“芯片”這個(gè)詞最近是否在您的供應(yīng)鏈（任何制造活動的脊梁）下發(fā)出震顫？如果沒有，那么你一定非常幸運(yùn)，是一個(gè)有遠(yuǎn)見的超級規(guī)劃師??！盡管如此，人們不必?fù)?dān)心——這是一個(gè)完全暫時(shí)的現(xiàn)象，很快就會過去。

芯片或半導(dǎo)體技術(shù)在過去克服了嚴(yán)重的挑戰(zhàn) - 無論是在技術(shù)和市場方面 - 現(xiàn)在正以龍卷風(fēng)的速度發(fā)展。每個(gè)人都有興趣從中分一杯羹，并在平等國家中占據(jù)至高無上的地位。不用說，各國通過一系列激勵(lì)措施、補(bǔ)貼和其他“胡蘿卜”招攬投資，充分說明了這一計(jì)劃。自從羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）在60多年前在仙童（Fairchild）推出第一個(gè)集成器件（之前是晶體管的發(fā)明）以來，這個(gè)“奇跡沙束”的發(fā)展是驚人的，在今天的現(xiàn)實(shí)中，沒有產(chǎn)品或用例不受其影響。想想無處不在的手機(jī)、路由器、大型數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)、交通元件，甚至是我們孩子玩的玩具，包括制造所有這些由芯片驅(qū)動的工廠。該列表可能會繼續(xù)下去，但在本文的上下文中將僅限于汽車。

汽車電子的曙光

我們每個(gè)人在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)都以某種形式使用汽車作為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧；叵胍幌麓髂防瞻l(fā)明的汽油發(fā)動機(jī)，奔馳為他的三輪汽車（1號型）申請了專利，后來福特有效地開創(chuàng)了（汽車）傳說中的移動裝配線，用于T型車的批量生產(chǎn)，使其更實(shí)惠。在汽車中使用電子設(shè)備的開端可以追溯到 1955 年，當(dāng)時(shí) Philco 的全晶體管（準(zhǔn)確地說是 12 個(gè)）收音機(jī)被加載到克萊斯勒的帝國車型上。隨后在較輕的交流發(fā)電機(jī)中使用硅二極管整流器，該交流發(fā)電機(jī)開始取代發(fā)電機(jī)，從而能夠處理更大的電氣負(fù)載。在美國，德國和日本的各種制造商中進(jìn)行了許多研究活動，從而即興創(chuàng)作了當(dāng)時(shí)他們的車輛面臨的當(dāng)前問題。點(diǎn)火系統(tǒng)配備了分立式固態(tài)電子設(shè)備，減少了機(jī)械磨損，提高了發(fā)動機(jī)效率。使用電子設(shè)備的下一個(gè)重大成功是引入了計(jì)算機(jī)化的ABS，有助于提高車輛安全性。與此同時(shí)，MOSFET的發(fā)明徹底改變了半導(dǎo)體領(lǐng)域，微處理器（盡管實(shí)際的始作俑者可能是模糊的）誕生了——大多數(shù)電子系統(tǒng)的大腦（或者有些人可能會說是心臟）。這被認(rèn)為是工程界的分水嶺之一，也是我們今天都知道的半導(dǎo)體巨頭的出現(xiàn)。

隨著晶體管和微處理器的發(fā)明，內(nèi)燃機(jī)從純機(jī)械到機(jī)電再到全電子控制解決方案，推動了對效率和優(yōu)化的追求，并滿足日益嚴(yán)格的CAFE規(guī)范。自從通用汽車在1980年左右在汽車中引入第一個(gè)基于微處理器的電子系統(tǒng)以來，這確實(shí)是一段漫長的旅程，盡管電子控制模塊（ECM）在電子設(shè)備有限之前就已經(jīng)存在了。更進(jìn)一步，安全氣囊、變速箱控制、導(dǎo)航、信息娛樂、安全和舒適應(yīng)用等其他領(lǐng)域在具有自己控制單元的車輛中不斷發(fā)展。隨著時(shí)間的推移，電子控制單元（ECU）已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)緊湊而復(fù)雜的模塊或子系統(tǒng)，不斷挑戰(zhàn)汽車電子現(xiàn)有創(chuàng)新的界限。那么什么是ECU？

