汽车芯片的百年征程

  开云电子官方网站早在1901 年,马可尼公司就在一辆蒸汽机车上安装了移动无线站,用于军事通信。

  1919 年,一位著名的早期实验者是阿尔弗雷德·格雷布 (Alfred Grebe),他在使用真空管接收器在他的汽车上建造并操作了一台无线 年代公共广播电台的激增点燃了业余爱好者的想象力,他们开始将笨重的家用收音机改装用于汽车。

  这些早期的汽车收音机依赖真空管技术,是一种奢侈品。真空管是那个时代主要的电子元件,体积大、易碎、耗电且昂贵。

  它们需要大量电力,通常是灯丝的低电压和工作所需的更高电压,通常由笨重的独立电池或连接到汽车电气系统的发电机提供。

  1922 年,雪佛兰提供了一款西屋收音机作为 200 美元的选装件——这在当时是一笔不小的数目。

  20 世纪 30 年代开始,电池制造商的 Philco 收购了汽车收音机公司 (ARC),并于 1930 年成为“Transitone”品牌汽车收音机的大规模生产商。

  Sylvania 于 1939 年开发了带有锁定插座的“Locktal”管,以更好地抵抗振动,并且设计了新的线 伏汽车电池工作。

  早期的汽车收音机通常是TRF(调谐射频)类型,需要多个旋钮进行调谐,但 20 世纪 30 年代超外差电路的出现将调谐简化为单个旋钮。

  对于汽车音响乃至所有电子产品而言,真正的游戏规则改变者是 1947 年贝尔实验室发明的晶体管。

  晶体管为真空管提供了一种革命性的替代方案:它们体积更小、重量更轻、更耐用、功耗更低,并且可以以更低的成本制造。

  克莱斯勒与Philco合作,推出了世界上第一台全晶体管汽车收音机 Mopar Model 914HR,这款收音机提供“即时开启”操作,消除了真空管所需的预热时间,并且更能抵抗驾驶固有的冲击和振动。

  虽然在 1946 年,只有 40% 的汽车装有收音机,但到 20 世纪 70 年代,这一数字已飙升至 90%。

  1934 年的一项民意调查显示,56% 的受访者认为它们是“危险的分心”。

  反对者认为,调谐收音机或听音乐会分散对道路的注意力,甚至可能使驾驶员昏昏欲睡。

  在 20 世纪 50 年代,年轻的驾驶者更喜欢使用响亮的收音机来彰显自己的个性。

  所有现代固态电子学的基础发明;为更小、更高效、更可靠的汽车收音机铺平了道路。

  世界上第一台商用全晶体管汽车收音机;体积更小,功耗更低,“即时开启”,更坚固。标志着重大的技术转变。

  车载音响大众化;收音机成为标准配置,从1946年的40%汽车普及到1970年代的90%。

  苹果iPad、音响、耳麦…今年的Keysight world 线 世纪 60 年代末和 70 年代,人们对空气污染和燃料消耗的担忧日益加剧。

  当晶体管使车载娱乐无处不在时,另一场更根本的革命正在酝酿:将电子技术应用于控制汽车的核心——发动机。

  这一转变主要不是由消费者对功能的需求驱动,而是由紧迫的法规和性能要求驱动。

  各国政府,特别是美国通过 1970 年的《清洁空气法》,开始实施日益严格的排放标准。

  朝着这个方向迈出的第一个重要步骤是电子燃油喷射 (EFI) 系统的开发,该系统由早期形式的电子控制单元 (ECU) 管理。

  其中最广为人知的先驱之一是博世 D-Jetronic 系统,该系统于 1968 年首次出现在大众 Type III 上。

  MCU 本质上是单芯片上的小型计算机,集成了处理器内核、存储器(用于程序存储的 ROM,用于临时数据的 RAM)和可编程输入/输出外设,使其非常适合在恶劣的汽车环境中执行专用控制任务。

