環境，在DSRC及C-V2X為兩大技術主流之下，逐步串起車輛之間、汽車與行人及基礎建設間的溝通。
汽車朝四大方向發展智慧化重視資安
目前帶動全球汽車產業發展有四大方向，分別是聯網(Connected)、自駕車(Autonomous)、共享經濟(Sharing)和電動化(Electricity)等。瑞薩電子(Renesas)車用事業營業技術部副理黃源旗(圖1)提及，在聯網部分，近年5G發展帶來更低延遲、更高頻寬；特斯拉(Tesla)導入空中更新(Over the Air, OTA)系統，可以透過雲端來更新韌體，讓車廠可以隨時更新韌體與管理車輛，但也相對帶來網路安全的問題。
自駕車、共享經濟、電動車等都是重大趨勢，其中，自駕車部分，由於AI技術發展能利用演算法方式，協助判斷車子周圍情況，更接近SAE提出的Level 4~5自駕級別；共享經濟則打破傳統汽車產業的壟斷式供應鏈，帶來如Uber、Google Waymo等商機；電動車方面，因全世界碳排放越來越嚴重，部分國家政府開始規定車廠，生產車輛需要低於規定的碳排放量，因此零排放驅動電動車成長。未來電動車(EV)、油電混合車(HEV)與自駕車是未來成長市場，每年複合成長率高於10%。
MCU方面，在未來汽車產業要追求高性能和高速的目標下，會陸續應用在汽車開放系統架構(AutoSAR)、Funtional Safety(車輛功能性安全)(ISO 26262)跟資訊安全等軟體或平台的應用。除此之外，調研機構Strategy Analytics於2020年7月資料顯示(圖2)，汽車產業年複合成長率有7.7%，從2018年的320億，到2027年會有650億美元的產值，特別是自駕車處理器，MCU與SoC分別會增加10億美元產值和38億美元產值。目前汽車含70~100個MCU，隨著電動化發展，未來需要應用更多MCU，其範圍涵蓋動力系統、底盤、ADAS、安全相關應用和影音娛樂系統等。
黃源旗進一步說明，未來車用網路有兩個比較大的改變，首先是導入「CAN-FD」，第二個是導入「資訊安全(Security)」。目前多數車用網路主架構都採用控制器區域網路(CAN BUS)，由於傳遞資料封包大小僅8bytes，但隨著傳送資料越多，傳統網路架構已不敷使用，因此導入CAN-FD能將資料拉長至64bytes，並壓縮與原來時間一樣，確保車用網路的即時性保持一致。另外，目前很多車廠開始導入乙太網路(Ethernet)，預計在2020年後生產的汽車網路骨幹會進化至Gb乙太網路。
整合汽車驅動系統首重安全檢測
汽車領域的演進，受到兩個重要趨勢推動，致茂電子產品企劃處副總經理周晏加(圖3)指出，一是智慧化，如現在熱門的自動駕駛與ADAS市場，在未來10~15年皆有明顯的成長走勢。二則是電動化，除了協助車輛變得更加節能，就台灣供應鏈的角度而言，電動車使用的零件與傳統汽車不同，數量減少且生產的門檻降低，因此台灣供應商看見進入汽車電子領域的商機。
台灣在電動車的發展初期，車廠以改動現有車款設計為主，逐一將電動車相關零件布建到現有的產品中。隨後發現電動車的設計可以更精簡，因此走向驅動系統整合(圖4)。周晏加提及，目前常見的整合趨勢為電池模組整合進電池管理系統(BMS)，以及高壓配電盒(PDU)與底盤整合等。車輛的電池性能，則朝向電池容量增加且充電更快的方向邁進。安全方面若以行駛過程為例，車輛在爬坡時放電、下坡煞車時回充，或者充電系統在電池充電時，對電池控制與電量計算的影響，在在關係到充電安全與電池壽命的維護。
面對汽車電子領域不可缺少的安全性，在驗證及測試方面也持續出現更有效的技術。周晏加表示，由於汽車零件可能使用一段時間才失效，加上高度整合以後，例如六合一的產品中，一個小零件出現問題，便需要花費大量時間檢測。維修上，若是直接替換整個模組，也會帶來高額成本。因此供應鏈如何取得更有效的檢驗方式，並生產可靠的產品，在高度整合的情境下更顯重要。為符合ISO 26262的安全性規範，供應商必須先模擬零件在汽車上的失效模式，再設計相對應的安全機制以避免故障。此外，可透過量測儀器測試電池絕緣度，可在充/放電測試之前，加強把關電池安全。
