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汽車中出現的電子設備和系統越來越多，而它們也是汽車功能創新的驅動力。 汽車廠商正在越來越多地使用電子系統和半導體集成電路用于汽車的各種應用，包括駕駛員信息和通信、車內娛樂電子設備、傳動系和身體控制電子設備以及汽車安全和舒適設備。 全球每年7億輛汽車的銷售量為汽車電子產品提供了巨大的市場機會。僅在西歐的汽車銷售量就達到了大約2.50億輛。據市場研究公司Research & Markets（研究與市場）預測，到2010年，汽車中使用的電氣和電子產品元件占汽車總成本的比例將從目前的25%提高到40%.集成在汽車中的電氣和電子組件中的一半是半導體集成電路。隨著市場價值在2011年達到1.23億歐元（1.80億美元）和平均年增長率達到6%至9%，汽車電子將成為電子產品市場中的主要分市場之一。 圖1 全球汽車保有量預測 這個增長率與全球汽車生產增長率形成了鮮明的對照。全球汽車生產在預測期內的平均年增長率是大約3%.因此，從銷售收入方面看，汽車電子市場正在以比汽車市場快得多的速度增長。這顯示了企業電子密度和復雜性日益增加的總趨勢。據德國ZVEI（德國電氣電子工業協會）組織稱，全球汽車微電子市場將增長11.9%.到2011年，全球汽車微電子市場的銷售收入將從2006年的191億美元增長到335億美元。 汽車電子已經成為汽車市場的主要差異化標準之一。在利潤明顯減少、銷售和生產增速下降、競爭更加激烈和汽車日益商品化的汽車市場，汽車電子產品將為汽車增加價值，特別是在西歐國家。 汽車市場的一個重要推動因素是管理部門要求提高安全性和減少汽車污染排放的規定。法律能夠很快創建這個市場快速發展的條件。 在未來五年里，有五個領域預計將推動汽車電子的增長和技術創新。這些領域包括：減少排放和提高發動機效率；傳統的機械系統向電子控制（所謂的“x-by-wire”系統和駕駛員輔助系統）過渡以提高安全性和減少功耗；增強個性化功能，如導航和通信系統；方便性和舒適性的日益增長的需求；新興國家對汽車日益增長的需求。 在這五個領域中，導航和通信系統以及提高汽車安全性的解決方案提供了提高半導體在汽車中應用的最大潛力。 中國汽車市場 中國汽車市場正在繁榮增長。據市場研究公司iSupply稱，到2011年，中國的全球電子系統生產將是半導體消費量的一倍，達到184億美元。這種增長的主要原因是國內輕型汽車生產對電子原件增長的需求和許多全球汽車廠商正在把生產活動轉移到中國。 來自美洲、歐洲、日本和韓國的國際汽車電子系統和組件供應商已經開始與中國公司建立合資企業。這些外國公司包括Delphi、Bridgestone和Bosch.在最近的幾年里，通用汽車公司已經投資了3.50億美元在中國西南部的廣西壯族自治區柳州市的五菱合資企業總部建設一個現代的生產廠。這些工廠生產商用的、低價格的、耗油量低的輕型汽車。這與通用汽車在北美的戰略正好相反。通用汽車在北美主要銷售大型、昂貴的SUV和卡車。這個戰略目前受到了汽油價格上漲和消費者口味變化的挑戰。消費者現在對環境保護越來越自覺。此外，分析師預測，全球小型企業需求量在未來十年里將增長30%.中國汽車市場去年增長了25%.中國已經超過日本成為全球第二大汽車市場，汽車年銷售量達800萬輛，其中包括微型卡車和微型汽車。由于中國每100人的汽車擁有量為10%，而美國和西歐每100人的汽車擁有量是 80%，因此，中國的增長潛力是巨大的。據研究公司AC Nielsen稱，中國希望擁有一輛汽車的人比其它任何國家都多，但是，他們現在還不想購買汽車。中國的汽車組件行業到2009年將增長到580億美元，平均年增長率為15%.中國的國內生產肯定能夠滿足國內對汽車部件日益增長的需求。到2011年，半導體消費預計將增長到28億美元。這比2006年接近 15億美元的市場規模擴大了近一倍。據市場研究公司Research & Markets稱，這將使中國成為全球增長速度最快的汽車電子市場。