  20 世纪 70 年代末和 80 年代初,领先的半导体公司与汽车巨头建立了重要的合作伙伴关系,以开发和实施这些 MCU。

  英特尔 (Intel): 在 1976 年进入汽车市场后,英特尔与福特紧密合作。这一合作最终促成了 福特电子发动机控制 IV (EEC-IV) 系统,该系统于 1983 年车型中引入。其核心是定制设计的 英特尔 8061 16 位微控制器,这是英特尔商用 8096 系列的衍生产品。福特的 EEC-IV 被誉为当时“世界上最先进的汽车计算机”,福特也成为英特尔 8061 芯片及相关存储设备的大量消费者。

  摩托罗拉 (Motorola): 1976 年,摩托罗拉与通用汽车合作,为通用汽车的 计算机指令控制 (CCC) 系统开发定制微型计算机。到 1981 年,所有通用汽车都配备了基于 摩托罗拉 6802 8 位微处理器的电子控制模块 (ECM),由德科电子制造。22 后来,摩托罗拉广受欢迎的 MC68HC11 8 位 MCU 及其 16 位后续产品在通用汽车和克莱斯勒的发动机和变速箱控制器中得到广泛应用。

  德州仪器 (TI): TI 于 1974 年推出了 TMS1000 系列,被公认为首款大批量商用微控制器。TMS1000 专为包括汽车在内的嵌入式应用而设计,为各种控制功能提供了低成本解决方案,促进了 MCU 的更广泛采用。

  东芝 (Toshiba): 日本电子公司也积极参与其中,东芝的 TLCS-12 PMOS 微处理器被用于 1975 年投入量产的早期福特 EEC 系统中。

  这些早期的汽车 MCU 主要接管了关键的发动机功能:精确控制燃油喷射和点火正时,管理空燃比,以及控制怠速。

  防抱死制动系统 (ABS): 在紧急制动期间防止车轮抱死以保持转向控制的概念早有机械实现(例如,1966 年的 Jensen FF 28)。克莱斯勒于 1971 年将该技术应用于汽车。29 然而,博世的电子 ABS 于 1978 年作为梅赛德斯-奔驰 W116 的选装件提供,标志着这一重要安全功能的复杂电子控制的到来。28 这些系统使用轮速传感器和电子控制器来调节制动压力。

  20 世纪 90 年代和 21 世纪初标志着汽车电子技术进入了一个重要的成熟阶段。在发动机控制单元奠定的基础上,半导体芯片开始渗透到汽车的几乎每一个方面,增强了安全性、便利性,并引入了最初的连接性和先进信息系统。

  电子控制单元在功率和复杂性方面持续增长,集成了来自更多传感器的输入,以便更精确地管理发动机和其他新兴的车辆子系统。

  安全气囊 (Airbags): 虽然构想更早(沃尔特·林德勒 (Walter Linderer) 1951 年的专利 ),但安全气囊在 20 世纪 90 年代得到广泛采用,从可选配件转变为标准安全设备。克莱斯勒被认为在 1988 年推出了首款量产驾驶员侧安全气囊。这些关键的安全设备依赖 MCU 来解释来自加速度传感器的信息,并在发生碰撞时,在几毫秒内触发安全气囊展开。博世、恩智浦、英飞凌、意法半导体和德州仪器等主要半导体公司成为这些救生电子系统的重要供应商。

  电子稳定控制系统 (ESC): 一项突破性的安全创新,ESC 由梅赛德斯-奔驰和博世共同开发,于 1995 年首次出现在梅赛德斯-奔驰 S 级轿车上。28 ESC 系统使用传感器网络(监测轮速、转向角、偏航率、横向加速度)和一个 ECU 来检测和减轻侧滑,通过选择性地对单个车轮施加制动,并在必要时降低发动机功率。ESC 在防止失控事故方面非常有效,最终在许多地区成为强制性配置。

  牵引力控制系统 (TCS): 由宝马、梅赛德斯-奔驰和丰田等汽车制造商于 1987 年引入 28,TCS 使用 MCU 来管理发动机输出和/或施加制动,以防止加速时车轮打滑,从而增强车辆的稳定性和控制性,尤其是在湿滑路面上。

