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當(dāng)今的汽車，與20年前相比，已經(jīng)出現(xiàn)了很多變化，特別是隨著電動(dòng)化和智能化的發(fā)展和普及，傳統(tǒng)汽車的兩大件（發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱）越來越多地被新兩大件（電機(jī)和電控系統(tǒng)）所取代。而且，智能化的提升，使傳統(tǒng)汽車內(nèi)沒有的自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）越來越重要，在此基礎(chǔ)上，安全保障系統(tǒng)功能在新型汽車中不斷增加、升級(jí)。再有，傳統(tǒng)汽車的信息娛樂系統(tǒng)功能較為單一和分散，而新型汽車中的智能座艙系統(tǒng)將車內(nèi)的聲、光、影音、觸控操作等功能逐漸集成在一起，實(shí)現(xiàn)了更加智能化的管理和操作。

雖然變化很多，但傳統(tǒng)汽車積累了幾十年、甚至上百年的底盤系統(tǒng)調(diào)校技術(shù)則不會(huì)過時(shí)，它也是新型汽車不斷學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

下面，我們就綜合傳統(tǒng)燃油車和新型電動(dòng)化、智能化汽車的各個(gè)功能塊，看看各種芯片元器件是如何在汽車當(dāng)中發(fā)揮作用的。

整個(gè)汽車可以被分為6大系統(tǒng)，分別是：動(dòng)力系統(tǒng)，車身，座艙，控制和通信系統(tǒng)，底盤和安全，ADAS。

一輛汽車中會(huì)用到各種各樣的芯片，大致可以分為以下6大類：計(jì)算&控制，通信，功率，模擬（電源，驅(qū)動(dòng)等），傳感器，以及存儲(chǔ)芯片。

計(jì)算&控制類芯片以各種處理器為主，包括MCU、CPU、GPU、FPGA，以及相應(yīng)的SoC。其中，CPU、GPU等高性能計(jì)算SoC主要用于ADAS、信息娛樂系統(tǒng)、智能座艙，而MCU幾乎遍布全車的各個(gè)功能部分，特別是傳統(tǒng)燃油車。

功率器件主要用在動(dòng)力系統(tǒng)和底盤，模擬芯片也是遍布全車各個(gè)部分，存儲(chǔ)芯片主要用于ADAS和座艙，傳感器包括壓力、流量、慣性、濕度、紅外線、CIS圖像傳感器，以及各種類型的雷達(dá)，不同的傳感器遍布全車。

下面，分別看一下以上提到的6大類芯片元器件在汽車上的應(yīng)用情況。

01、傳感器

汽車需要用到的傳感器種類很多，包括壓力、流量、慣性、溫度、紅外線、CIS，毫米波和激光雷達(dá)等。

由于ADAS興起，使得與之緊密相關(guān)的傳感器的重要性和市場地位明顯高于傳統(tǒng)且已經(jīng)非常成熟的壓力、溫度等傳感器。

用于ADAS的傳感器（包括CIS，超聲波和熱傳感器，激光雷達(dá)等）負(fù)責(zé)收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)。一種類型的傳感器是不夠的，因?yàn)槊糠N傳感器都有其局限性，ADAS系統(tǒng)將多種傳感器結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)最大化的安全目標(biāo)。

在L1級(jí)ADAS中，需要1-2個(gè)攝像頭，L2和L2+級(jí)需要搭載前視ADAS攝像頭和普通環(huán)視攝像頭，總數(shù)達(dá)到8個(gè)，L3級(jí)則增加了前視、側(cè)視、后視ADAS攝像頭，總數(shù)達(dá)8-12個(gè)，未來的L4和L5級(jí)對雷達(dá)依賴程度很高，攝像頭用量無明顯提升。結(jié)合各等級(jí)ADAS車載攝像頭使用情況，可測算出全球平均單車用量將由2021年的2.8個(gè)提升至2025年的5.1個(gè)，2030年有望達(dá)到9.0個(gè)。