這篇報告稱，到2012年，中國每輛汽車平均使用的電子原件價值將從2003年的300美元增長到500美元。 用于“四個輪子”的電子系統和組件 平均每輛汽車在30個不同功能的電子系統中集成70至100個處理器。這些電子系統包括發動機控制、傳動系、車身電子系統、安全、娛樂和防盜系統等。用于汽車的半導體設備包括微處理器（通常采用PowerPC和ARM架構）、8、16、32位微控制器、DSP（數字信號處理器）、可編程邏輯設備、接口芯片、開關、ASIC、系統級封裝芯片、內存集成電路、電阻、電容、電感、微電機系統、光電組件和許多傳感器。據市場研究公司 Strategy Analytics稱，在2007年，用于汽車的傳感器銷售兩位2600萬個，銷售總收入達2600萬美元。 在未來的汽車電子電路中，對于準確、閉環、實時控制和要求處理大量的來自多個傳感器的數據等需求將日益增長。配置執行器的系統（如用于自適性前照車燈的系統）也有大量的半導體元件。特別是微電機系統代表了一種非常有潛力的技術，可用于安全氣囊、穩定性控制、輪胎壓力監視、發動機氣流控制和乘員檢測系統等各種汽車系統。市場研究公司n-Stat/MDR預測，平均每輛汽車至少使用10個微電機設備。這種微電機設備的市場總價值為15億美元。其它新興的應用包括遙控無匙進入（PKE）系統的生物傳感器和用于多媒體顯示的光學微電機系統。例如，日立去年推出了一種手指靜脈識別技術，駕駛員在抓住方向盤的幾秒鐘之內就能夠驗證駕駛員的身份。日立公司預測，到2010年，手指靜脈識別傳感器將開始取代傳統的基于鑰匙的汽車點火裝置。關于虛擬化解決方案，對于更大尺寸的顯示屏和觸摸屏的需求將日益增長。這些顯示屏包括從6.5英寸至8.8英寸的那只汽車導航顯示屏和從3.5英寸至4.3英寸的單獨的個人導航設備將增大到4.8英寸至5.2英寸。 汽車中使用的視頻攝像機的數量也將顯著增長。這些視頻攝像機將用于巡航控制、避免碰撞或者視頻監視等應用。包括夏普在內的許多公司正在開發專門用于汽車中的視頻系統。汽車視頻攝像機還將提供WVGA分辨率并且將以CCD（用于更高的分辨率要求）或者價格較低的CMOS技術為基礎。據市場研究公司 Strategy Analytics稱，2008年全球汽車視頻攝像機出貨量將達到700萬臺，銷售收入將達到大約4000萬美元。與集成在手機中的視頻攝像機有關的市場將擴大50倍。然而，汽車應用的更嚴格的要求將使這個市場成為一個非常盈利的邊緣市場。 LED在汽車中的應用，特別是在尾燈的應用，大約占整個市場的大約10%.與白熾燈系統相比，基于LED的照明系統以高效率、使用壽命長和電源消耗低而聞名。LED在汽車行業的普及到目前為止一直非常緩慢，主要原因是駕駛電路非常復雜、生產成本高。目前，LED的生產成本正在積極地下降。LED 還非常適合汽車內部的照明應用。一輛汽車需要100至200個白色LED.因此，這個市場的潛力是非常大的。這個市場目前的規模是7.40億美元，預計在 2010年之前的復合年增長率為14.2%.集成電路在汽車安全中應用的增長趨勢是最高的，其次是車體和車箱，這兩項應用的增長率為9.8%.在這些方面，需要準確、閉環、實時控制和要求處理大量的來自多個傳感器的數據，以便使汽車更安全、更省油和尾氣排放更環保。 汽車電子的最重要的應用是車身電子產品，其2007年的市場規模為44億美元，占整個市場的26%.在2013年，這個市場將達到80億美元。用于發動機控制的電子系統從2007年至2013年的復合年增長率為5.7%，2013年的規模將從2007年的50億美元增長到70億美元。這種需求強烈地表明處理計算能力要滿足日益嚴格的性能要求。依靠查看表格的系統將向基于模型的管理大量數據的平臺轉變。例如，噴油控制是以若干因素為基礎的，包括歧管壓力、電池電壓、發動機速度、油門位置和尾氣氧含量。