  除了基本的 AM/FM 收音机,盒式磁带播放器在 20 世纪 60-80 年代变得普遍,并在 90 年代让位于车载 CD 播放器,后者提供了卓越的音质和音乐选择控制。

  除了这些之外,数字导航的概念已经被踢了出来,这一时刻也是数字导航的黎明时刻。

  诸如机械式 Iter Avto(20 世纪 30 年代)之类的概念性先驱显示了早期对路线引导的渴望。

  本田 Electro Gyro-Cator(1981 年,日本)是一项重要的早期尝试,它是一种惯性导航系统,使用氦气陀螺仪和在屏幕上滚动的半透明地图。该系统需要电子处理来解释陀螺仪的数据并将其与地图显示同步。

  Etak Navigator(1985 年,美国)是一款后装的数字导航,代表了向存储在盒式磁带上的数字地图的飞跃。它使用航位推算法(根据先前确定的位置、速度和航向计算位置),并配有一个单色屏幕,随着汽车的移动而更新。这需要处理地图数据检索以及与车辆运动传感器的集成。

  丰田基于 CD-ROM 的导航系统(1987 年,仅限日本市场的丰田皇冠 Royal Saloon G)是第一个使用 CD-ROM 存储地图的系统,并且还配备了彩色显示屏,仍然依赖航位推算法。 CD-ROM 的使用为详细地图提供了更大的存储容量。

  一个关键时刻出现在 1990 年,马自达 Eunos Cosmo(仅限日本市场)成为第一款配备内置全球定位系统 (GPS) 用于导航的量产汽车。这需要专用的 GPS 接收器芯片和当时相当大的处理能力来解释卫星信号、执行三边测量计算并在数字地图上显示车辆的实时位置。

  通用汽车紧随其后推出了其 GuideStar 系统(最初称为 ONIS),该系统于 1992 年首次出现在 Avis 租赁汽车上,然后作为 1995 年奥兹莫比尔 88 的原厂选装件。该系统也使用GPS,并将地图数据存储在卡带上。

  20 世纪 90 年代末也见证了汽车互联的诞生,从根本上改变了汽车、乘员与外部世界之间的关系。

  梅赛德斯-奔驰于 1999 年推出了其 TeleAid 系统,提供类似的功能,如紧急呼叫和路边援助。

  远程诊断功能大约在 2001 年开始出现,允许车辆无线传输健康状况和诊断信息。

  “智能钥匙”(梅赛德斯-奔驰于 1998 年首创,用于无钥匙进入和点火 )以及可变间歇式雨刮器都依赖这些嵌入式芯片进行操作。

  从 2000 年代中期到 2010 年代,先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和互联汽车技术的复杂性和采用率呈爆炸式增长。

  这个时代的特点是集成到车辆中的传感器数量和类型迅速增加,相应地,解释这些数据所需的处理能力也急剧飙升,并且出现了专为这些要求苛刻的汽车应用而设计的强大片上系统 (SoC)。

  ADAS 功能曾是豪华车的专属配置,但在消费者对安全性和便利性的需求以及监管鼓励的推动下,开始成为主流。

  20 世纪 90 年代末和 21 世纪初的早期系统,使用激光雷达(三菱、丰田)、雷达(梅赛德斯“Distronic”、捷豹、宝马)或摄像头(斯巴鲁),从简单的距离警告发展到全方位的速度控制,包括油门、降档,最终还包括了完整的制动能力。

  传感器技术也得到了发展,雷达(最初是 24GHz,后来为了提高精度和范围越来越多地采用 77GHz)因其全天候能力而日益突出,通常辅以摄像头进行物体识别。

  车道偏离预警 (LDW) 系统,如果驾驶员无意中偏离车道,系统会发出警报(由 Iteris 于 2000 年为梅赛德斯 Actros 卡车首创 ),并辅以 车道保持辅助 (LKA) 系统。LKA 主动提供转向扭矩,帮助车辆保持在车道中央,这严重依赖前置摄像头和复杂的图像处理芯片来检测车道标记。