顧名思義，ECU是控制車輛內(nèi)特定功能的設(shè)備。它們通常由芯片或集成電路以及其他電子元件構(gòu)建，這些電子元件通常接收各種輸入，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行處理，并為適當(dāng)?shù)妮敵鲰憫?yīng)提供必要的指令。除了硬件內(nèi)容外，每個(gè)ECU都有特定的軟件或固件，具有各種接口和通信協(xié)議，以有效地執(zhí)行其給定的功能。實(shí)際上，它是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，用于控制車輛內(nèi)部的電氣系統(tǒng)，并且最近進(jìn)展到與其他車輛和基礎(chǔ)設(shè)施以及云的連接。通常，現(xiàn)代汽車根據(jù)車輛上可用的功能和選項(xiàng)在其架構(gòu)中封裝了大約 70 ~ 150 個(gè) ECU。發(fā)現(xiàn)的一些更常見的ECU是發(fā)動機(jī)控制模塊（ECM），車身控制模塊（BCM），安全氣囊模塊，動力總成控制模塊（PCM），變速箱控制模塊（TCM），遠(yuǎn)程信息處理控制模塊，懸架控制模塊（SCM），信息娛樂模塊（IVI），電池管理系統(tǒng)（BMS）等，每個(gè)都有自己的處理器，內(nèi)存和軟件。村田制作所提供了大量構(gòu)成這些模塊關(guān)鍵要素的汽車級設(shè)備。

車輛中的常見ECU

各用途設(shè)備可用性

半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)

雖然汽車系統(tǒng)開發(fā)本身很復(fù)雜，各個(gè)子系統(tǒng)之間具有無縫互操作性;半導(dǎo)體技術(shù)必須在創(chuàng)新周期中保持領(lǐng)先地位，以補(bǔ)充汽車原始設(shè)備制造商的努力。值得注意的是，汽車應(yīng)用所需的芯片比消費(fèi)類產(chǎn)品高出一個(gè)檔次，因此推動了更高的成本來滿足這些規(guī)格;一些關(guān)鍵屬性如下。

更高的溫度要求 – 通常需要 -40°C 至 125°C 的支持

可靠性要求 – AEC Q100

功能安全 – ASIL 安全級別

PPAP – 一致性和變更/風(fēng)險(xiǎn)管理

半導(dǎo)體技術(shù)在晶體管密度、封裝、外形尺寸、制造工藝等各個(gè)方面都發(fā)生了指數(shù)級變化，幾乎所有應(yīng)用對推動自動化水平的更多創(chuàng)新的需求不斷推動芯片開發(fā)的革命。這種需求已經(jīng)超越了對新材料的尋找，以超越硅的飽和度，因?yàn)樗赡苓_(dá)到摩爾定律的極限。半導(dǎo)體材料的研究正在快速發(fā)展，GaN、石墨烯、黃鐵礦等新化合物正在開發(fā)中，作為硅和砷化鎵的潛在替代品。然后，這種納米級芯片需要改進(jìn)熱管理，因?yàn)樗鼈冏兊酶?，具有多倍的?qiáng)大功能，創(chuàng)造了影響性能的熱點(diǎn)。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員正在發(fā)現(xiàn)像砷化硼（BAs）這樣的材料，這些材料可以集成到半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)中，以便在未來的電子封裝中以滿載性能提供更好的熱管理。芯片技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，IBM和MIT / TSMC發(fā)布2nm公告的最新消息闡明了下一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的一些突破。我們是否正在通往埃（Å）的道路上!!!

車輛架構(gòu)轉(zhuǎn)型

與此同時(shí)，車輛本身正在轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苤悄軝C(jī)器，除了運(yùn)輸之外，還可以滿足人類需求的許多其他方面。這些機(jī)器正在變得綠色、平均、精益、自我驅(qū)動和完全連接。迄今為止，隨著每一代新產(chǎn)品和功能的增強(qiáng)，車輛架構(gòu)已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)相當(dāng)龐大而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)ECU迷宮，不再提供靈活性和擴(kuò)展的空間。這導(dǎo)致了重新考慮車輛架構(gòu)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)樵谛鹿δ苤刑砑痈嗫刂颇K變得不可持續(xù)。汽車原始設(shè)備制造商和一級供應(yīng)商已經(jīng)在研究替代車輛架構(gòu)，半導(dǎo)體制造商同步推動并推動行業(yè)協(xié)作，以定義協(xié)議和發(fā)布芯片，以實(shí)現(xiàn)這些新的集中式架構(gòu)。我們中的許多人現(xiàn)在都熟悉域控制器和區(qū)域控制器等術(shù)語，這些術(shù)語正在推動車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。一些知名的原始設(shè)備制造商/一級供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)布了域控制器的公告，甚至我們自己的本土汽車制造商也開始考慮過渡。域控制器將來自多個(gè)ECU的功能整合到一個(gè)域中，從而提高效率，合并功能和軟件平臺，加快通信速度以及OTA更新，以便將來擴(kuò)展。區(qū)域建筑在將多個(gè)不相關(guān)的功能與空間方向集成方面領(lǐng)先一步，從而壓縮線束、連接器并減輕重量。預(yù)計(jì)具有相同處理器架構(gòu)的控制器將更少，用于軟件兼容性和平臺遷移以實(shí)現(xiàn)新功能集成。漸進(jìn)式路徑是在未來考慮完整的區(qū)域架構(gòu)，但在完全過渡之前，采用混合模型來引導(dǎo)和優(yōu)化收益是否謹(jǐn)慎。這是否會導(dǎo)致完全集中的處理架構(gòu)，如果是這樣，汽車行業(yè)何時(shí)以及將接受它？再加上電信界推出5G（6G）網(wǎng)絡(luò)，AI和ML以及復(fù)雜傳感器設(shè)備的可用性的發(fā)展，這一趨勢有增無減。對于模塊的演變來說是如此之多。