V2X串連車輛溝通
目前汽車產業出現多種新應用，例如自駕車，其需要聯網、大量資訊與低延遲，在過去2G、3G還無法達到這樣程度，直至5G才有機會，在5~10年內在車聯網上產生新技術，因此，衍生出許多無線測試與標準認證需求，包含資訊安全、汽車安全、射頻、車廠、電信營運商和政府對通訊技術要求等。
德凱(DEKRA)認證業務總經理孫富樂(圖5)提及，在車用通訊方面，最早在LTE時期曾討論過，直到3GPP R16已經可以達到車聯網對網路資訊要求，該標準能達到SAE J3016的Level 2要求，包含所有應用、硬體與軟體。另外，車用通訊分成兩個部分直接通訊(Direct)與網路通訊(Network)。Direct是車輛之間可以互聯互通，不透過任何基地台來取得資訊，連線範圍不超過1公里以內的小區域，3GPP定義為PC5 Interface。Network則拉長距離至1公里以外，與手機行動通訊應用類似，所有連線裝置都是透過基地台、通訊網路來處理資料，3GPP定義為Uu Interface。
目前在車聯網碰到常見的技術分別是DSRC和C-V2X，美國、中國、韓國、日本和歐盟等皆採用這些技術標準。DSRC及C-V2X皆能實現V2X，V2X包含V2V(車對車)、V2I(車對基礎建設)、V2P(車對人)和V2N(車對網路)。DSRC由IEEE主導，硬體技術可視為IEEE 802.11p的延伸，而3GPP所訂定的C-V2X，則是透過3GPP R14 LTE和R15 5GNR環境，希望達成V2X應用場景，從最早的R14到R16建構並加強C-V2X。孫富樂說明，然而這兩項技術本質上不太相同，DSRC距離比較短、效益沒那麼好，C-V2X則在短距離或長距離通訊應用方面，更容易採用和能夠達到通訊技術要求。目前，大部分的車廠還是以這兩個為主。
另外，eCall功能是當車子發生碰撞和危險時，已安裝eCall車輛會自動撥打電話給最近的救護站或警察單位，提供車子位置和基本訊息讓救護人員得知。歐盟在2015年已經頒布條文，在2018年正式導入汽車中。目前所有在歐洲的汽車已配備此功能，未來預計擴展應用至其他國家。
受惠5G 車聯網邁向落地
隨著5G技術逐漸成熟，為車聯網帶來更多可能性。華電聯網創新應用服務處資深經理楊瓅凱(圖6)說明，車聯網的通訊系統可分為DSRC及C-V2X兩種，過去業者大多採用DSRC，隨後在5G布建及國際組織3GPP的提倡下，以電信業者為營運商、可執行低延遲傳輸的C-V2X逐漸成為主流應用。未來手機內的5G晶片將整合車聯網，行人透過手機即可知道汽車的警示或動向；人對中心(P2N)，使用者可以直接聯絡監管單位。
上述的車聯網應用趨勢前景可觀，楊瓅凱進一步說明，市場調查單位在2020年9月預測，如果疫情趨緩，當年的智慧交通市場可達到539億美元。2025年則可能成長至1,660億美元，2020~2025年間的年複合成長率可能達到25.2%。2020年後，疫情趨緩帶動汽車產量復甦，加上各國政府對智慧交通的推動力道，可預期接下來的市場成長，而車聯網將帶動汽車、通訊、製造、半導體等相關產業的發展。
車聯網的推動方面，國際組織以3GPP、5GAA及SAE最具代表性。3GPP專注底層技術與應用層標準制定，並規畫5G技術標準R15、R16、R17。5GAA串聯汽車、科技公司及電信業形成跨產業組織，解決兼容性問題並開發整體解決方案。SAE則訂定所有汽車相關規範。
國內的車聯網建設，政府則為主要動力。台灣自104年起，由交通部、經濟部及工研院投入研發，在技術及實驗軟體平台、設備雛型及試驗場域方面，不斷探索車聯網的可行性與應用輪廓。近兩年則重視自駕巴士及ADAS的發展，開始制定標準並進行驗證。例如淡海新市鎮的智慧交通場域試驗，即以聯網車為主，在特定街區內布建感測器、LED告示牌及智慧號誌控制器，在部分路段試行自動駕駛電動巴士，透過實際測試，推動台灣的車聯網技術邁向落地。