  自动紧急制动 (AEB) 取得了关键进展。本田于 2003 年在日本 Inspire 上推出的碰撞缓解制动系统 (CMBS) 是早期的量产 AEB 系统,能够警告驾驶员并施加制动。沃尔沃于 2008 年推出的“City Safety”专注于低速碰撞避免。这些系统通常使用前视雷达、摄像头,有时还使用激光雷达的组合来检测与其他车辆或行人的潜在碰撞,如果驾驶员未能及时响应,则自动施加制动。

  其他 ADAS 功能,如盲点监测 (BSD)、后方交叉路口警报 (RCTA) 以及各种形式的泊车辅助(使用超声波传感器、摄像头和雷达),变得越来越普遍,显著增强了驾驶员的感知能力并减少了低速事故。

  摄像头: 汽车摄像头从基本的 VGA 分辨率迅速发展到数百万像素传感器。关键的进步包括高动态范围 (HDR) 成像,以应对具有挑战性的照明条件(例如,驶出隧道、夜间驾驶时遇到明亮的前照灯),以及 LED 闪烁抑制 (LFM),以正确解读来自现代 LED 交通灯和车辆灯光的信号。像安森美(收购了 Aptina,前身为美光成像部门)这样的公司处于这些创新的前沿,开发出具有 120dB HDR 和 LFM 功能的传感器。

  雷达: 汽车行业越来越多地采用 77GHz雷达系统,取代了较早的 24GHz 技术,因为其带宽更宽,可以提供更好的分辨率、范围和速度测量精度。雷达已成为 ACC、AEB 和 BSD 不可或缺的组成部分。

  激光雷达 (LiDAR - 光探测和测距): 虽然成本更高,但 LiDAR 因其能够创建车辆周围环境的精确 3D 点云,提供出色的物体检测和分类能力,尤其是在复杂的城市环境中,开始被认真考虑并应用于一些高端 ADAS 系统中。

  海量且多样的传感器数据催生了传感器融合——将来自多种传感器类型的数据智能地结合起来(例如,将雷达的距离/速度精度与摄像头的物体分类能力相融合),从而比任何单一传感器都能更全面、准确、稳健地理解驾驶环境。

  恩智浦半导体 (NXP Semiconductors) (于 2015 年收购飞思卡尔): 仍然是一支主要力量,不断发展其汽车处理器产品组合。S32 汽车平台,包括 S32V (视觉) 处理器,旨在为 ADAS 和自动驾驶提供可扩展的解决方案,集成了图像处理功能和功能安全特性。

  英飞凌科技 (Infineon Technologies): 专注于安全关键应用,推出了其 AURIX™ 系列微控制器(例如 TC2xx 系列和早期的 TC3xx)。这些 MCU 通常具有多个带锁步内核的 TriCore™ CPU,旨在满足高级别的汽车安全完整性等级 (ASIL D),并用于雷达系统、传感器融合 ECU 和其他 ADAS 域控制器。

  嵌入式 SIM 卡变得更加普遍,宝马是 2004 年的早期采用者,允许车辆拥有自己专用的互联网连接,用于实时交通信息和远程功能等服务。

  智能手机集成变得无缝。虽然早期的应用程序允许一些远程控制(例如,克莱斯勒 2008 年的 Uconnect 网络热点,梅赛德斯-奔驰 2009 年的 mbrace ),但随着 Apple CarPlay(2014 年 3 月发布)和 Android Auto(2014 年 6 月发布)的推出,游戏规则发生了改变。

  这些平台允许驾驶员通过车辆的信息娱乐显示屏和控件安全地访问和控制关键的智能手机应用程序(导航、音乐、消息)。这是一个关键时刻,因为外部科技巨头开始严重影响车内用户体验,迫使汽车制造商设计能够支持这些主流移动生态系统的信息娱乐平台并选择相应的芯片。