一輛汽車代表了電子設備應用的非常嚴峻的環境，因為有振動、溫度的變化（可能在零下40度至零上150度之間）、有燃油、嚴重的電磁場（達到200V/m，而工業和家庭中的電磁場只有10V/m和3V/m）、瞬變高峰±100伏高峰電壓、濕度、塵土、突然負載變化和可能的短路等。汽車環境要求電子設備必須保證高水平的質量和可靠性。一個組件的故障就可能威脅到汽車的乘員的安全。汽車電子組件的測試要按照AEC-Q100評測流程和ISO-TS16949技術規范進行。這個技術規范是國際汽車任務組制定的。 在汽車信息系統中，必須共存重要任務層和方便層。前者控制發動機，后者提供工具（如電子窗）。后者雖然對于安全不是非常重要，但是必須要一直工作。隨著汽車行業努力減少芯片設計中的故障，這將推動新的集成電路和電子系統設計方法的需求。需要一個網關。這種網關是一個電子系統，作為重要安全部件、方便層和遠程信息處理系統等組件的接口。 據市場研究公司Databeans稱，飛思卡爾半導體是全球汽車半導體市場領先的廠商，占市場份額的11%.其次是英飛凌，市場份額為10%. 意法半導體排名第三位，市場份額為9%.瑞薩科技的市場份額為7%.NEC電子的市場份額為6%.其它廠商的市場份額為58%.這表明，汽車半導體市場是非常分散的。 在汽車市場經營的公司正在尋求一些方法加快基于新的半導體的功能的應用和降低成本。這些方法包括系統開發商與半導體公司之間更密切的合作、整個行業范圍的采用軟件標準、以及保護知識產權。采用汽車電子系 統還需要在系統級設計方面有廣泛的經驗。這些經驗可以通過戰略合作獲得。這種合作的一個例子就是飛思卡爾半導體與意法半導體之間兩年前開始的合作。這兩家公司最近推出了他們的聯合設計計劃所產生的首批四種汽車電源架構微控制器產品。 圖2 汽車電子半導體設備包括通常采用PowerPC和ARM架構的微處理器以及8、16和32位的微控制器 意法半導體和總部設在荷蘭的Mobileye為汽車行業基于視覺的高級駕駛員輔助系統共同開發了EyeQ2系統芯片。去年3月，英飛凌和汽車廠商現代汽車公司在首爾開設了一個聯合技術創新中心，長期戰略性地共同開發應用在現代公司汽車以及在2010年上市的Kia汽車中的汽車電子系統和架構。Delphi正在與英飛凌制定一個共同開發的項目。這個項目以英飛凌的XC2200系列微控制器為基礎，采用Autosar標準。 行業聯盟也是開發充分的汽車電子系統的關鍵。這些行業聯盟包括：OSGI（開放服務網關組織）、MISRA（英國汽車工業軟件可靠性協會）、AMI-C（美國汽車多媒體接口協會）、 ERTICO（歐洲道路運輸信息通訊合作組織），這是歐盟委員會為了發展自己的智能交通系統在1991年創建的。Autosar（汽車開放系統架構）和 Jaspar（日本汽車軟件平臺架構）是推廣網絡接口標準化以及企業應用程序軟件模塊的組織。由IBM發起的開源軟件Eclipse團體的成員包括 WindRiver、Altera和Xilinx等公司。這個組織開發了一個框架，允許為整個產品生命周期開發優化的軟件。 汽車中增長最迅速的應用： 車載信息服務 汽車行業中增長速度最快的市場(特別是在西歐國家)是用于安全、導航、信息和娛樂的車載信息服務電子產品。據市場研究公司Strategy Analytics稱，整個汽車車載信息服務市場2008年的銷售收入將達到37億美元，預計2009年的銷售收入將達到45億美元。將近85%的歐洲車載信息服務市場(包括終端、組件和服務)集中在五個國家：德國、法國、英國、意大利和西班牙。推動車載信息服務解決方案在歐洲的應用的一個重要因素是更嚴格的安全規定禁止在汽車中使用手機(沒有免提配件的)。而且，由于交通阻塞，歐洲人平均每年花費在汽車中的時間達275小時。這種狀況在中國沒有太大的區別。中國的交通擁擠狀況正在增長。因此，人們日常需要的通信、獲取信息、娛樂和舒適等功能都將逐漸地在汽車內完成。 據市場研究公司iSuppli稱，收音機和CD光驅等傳統的企業娛樂系統正在被支持可下載內容的便攜式數字設備所取代。為了適應這種趨勢，汽車廠商正在設法安裝連接功能，把傳統的內置汽車收音機與手機、MP3播放機、GPS設備和其它便攜式媒體平臺等下一代移動消費者產品連接在一起。 