就目前的車載攝像頭方案來說，主要分為視覺和多傳感融合方案。

視覺方案以攝像頭為主導(dǎo)，它對算法要求很高，典型代表是特斯拉，搭載Autopilot 3.0系統(tǒng)的全系車型都未使用激光雷達(dá)，采用了8個(gè)攝像頭、1個(gè)毫米波雷達(dá)和12個(gè)超聲波雷達(dá)，其中，8個(gè)攝像頭包括3個(gè)前視、4個(gè)側(cè)視和1個(gè)后視，可在250米半徑內(nèi)為汽車提供360度視角。

多傳感融合方案更強(qiáng)調(diào)硬件系統(tǒng)的重要性，對算法要求相對較低。這類方案的傳感器用量不斷提升，智能化程度較高的車型攝像頭用量都在10個(gè)以上，CIS分辨率也很高，例如，蔚來ET7使用11個(gè)800萬像素高清攝像頭，極氪001使用了14個(gè)攝像頭，包括7個(gè)800萬像素高清攝像頭。

所有這些，都將推動(dòng)CIS圖像傳感器市場向更大規(guī)模和體量進(jìn)發(fā)。而隨著雷達(dá)系統(tǒng)的普及，毫米波、超聲波、激光雷達(dá)傳感器的用量也將大幅提升。

02、計(jì)算&控制芯片

在電動(dòng)化、智能化普及之前，汽車的各個(gè)功能塊由ECU（Electronic Control Unit）控制，MCU則是ECU的核心，它監(jiān)控著各種汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)（速度、換擋、剎車、航向等），以及汽車運(yùn)行的各種狀態(tài)（油耗、加速、前車距離等），并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的程序邏輯計(jì)算各種傳感器送來的信息，處理后把各個(gè)參數(shù)發(fā)送給相關(guān)的執(zhí)行模塊，執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。這種架構(gòu)一般稱為分布式。

無論是傳統(tǒng)燃油車，還是新型的電動(dòng)和智能化汽車，MCU用量都很大，車身控制、儀表盤、影音娛樂、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、高級(jí)安全系統(tǒng)、雨刮、車窗、電動(dòng)座椅等，都需要MCU進(jìn)行控制。目前，一輛汽車上的MCU用量可達(dá)50~100個(gè)。

傳統(tǒng)燃油車的動(dòng)力系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，這兩個(gè)部件各有一個(gè)主控MCU，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)包括整車控制模塊，電機(jī)控制器模塊，電池管理模塊三個(gè)部分，動(dòng)力域控制器集中控制上述三個(gè)部分，這個(gè)系統(tǒng)需要更多的MCU，估計(jì)每輛車會(huì)比傳統(tǒng)燃油車多用至少5個(gè)。

車身控制系統(tǒng)所用的MCU數(shù)量相對穩(wěn)定，變化不大，原因在于車身域技術(shù)較為成熟且使用生命周期長，實(shí)現(xiàn)這些功能對芯片算力的要求較低，所用的MCU價(jià)格也較低。

傳統(tǒng)MCU大廠，如恩智浦、意法半導(dǎo)體、瑞薩電子和德州儀器等，一直把持著汽車MCU市場的主導(dǎo)權(quán)。近些年，中國本土相關(guān)企業(yè)也在努力追趕，涌現(xiàn)出了多家比較有特色的企業(yè)，復(fù)旦微電子就是其中之一，該公司的車規(guī)級(jí)MCU FM33LG0xxA系列可用于雨刮器、車窗、座椅、照明控制等。目前，復(fù)旦微電子正在進(jìn)行新一代車規(guī)級(jí)MCU的開發(fā)。

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化在汽車應(yīng)用的深入和普及，汽車電子電氣架構(gòu)逐漸從分布式走向集中，以減少車輛線束，提高內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)效率，此時(shí)，算力也趨向于集中，僅依靠MCU已難以滿足計(jì)算需求。目前，ADAS和智能座艙芯片以CPU、GPU和NPU為主，并集成在域控制器中。域是將傳統(tǒng)ECU控制進(jìn)一步集中，形成幾大功能塊，可概括為整車控制域（VDC），智能駕駛域（ADC），智能座艙域（CDC）。未來，在基于域的集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上，還將向域融合（中央集成）架構(gòu)方向發(fā)展，它進(jìn)一步簡化了架構(gòu)，功能更加集中。在分布式ECU逐漸向域集中的過程當(dāng)中，由DCU（域控制器）集成多類ECU實(shí)現(xiàn)控制功能的集中。