  对更丰富的图形、多个高分辨率显示器(用于仪表盘和中央信息娱乐屏幕)、无缝智能手机集成以及互联服务的需求,推动了功能日益强大的信息娱乐 SoC 的发展。这通常导致车辆内部采用双架构方法:用于 ADAS 的高度专业化、注重安全的 SoC,以及用于用户体验驱动的信息娱乐领域的独立、强大的 SoC。

  高通 (Qualm) 将其占主导地位的骁龙移动处理器技术应用于汽车市场。像骁龙 602A 这样的芯片专为信息娱乐系统设计,可驱动多个显示器、导航和语音识别。

  德州仪器 (Texas Instruments) 继续通过其 Jacinto 平台服务于这个市场,其 DRA 系列 SoC 满足信息娱乐和数字仪表盘应用的需求,通常与其 TDA ADAS 处理器共享架构元素以实现开发协同效应。

  英特尔 (Intel) 也在信息娱乐领域展开竞争,凭借其在汽车 ECU 领域的悠久历史,为车载体验提供处理器。

  这个时代为随后的人工智能驱动的自动驾驶能力奠定了关键基础,建立了定义现代汽车的核心传感器技术、处理架构和连接框架。

  表 3(续):关键 ADAS 功能、赋能传感器和 SoC 赋能器(2000 年代中期 - 2010 年代)

  这一雄心壮志要求车载计算能力实现巨大飞跃,推动了高度专业化的人工智能 (AI) 芯片和高性能计算机 (HPC) 的发展,这些计算机旨在处理车辆独立感知、决策和行动所需的巨大数据流和复杂算法。

  从驾驶员辅助(L1-2 级 ADAS)到有条件或完全驾驶员替代(L3-5 级自动驾驶)的转变,复杂性呈指数级增长。

  这些不是单个芯片,而是强大的、集中的计算平台,通常被描述为车轮上的服务器,

  它们整合了多个要求苛刻的领域的处理,特别是 ADAS/AD、高级信息娱乐和车辆连接。

  HPC 通常具有多个强大的 CPU 内核、高吞吐量 GPU(图形处理单元,最初为游戏和专业图形设计,但被重新用于并行 AI 计算),以及越来越多专为深度学习工作负载设计的专用 AI 加速器或神经处理单元 (NPU)。

  这种集中化支持向区域或中央计算架构的转变,简化了布线,减少了 ECU 的绝对数量,并实现了更灵活的软件部署。

  这些 HPC 的核心以及现代自动驾驶能力背后的驱动力是专用 AI 加速器和 SoC。对大规模并行处理的需求,特别是用于图像识别和物体检测的卷积神经网络 (CNN),以及用于决策的强化学习等其他机器学习模型,刺激了新一轮的芯片创新。

  英伟达的战略重点是为 L2+ 辅助驾驶到 L5 完全自动驾驶系统提供可扩展的硬件和软件(DRIVE OS、DriveWorks、DRIVE AV/IX SDK)平台,并已被包括梅赛德斯-奔驰、捷豹路虎、沃尔沃、丰田和 Rivian 在内的众多汽车制造商采用。这种复杂 AI 芯片的开发标志着一个至关重要的认识:通用 CPU 甚至传统 GPU 本身都无法满足自动驾驶独特而严苛的需求,因此需要这种新型专用芯片。

  高通骁龙 Ride 平台 (Qualm Snapdragon Ride Platform): 高通将其成功的骁龙移动 SoC 架构扩展到汽车领域,推出了骁龙 Ride 平台。76 该平台提供一系列可扩展的 SoC 和 AI 加速器,专为 ADAS 和 AD 应用而设计,强调性能、功率效率和集成连接解决方案(包括 5G)。通用汽车(用于其 Ultra Cruise 系统)、宝马和福特等汽车制造商已采用骁龙 Ride 组件。

  在中国国内,比较有名的则是华为的昇腾610系列芯片,以及地平线和黑芝麻智能等SOC的厂商。

  这种激烈的竞争和快速的创新导致了自动驾驶技术的“平台化”。半导体公司越来越多地提供全面的硬件和软件堆栈(例如,英伟达 DRIVE Hyperion、高通骁龙 Ride、Mobileye Drive)。