圖1 汽車中增長最快的部分，尤其是在西歐國家，是用于安全、導航、信息娛樂的Telematics 除了允許免提電話和把便攜式消費者設備與汽車內的車載信息服務網絡連接在一起之外，車載信息服務平臺還能夠實現互連網和電子郵件接入、GPS導航、隨需應變的Web服務，如有關交通的信息、實時新聞、付費電視、遠程診斷與維護，甚至還有可能用于付費和一旦發生事故時自動撥打急救電話。 車載信息服務中最廣泛接受的通信協議是USB和藍牙。藍牙技術提供的聲音質量和免提功能可以避免駕駛員精力分散。至少有20%的事故是由于駕駛員精力分散引起的。在汽車應用中使用的其它無線技術還有衛星無線電、蜂窩網絡(GSM/GPRS)、Wi-Fi、ZigBee、超寬帶和WiMax。后面這些技術對于豐富多媒體內容的高帶寬傳輸是為長理想的。由于其靈活性和低成本，ZigBee將越來越多地應用于汽車的車載信息服務中，在非重要應用中取代電纜連線，如汽車內廣播和傳感器控制等。對于目前的系統來說，WiMAX能夠提供更快的速度和帶寬。在拉斯維加斯舉行的2008年國際消費電子展會上，寶馬索伯F1車隊與英特爾合作推出了一個演示。在這個演示中，參觀者能夠遙控F1汽車，盡管汽車位于數百米遠的地方。美國汽車廠商克萊斯勒最近宣布了一項高級移動WiMAX的進展。這項技術使用一個800x480像素的觸摸屏，用PC式的互聯網瀏覽功能提供GPS導航。 據市場研究公司iSuppli稱，在連接需求的推動下，2012年整個汽車信息市場的規模將從2006年的383億美元增長到538億美元。僅便攜式導航設備的出貨量就將增長三倍。2012年的便攜式導航設備出貨量將從2008年的1400萬臺增長到大約4200萬臺，復合年增長率大約是7%。最新的汽車用硬盤的存儲容量已經達到了40GB以上，可以存儲歌曲和電影等多媒體信息。新的面向連接的信息娛樂系統的需求為芯片廠商創造了巨大的機會和挑戰。汽車信息娛樂應用半導體組件市場2012年的銷售收入將從2006年的41億美元增長到70億美元。芯片廠商的主要挑戰是復雜性。對于標準化、可伸縮性和互操作性的需求將日益增長。為了鼓勵在不損害安全、可靠性和質量的情況下普及車載信息服務解決方案，減少成本也是至關重要的。 車載信息服務功能通常是由一個控制器管理的。具有中、高水平計算能力、高帶寬和高內存容量的控制器可以管理語音識別、視頻和軟件定義的廣播等高級功能。車載信息服務一般還需要數字信號處理器(DSP)、場可編程門陣列(FPGA)/復雜可編程邏輯器件(CPLD)。除了車載信息服務和信息娛樂系統之外，安全系統也將產生相當多的收入。汽車安全也是半導體的日益增長的和穩定的市場，其原因也是由于管理規定的影響。集成在新的汽車型號中的高級安全系統包括車道偏離警告系統、碰撞避免和行人檢測系統。這些技術的實施對于提高日益擁擠的道路上的安全是非常重要的。在2006年，美國、歐洲和日本的道路交通傷亡人數一共是9.4萬人，推出的各種計劃預計將在2010年把道路交通傷亡人數減少到6.3萬人。有數據表明，如果駕駛員的反應速度快半秒鐘，一半以上的事故就可以避免。在歐洲，三分之一的事故是由于變道或者離開車道造成的。三分之二的事故是由于不注意造成的。 行人是最容易受到傷害的。僅在歐洲，與汽車碰撞行人和自行車有關的交通事故就造成了大約9000人死亡和20萬人受傷。汽車安全應用的電子系統的一些例子包括防抱死制動系統(ABS)、電動助力轉向(EPAS)、自適應巡航控制(ACC)、穩定控制和氣囊系統。高端汽車型號也采用 自動巡航控制系統、盲點監視、車道偏離警告、夜視和駕駛員瞌睡報警器等高級功能。汽車公司正在采用各種總線互連系統以減少連線的復雜性，從而減輕重量和降低成本，同時提高燃料的效率。最普通的標準是美國的J1850、控制器局域網(CAN)和局部互聯網絡(LIN)。市場上的大約80%的CAN轉發器和微控制器是用于汽車應用的。 向FlexRay等新的數據傳輸協議過渡將顯著減少耗油量。