從目前的情況來看，汽車中的MCU有減少之勢，特別是座艙越來越智能化，要實(shí)現(xiàn)的功能繁多，包括信息娛樂、人機(jī)交互等，為了實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)功能，需要更高性能的芯片，使得MCU地位呈下降趨勢。以儀表盤為例，該部分性能提升使MCU的主控地位被高算力處理器取代。

總體來看，MCU在傳統(tǒng)功能的控制應(yīng)用上仍有一席之地，而在座艙和ADAS的用量會(huì)明顯減少。不過，在可預(yù)見的未來，汽車用MCU的市場總量依然很大。

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別逐步提升，應(yīng)用功能越來越豐富，汽車對芯片算力的要求越來越高。特別是在安全性和實(shí)時(shí)性方面，ADAS的要求很高，需要系統(tǒng)具備更高的認(rèn)知與推理能力。

目前，以Mobileye、英偉達(dá)、特斯拉為代表的廠商在ADAS計(jì)算芯片方面走在了市場前列，相關(guān)產(chǎn)品已在中高端和新勢力車型中廣泛應(yīng)用。

Mobileye是L2及以下級(jí)別輔助駕駛的龍頭，也是汽車ADAS技術(shù)的奠基者和引領(lǐng)者，在英偉達(dá)、高通和特斯拉崛起之前，Mobileye一直是ADAS行業(yè)的龍頭。不過，由于短板明顯（采用不向主機(jī)廠開放數(shù)據(jù)權(quán)限的“黑盒”模式，以及軟硬件必須捆綁銷售），從2020年開始，Mobileye的拳頭產(chǎn)品EyeQ芯片出貨量增速明顯下滑，特別是在智能化水平很高的電動(dòng)車領(lǐng)域，Mobileye的競爭力越來越弱。

近些年，英偉達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域崛起，成為了當(dāng)今的行業(yè)老大。英偉達(dá)的初代自動(dòng)駕駛處理器是Drive系列，隨著車載系統(tǒng)需求的發(fā)展，Drive系統(tǒng)也在不斷升級(jí)，例如，Drive PX Xavier配備了一塊Xavier芯片，適用于L2級(jí)輔助駕駛，對于更高級(jí)別應(yīng)用，可以采用兩個(gè)Xavier加上兩個(gè)圖靈架構(gòu)的GPU。后來，英偉達(dá)推出了具備更高性能的Orin芯片，不久前，該公司新推出了算力達(dá)到2000 TOPS的Thor。強(qiáng)大算力的芯片組合，使得客戶可以根據(jù)不同使用場景選擇適合的芯片，幫助英偉達(dá)較為迅速地打開了市場局面。

除了算力，英偉達(dá)還在軟件工具開發(fā)上花費(fèi)了大量資金，先后推出了DRIVE OS、DRIVEWORKS、DRIVE AV、DRIVE IX。英偉達(dá)軟件的凸出特點(diǎn)是開放性高，應(yīng)用靈活，適配性好。這些對用戶都是很友好的，很受歡迎。

近幾年，特斯拉也在自研自動(dòng)駕駛處理器，名為FSD，放棄了原來用的EyeQ3和Drive平臺(tái)。FSD從算法需求出發(fā)，采用了全新的芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)，其核心是兩個(gè)NPU組成的NNA（Neural Network Accelerator，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速單元）。從算法出發(fā)設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)，使其能耗比更優(yōu)；可以更激進(jìn)地嘗試新方案，不需要通過第三方車規(guī)級(jí)認(rèn)證等復(fù)雜流程。另外，軟硬件都通過自研完成，可以加快整車研發(fā)迭代速度，效率高于外購芯片模式。