  越来越多地由运行在这些强大的、集中的 SoC 和 HPC 上的软件来定义和控制,而不是硬编码到众多分立的硬件模块中。

  这种由强大的 AI 芯片实现的架构转变,使汽车制造商能够在车辆的整个生命周期内部署空中 (OTA) 软件更新。

  这些更新可以提供新功能、修复错误、增强性能并提高安全性,有效地使汽车能够随着时间的推移而发展和改进。

  这改变了传统的汽车商业模式,将价值转向软件和服务,并通过功能订阅或按需升级实现持续的收入流,从根本上改变了汽车所有权的性质,从静态产品转变为不断发展的平台。

  汽车行业对这种先进芯片的拥抱证明了其认识到自己现在是尖端半导体创新的主要驱动力,正在推动 AI 处理、功率效率和功能安全方面的界限,其要求通常与传统高科技领域相当甚至更高。

  梅赛德斯-奔驰, 捷豹路虎, 沃尔沃, 丰田, 小鹏, 理想汽车, Rivian; ADAS, 机器人出租车, 卡车运输

  巨大的性能飞跃,专为集中式计算设计,集成多种工作负载 (AD, IVI, 座舱)。

  功率效率,成熟的视觉处理专业知识,从 ADAS 到 AD 的可扩展解决方案,REM 地图绘制。

  丰田, 日产, 斯巴鲁, 福特; ADAS, 传感器融合, 域控制, 座舱

  专注于功能安全 (ASIL-D),实时性能,安全性,在安全关键 MCU 领域实力雄厚。

  随着汽车半导体变得越来越强大并成为车辆运行不可或缺的一部分,尤其是在 ADAS 和自动驾驶领域。

  它们面临着与可靠性、功耗、成本、供应链稳定性和纯粹复杂性相关的独特挑战。

  芯片必须在极端温度范围(有时从 -40°C 到 +150°C,AEC Grade 0 用于动力总成部件)内完美运行,同时承受持续的振动、湿度和来自车辆系统的电气应力。

  为了确保部件能够承受这些条件,汽车电子委员会 (AEC)——最初由克莱斯勒、福特和通用汽车组成——制定了 AEC-Q100 标准。这是一项针对集成电路的严格压力测试认证,要求部件通过广泛的加速测试(通常是在多个生产批次中进行 1000-2000 小时测试,且零故障),以保证高质量和高可靠性。95 AEC-Q100 定义了不同的温度等级(0、1、2、3),以匹配车内不同位置的热环境。

  与消费电子产品相比,汽车零部件面临着更为严格的要求:预期使用寿命可达 15 年(消费品为 1-3 年),目标是接近零缺陷容忍度,并且必须保证长期供应的可用性。

  这些极端可靠性要求与 AI 和 ADAS 所需的尖端性能的融合,为汽车芯片制造商创造了一个极具挑战性的设计和认证环境,其压力往往超过其他高科技行业的综合压力。

  在平衡 AI 计算和复杂 ADAS 所需的巨大处理能力与严格的功耗限制方面,是一个主要障碍。

  这对于电动汽车 (EV) 尤其重要,因为电子设备消耗的每一瓦特都可能影响续航里程。

  采用更小节点(例如 7nm、5nm 甚至 3nm)的先进半导体制造工艺允许更低的工作电压(核心逻辑通常为 0.9V 至 1.5V),这有助于降低动态功耗。

  此外,一些最初为数据中心设计的高性能 AI 芯片,如果用于汽车,可能会消耗过多的功率,并需要复杂且昂贵的冷却解决方案(如液体冷却),这在车辆中并不总是实用或可取的。