快速瀏覽我公司村田電子在連接領(lǐng)域的汽車模塊產(chǎn)品，用于某些目標(biāo)應(yīng)用。

汽車模塊的應(yīng)用領(lǐng)域

創(chuàng)新和功能增強(qiáng)不僅在四輪車或 CV 領(lǐng)域，我國密集的摩托車手人口在對技術(shù)吸收到他們快樂的 2 輪騎行的需求方面也不甘落后。我們提供的一個(gè)這樣的解決方案是與汽車領(lǐng)域領(lǐng)先的芯片創(chuàng)新者合作，為任何原始設(shè)備制造商/一級供應(yīng)商定制一個(gè)完全連接的集群設(shè)計(jì);快速瀏覽如下。

可擴(kuò)展的集群/遠(yuǎn)程信息處理連接平臺概念，從原型到批量生產(chǎn)

未來的道路

汽車電子趨勢清楚地表明了完全聯(lián)網(wǎng)汽車的時(shí)代，主要是電動和自動駕駛，刺激了對高性能半導(dǎo)體和模塊的需求，這些半導(dǎo)體和模塊將從根本上確保其內(nèi)部和外部乘客的安全。預(yù)計(jì)未來的車輛將成為“車輪上的移動”，專注于騎手體驗(yàn)而不是駕駛員體驗(yàn)，這與提高舒適性、氛圍和生產(chǎn)力的需求相呼應(yīng)。車輛內(nèi)的平均半導(dǎo)體含量估計(jì)約為350美元（電動汽車的2倍），預(yù)計(jì)全自動駕駛汽車將高達(dá)3000美元，正如一些行業(yè)報(bào)告所假設(shè)的那樣。幾位專家認(rèn)為，到2030年，所有銷售的汽車中有一半以上將是電動汽車，這并不遙遠(yuǎn)。這些新要求和未來愿望（包括地緣政治）將推動創(chuàng)建一個(gè)更具協(xié)作性的生態(tài)系統(tǒng)，開發(fā)多種技術(shù)的高度強(qiáng)大和集成的設(shè)備 - 芯片，模塊，MEMS，測距，電池，無線技術(shù)，能量收集甚至氫燃料電池。鑒于持續(xù)的芯片供應(yīng)形勢和正在定義的新車輛架構(gòu)，汽車原始設(shè)備制造商正在增加與半導(dǎo)體供應(yīng)商合作的直接機(jī)會，到目前為止，半導(dǎo)體供應(yīng)商一直是其一級供應(yīng)商的領(lǐng)域，而一級供應(yīng)商又正在考慮投資自己的晶圓廠和芯片。

一個(gè)重要的方面將是汽車價(jià)值鏈的明顯變化，它將從現(xiàn)有的（供應(yīng)商）層級過渡到中心輻射模式，進(jìn)一步轉(zhuǎn)向參與者（供應(yīng)商、電信公司、科技巨頭、OEM）和產(chǎn)品周期（從設(shè)計(jì)到售后）之間的矩陣融合。這將使生態(tài)系統(tǒng)中新參與者的出現(xiàn)和維持成為可能，以及制定相關(guān)商業(yè)模式的需求。其中一些包括轉(zhuǎn)向在線銷售，按使用付費(fèi)，訂閱模式，最重要的是將連接時(shí)代產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)貨幣化，這些數(shù)據(jù)可能實(shí)現(xiàn)高達(dá)50%的收入。軟件將在車輛的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在今天的汽車中，大約有1億行代碼。隨著車輛變得越來越自動化和軟件定義（在硬件支持的更輕的靜脈上），可能需要近5億行代碼才能平穩(wěn)運(yùn)行未來的汽車。所有這些都將推動一些新進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的人，提高在這個(gè)游樂場內(nèi)建立戰(zhàn)略多層次鏈接合作伙伴關(guān)系的需求，以獲得最佳的用戶體驗(yàn)。

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