FlexRay協議也是實施x-by-wire技術的一個良好的候選者。x-by- wire正在使用處理器驅動的電子控制元件取代液壓和機械控制系統。Flexray系統目前在某些豪華汽車中應用，預計在未來幾年里將在汽車行業普及。此外，以太網和面向媒體系統傳輸(MOST)都是非常有潛力的技術，特別是對于診斷和汽車多媒體應用。 表1 2004-2009年以產品分類的全球汽車半導體市場 (單位：10億美元) 軟件是汽車的關鍵 汽車信息系統日益增長的復雜性將繼續推動操作系統和軟件提供商開發優化的軟件平臺，無論采用什么集成電路或者總線協議。汽車中包含的大量的功能已經改變了汽車廠商使用軟件的方式。軟件將成為汽車系統關鍵的差異化因素。軟件對于實現語音識別、視頻壓縮器和消除錯誤等高級的功能是極為重要的。而且，汽車領域非常需要穩定俄可靠的操作系統。下一代復雜的企業系統中將需要一個以上的操作系統。這些操作系統包括微軟的Windows汽車操作系統和開源軟件的Linux操作系統。這些軟件將在汽車的車載信息服務中發揮重要作用。美國風河系統公司(Wind River Systems)最近發布了新的基于為汽車優化的商業Linux的軟件平臺。這個軟件能夠加快汽車行業的車內信息娛樂系統創新的應用的上市時間。這個 Java環境非常合適在車載信息服務系統中共享資源。對于重要任務功能來說，QNX和Osek/VDX等實時操作系統(RTOS)是首選的系統。QNX是最常用的實時操作系統，應用在180多種型號的汽車中。此外，主要的EDA(電子設計自動化)公司最近也增強了他們為汽車市場提供的工具。 例如，Cadence是寶馬-索伯F1車隊正式的軟件解決方案提供商。MathWorks發布了一個新的Simulink環境發布版本。這個開發環境能夠方便和有效地自動生成兼容Autosar標準的代碼。 汽車行業最后一個待開發的領域：綠色汽車 汽車市場最重要的推動因素之一毫無疑問是日益關注的環境問題。由于更嚴格的環境管理規定，汽車廠商正在積極地向”綠色“技術發展。這些技術將減少污染排放，提高引擎效率和使用替代的能源，如電子汽車和混合燃料汽車，干凈的柴油機和燃料電池等。只有電子能夠減少汽車的污染排放，同時保證高水平的安全和舒適程度。這個問題正在吸引市場上的廠商的關注，并且一直是SEA世界大會的討論話題。SEA世界大會每年4月在美國的底特律召開。這個問題也將是今年11月在德國慕尼黑舉行的電子貿易展會上的一個熱門話題。 市場研究公司預測，到2010年，混合燃料汽車將占全球銷售的輕型汽車的3%。Paumanok公司預測稱，到2010年，HEV(混合電子汽車)汽車產量將超過300萬輛。到2015年，這個數字將增長到800萬輛。混合燃料汽車在中國也擁有巨大的潛力。通用汽車公司正在中國為北京奧運會生產混合燃料汽車。通用汽車與上海汽車工業公司組建的合資企業上海通用將大批量生產混合燃料汽車。全球僅次于通用汽車的第二大汽車廠商和環保汽車的先驅豐田公司在2005年年底已經開始在中國生產其流行的普銳斯(PRIUS)混合燃料汽車。 與傳統的汽車相比，混合電子汽車將采用更多的電子原件。雖然混合燃料汽車中使用的最昂貴的組件是電池，電源電子產品是第二昂貴的組件，甚至占一輛汽車總成本的20%。 除了32位處理器之外，代表混合燃料汽車電子控制的核心的半導體元件(逆變器/變換器)還包括驅動器、DC/AC、AC/DC和DC/DC變換器、由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)構成的調節器、功率場效應管和功率二極管。主要的IGBT和功率場效應管廠商包括飛兆半導體、英飛凌、International Rectifier、Ixys、意法半導體和Vishay Intertechnology。電感、變壓器、過濾器、電容和許多其它的無源組件也在爭奪在汽車上的應用。無源組件在2010年的市場規模將達到17億美元，在2015年的規模將達到46億美元。 |
