半导体在自动驾驶系统中起着更重要的作用

毫无疑问，半导体技术是所有现代汽车的核心。基于半导体技术的计算机在车辆中的使用可以追溯到20世纪60年代。当时部署在燃油喷射、变速箱控制、早期驾驶员辅助等动力系统的应用中。早期发展侧重于驾驶员的辅助功能，如发动机控制、排放改进、牵引力控制、防抱死制动等。

在过去的几十年里，特别是本世纪以来，MCU在车辆中的应用和普及率不断提高，现在几乎控制了车辆运行的各个方面。目前，MCU用于处理大多数电子驱动系统，如窗户、电动调节后视镜、信息娱乐、音频系统和方向盘控制。，并将输入、执行和计算传输到整个汽车上。

半导体晶圆在不同车辆中的价值

随着电动汽车在市场上站稳脚跟和自动驾驶功能的出现，该行业正处于第二次汽车半导体应用热潮的开始。用于自主技术的传感器BA6956AN和高性能计算机需要由稀有材料制成的半导体，以及使用最先进处理技术的硅片；电气化也需要在功率电子和电池管理系统中消耗大量的半导体，前者将从硅过渡到性能更高的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术。

一段时间以来，业界一直认为自动驾驶汽车即将到来，但它已经出现在某些方面。就在上个月，继2022年在德国获得认证后，梅赛德斯-奔驰S级在美国获得了SAE L3认证。其意义在于，S级往往是汽车行业的潮流引领者，在未来十年，L3技术的汽车价位将逐步下降。即使是L4车辆现在也在一些城市建立了存在。在美国亚利桑那州凤凰城，任何人都可以使用Waymo的完全无人驾驶自动出租车，前提是路线和最终目的地在选定的地理围栏区域内。

自动驾驶需要更多的半导体

ADAS和自动驾驶汽车有望以其超人安全性彻底改变运输行业，其能力来自传感器和计算机依靠先进的半导体技术提供最佳性能。因此，ADAS和自动驾驶汽车将成为汽车半导体市场增长的主要驱动力。三个因素将共同促进高增长率：L3和L4自动驾驶汽车的出现和使用以及所需的传感器；汽车传感器向更先进的半导体过渡；车辆采用高性能计算。

IDTechex的研究表明，2021年全球销售的39%的新车都配备了足够的ADAS功能，以满足L2标准。这类车辆至少配备了自适应巡航控制和车道保持辅助系统。此外，2021年发货的39%为L1，其余仅为L0或无自动化技术。

L3汽车也进入了市场。2021年，本田传奇在日本被授予L3，出货100辆。2022年，梅赛德斯S级获得德国L3认证，年销售额约10万辆。

半导体在自动驾驶系统中起着更重要的作用，从L3开始就需要比ADAS系统更多的传感器。L4Robotaxi将拥有更全面的传感器套件，以提供商用车所需的鲁棒性能。L3或以上的车辆可能至少使用一个激光雷达。（LiDAR），这将促进高价值半导体的增长。由于其计算负荷远高于ADAS车辆，L4乘用车和Robotaxi可以使用重复的计算机系统来实现冗余。此外，高自动驾驶车辆的豪华特性将增加MCU在整个车辆中的使用。

激光雷达MCU预处理数据，并将数据中继到ADAS/AD域控制器。激光雷达、激光探测器、激光驱动器等半导体用于激光雷达，包括Si、GaN、InP、GaAs、InGaAs、Ge等。

传感器的三大趋势

对于传感器，不仅更多，还需要使用更昂贵、更先进的半导体技术来实现更高性能的传感器。例如，雷达过去使用了相当成熟的90nmsigeBiCMOS技术，但对更好性能的需求意味着下一代4D成像雷达将使用四十毫米及以下节点的SiCMOS技术。随着节点尺寸的减小，这些雷达将获得性能，但成本也会增加。

最近，激光雷达的价格一直在下降，利用率也在提高。它是L3级以上车辆的关键传感器，但由于其安全优势，它也将开始穿透L2级以下车辆。目前，最接近红外激光雷达的部署最多。它的探测器可以建在硅上，所以很便宜。但激光雷达的趋势是短波红外线。为了提供性能优势，需要更昂贵的Ingas探测器。因此，激光雷达将被越来越多地使用，并过渡到更有价值的半导体类型。

有兴趣增加激光雷达驱动的非硅基半导体需求。目前，大多数激光雷达都在近红外地区工作，通常波长为905nm，这可以通过硅光探测器来实现。但在未来，激光雷达很可能使用波长为1550nm的短波红外地区。这一趋势显示了1550nm激光雷达发布的压倒性优势。

尽管特斯拉一直公开反对激光雷达，但Waymomo是其他自主领域的主要参与者。Cruise、戴姆勒和本田都在高度自动化的车辆上使用激光雷达。事实上，到2022年底，只有两辆车通过了SAEL3认证：梅赛德斯S级和本田传奇。IDTechex预计，L3技术将在未来十年广泛应用于高端车辆模仿S级。当然，这将促进这些高端车辆所需的所有传感器类型和计算机半导体需求。

传感器有三个趋势：第一，随着自动化程度的提高，车辆周围的摄像头越来越多，可能会增加红外摄像头；第二，L3及以上车辆周围的激光雷达增加；第三，L3及以上车辆通常安装五个雷达，雷达本身使用更先进的接收芯片提供更高的性能。

汽车工业面临着越来越大的电气化脱碳压力。到去年，电动汽车的销量已经增长到所有新车的百分之十左右，并正处于早期阶段，并得到更广泛的应用。电动汽车的功率电子产品和电池组带来了额外的需求，促进了半导体产业的发展。

原设备制造商一直在寻找通过提高车辆效率来扩大里程的方法。硅逆变器转向碳化硅逆变器是一种越来越流行的方法。特斯拉、梅赛德斯、奥迪和福特、比亚迪和小鹏等电动汽车原始设备制造商转向碳化硅有两个因素。首先，一些原始设备制造商计划从400V转向800V结构。高电压降低了实现相同功率所需的电流，降低了欧姆在动力传动系统中的损耗，提高了效率。碳化硅更适合更高的电压，因此是比硅更明智的选择。采用碳化硅的第二个原因是，在400V时，碳化硅也比硅更高效，这就是为什么像特斯拉这样的玩家会感兴趣，尽管其现有的400V增压器网络很难过渡到800V。

总之，未来的汽车将更加先进，需要半导体行业取得更大的进步；自主性不仅带动了一个行业，也带动了整个汽车半导体行业的发展。