  因此,高效的低功耗设计技术对于保持在车辆整体功率预算内并有效管理热负荷至关重要。

  开发尖端汽车 SoC,尤其是那些采用最新工艺节点制造的 SoC,涉及巨大的研发支出和制造成本。

  这些成本不可避免地会影响芯片的价格。此外,关税等地缘政治因素也会显著抬高成本。

  现代汽车 SoC 是工程学的奇迹,将多种组件集成到单个硅片上,这些组件包括多个 CPU 内核、强大的 GPU、用于 AI 的专用 NPU、用于摄像头数据的图像信号处理器 (ISP)、高速内存接口以及大量 I/O 控制器。

  除了硬件之外,软件的复杂性同样令人望而生畏。开发、集成和验证运行在这些芯片上的庞大软件堆栈——包括操作系统(通常是多个,如 QNX、Linux、Android Automotive)、虚拟机监控程序、中间件、ADAS/AI 算法和用户应用程序——是一项艰巨的任务。

  确保这些复杂软件系统的功能安全 (ISO 26262) 和网络安全,尤其是在 SDV 和自动驾驶的背景下,带来了持续的挑战。

  这意味着半导体公司也日益成为软件公司,需要提供强大的软件开发工具包 (SDK)、开发工具,有时甚至是完整的软件平台,以使 OEM 和一级供应商能够有效地利用其先进硬件的功能。

  开发这些尖端汽车 AI SoC 所需的巨额成本和专业知识也可能推动半导体行业的进一步整合或促进更多的战略联盟,因为只有少数几家全球参与者拥有在这一最高复杂性和投资水平上竞争的资源。

  几项关键趋势和新兴技术有望塑造汽车芯片的未来,推动车辆向更高水平的智能化、互联化、高效化和自动化发展。

  人工智能和机器学习将远远超出当前的 ADAS 和自动驾驶功能。人工智能算法将日益渗透到各种车辆系统中,实现诸如高精度预测性维护(在部件发生故障前预测故障)、深度个性化人机界面 (HMI)(适应个别驾驶员的偏好和习惯)、增强的车内体验(例如,智能助手、自适应环境控制)以及更直观和情境感知的车辆响应等功能。

  不断演进的 SoC 架构:集中化、领域专业化和小芯片 (Chiplets):

  强大的中央高性能计算机 (HPC) 或少数几个域控制器管理多个车辆功能(座舱、ADAS/AD、车身电子、动力总成)的趋势预计将继续。

  这种整合旨在减少 ECU 的总数,简化线束(减轻重量和成本),改善相关功能之间的通信延迟,并为软件定义汽车提供可扩展的计算能力。

  然而,纯粹的集中式模型可能会让位于混合架构,例如区域架构,其中 ECU 根据其在汽车中的物理位置对功能进行分组。

  小芯片 (chiplet) 技术是实现灵活强大 SoC 设计的重要推动力。

  每辆车的半导体价值和数量预计将继续其陡峭的上升轨迹。这种增长是由所有车辆中电子含量的增加推动的,尤其是电动汽车(需要复杂的电池管理系统、电力电子和电机控制)的快速普及以及 ADAS 和自动驾驶系统的持续发展。

  据估计,具有 L4/L5 级自动驾驶能力的车辆将拥有比非自动驾驶汽车多八到十倍的半导体含量。这一趋势凸显了半导体对汽车行业未来的战略和经济重要性。

  至关重要的是,随着车辆日益互联、软件定义和自动化,网络安全将从一个重要考虑因素演变为所有汽车芯片绝对关键的设计参数。防止恶意攻击、确保数据完整性和隐私以及保护通信渠道,将需要将强大的硬件级安全功能(如专用安全协处理器、加密加速器和安全区域)作为大多数汽车 SoC 的标准组件进行集成。

  半导体芯片在汽车中的发展历程,从真空管收音机最初犹豫的噼啪声,到复杂人工智能片上系统实现自动驾驶黎明的无声、闪电般的计算,是一个不断创新和深刻变革的故事。

  在近一个世纪的时间里,这些微小的硅奇迹已经从最初的新奇和娱乐功能,演变成现代汽车几乎所有系统不可或缺的核心。

  它们是无形的马力,是无形的智能,从根本上重塑了汽车本身,也重塑了我们与驾驶、出行以及个人交通概念的关系。