目前，中國相關(guān)廠商也在加大ADAS處理器研發(fā)投入，代表企業(yè)是地平線和華為。地平線的拳頭產(chǎn)品是征程系列，已經(jīng)迭代到征程6，并擁有超過 20 個(gè)合作車企。華為的MDC810平臺(tái)也將軟硬件整合在了一起，已經(jīng)用在北汽極狐αS Hi版和阿維塔11上。

除了ADAS，智能座艙對芯片算力的要求也在提升，而高通是目前該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，中國本土企業(yè)也在發(fā)力，通過合作和自研等多種方式，緊跟座艙芯片發(fā)展。以廣通遠(yuǎn)馳為例，該公司基于高通QCM6125平臺(tái)，研發(fā)出了AL656S座艙SoC模組，支持高分辨率中控大屏，提供AI語音操控、在線實(shí)時(shí)導(dǎo)航、360環(huán)視、快速倒車影像等功能，已經(jīng)應(yīng)用在廣汽傳祺和廣汽埃安等多款量產(chǎn)車上。

03、車載通信

汽車中使用的電子控制和通信系統(tǒng)越來越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)電控、自動(dòng)變速器控制、車載多媒體和自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）。這些系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和汽車顯示儀表之間需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換，此時(shí)，常規(guī)點(diǎn)對點(diǎn)的導(dǎo)線連接和信息傳輸方式是不適用的，因?yàn)檫@樣裝配出的系統(tǒng)太復(fù)雜了，且故障率會(huì)很高。這時(shí)，就需要用到汽車總線。

傳統(tǒng)汽車使用的總線（CAN、LIN、FlexRay、MOST）在成本、性能上越來越難以滿足網(wǎng)聯(lián)化、智能化汽車的需求，而以太網(wǎng)在汽車應(yīng)用中的優(yōu)勢逐漸凸顯出來。

車載以太網(wǎng)在傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列優(yōu)化和改良，針對車內(nèi)通信需求研發(fā)出了一種用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)，它有諸多優(yōu)點(diǎn)，如數(shù)據(jù)傳輸帶寬高，系統(tǒng)簡潔。車載以太網(wǎng)使用單對非屏蔽雙絞線及更小型的連接器，與傳統(tǒng)總線相比可減少80%的線束成本和30%的布線重量。它可通過使用回聲抵消技術(shù)在單線對上實(shí)現(xiàn)雙向通信，以滿足智能化對高帶寬的需求。

目前，博世、采埃孚、特斯拉等都提出了新一代汽車網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)。

據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟預(yù)測，未來智能汽車單車以太網(wǎng)端口將超過100個(gè)，這為車載以太網(wǎng)芯片提供了巨大的發(fā)展空間。在具備先進(jìn)ADAS功能和以太網(wǎng)總線的汽車中，每一個(gè)傳感器（攝像頭、各種雷達(dá)）都需要部署一個(gè)PHY芯片以連接到ADAS域，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)也需要配置若干個(gè)PHY芯片。

除了有線通信（以太網(wǎng)），車聯(lián)網(wǎng)普及對車上的無線通信能力和可靠性的要求也越來越高，這方面，高通處于優(yōu)勢地位。

04、功率器件

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)車對功率器件的工作電流和電壓有更高要求，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、整車熱管理、充電逆變等系統(tǒng)的核心元器件，尤其是MOSFET和IGBT，而SiC MOSFET憑借其耐高壓、耐高溫等特性，在汽車電控系統(tǒng)應(yīng)用中如魚得水。

在電動(dòng)汽車中，SiC MOSFET主要用于驅(qū)動(dòng)和控制電機(jī)的逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換、車載充電器OBC，以及充電樁。與硅基IGBT相比，SiC MOSFET產(chǎn)品尺寸小、能耗低，可以有效提升汽車電池的電能轉(zhuǎn)化效率，提高續(xù)航能力，同時(shí)還可以優(yōu)化電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)，節(jié)省成本，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化設(shè)計(jì)。

2018年，特斯拉率先在其Model 3 中搭載了采用24個(gè)650V、100A的SiC MOSFET模塊的主逆變器，電能轉(zhuǎn)換效率的提升使續(xù)航里程提升了5%~10%，同時(shí)，車身重量比Model S減輕了20%。博世等多家Tier1制造商，以及比亞迪、蔚來、小鵬等車企都已在部分產(chǎn)品中采用了SiC MOSFET方案。2022 年，由于電動(dòng)車普及率和SiC MOSFET模塊用量雙提升，使得SiC器件和模塊在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展速度超過了市場預(yù)期。

05、模擬芯片

無論是傳統(tǒng)燃油車，還是電動(dòng)汽車，都會(huì)用到大量的模擬芯片，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管、機(jī)油、剎車、空調(diào)壓力、動(dòng)力總成、汽油尾氣檢測、車載電池管理等系統(tǒng)。在電動(dòng)車中，模擬芯片的重要性更強(qiáng)，隨著汽車電動(dòng)化、智能化的快速普及，車用模擬芯片的市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢。

隨著ADAS的普及，安全的重要性越來越凸出，這就要求電子系統(tǒng)與電源做到有效的安全隔離，此時(shí)，模擬隔離芯片起到了關(guān)鍵作用。此外，ADAS系統(tǒng)需要極高性能和可靠性的毫米波雷達(dá)、監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)、車聯(lián)控制模塊、電源輔助模塊等，這些都離不開高性能模擬芯片，如放大器、接口、電源管理芯片等。

智能化的普及，使得車內(nèi)顯示面板的使用量顯著增加，尺寸也越來越大。目前，平均每輛車有不少于兩塊面板的使用率，到2025年會(huì)達(dá)到3塊以上。同時(shí)，汽車市場對高亮度、高對比度面板的需求也在提升，MiniLED、AMOLED的普及率也越來越高。所有這些，對相關(guān)驅(qū)動(dòng)IC、TDDI的數(shù)量和質(zhì)量要求也在提升。

06、存儲(chǔ)芯片

隨著智能化水平的提升，存儲(chǔ)芯片在汽車中的用量也在提升，特別是ADAS和智能座艙，對車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片的需求量和性能要求越來越高。

以ADAS為例，在汽車行駛過程中，該系統(tǒng)要收集大量道路數(shù)據(jù)，包括攝像頭、雷達(dá)、GPS采集進(jìn)來的信息，系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)上傳到車企數(shù)據(jù)中心后對其進(jìn)行AI訓(xùn)練，并在ADAS平臺(tái)上驗(yàn)證和仿真，整個(gè)過程需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

汽車在路測時(shí)，L2級(jí)測試在一小時(shí)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生2TB的數(shù)據(jù)，L4-L5級(jí)路測每小時(shí)的數(shù)據(jù)量則達(dá)到16-20TB，整個(gè)研發(fā)周期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將達(dá)到EB級(jí)。海量數(shù)據(jù)的緩存、讀取和處理將對存儲(chǔ)系統(tǒng)的讀寫性能、容量、可靠性提出更高要求。這樣看來，車載存儲(chǔ)芯片（DRAM，SRAM，NAND Flash，NOR Flash，EEPROM）的市場潛力也是很可觀的。

07、結(jié)語

2023年即將過去，從目前的情況來看，汽車應(yīng)用似乎是2023全年芯片市場的唯一亮點(diǎn)。

汽車芯片的長期發(fā)展前景也很樂觀，未來幾年，每輛車的半導(dǎo)體含量將穩(wěn)步增長。S&P AutoTechInsight在2023年1月預(yù)測，未來7年，每輛車的平均半導(dǎo)體含量將增長80%。

在這樣的增長預(yù)期下，汽車各個(gè)功能部分對相關(guān)芯片的需求量將持續(xù)提升，而且，隨著新一輪車規(guī)級(jí)認(rèn)證的展開和確定，車用6大類芯片有望迎來更高層級(jí)的市場需求和認(rèn)可，這對產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)環(huán)節(jié)（芯片設(shè)計(jì)、制造、封測）的技術(shù)、工藝進(jìn)步和產(chǎn)能擴(kuò)充都是利好。

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審核編輯 黃宇