汽车数字化不可挡车用半导体需求持续成长

　　随着汽车的电子化及数字化，汽车已是电子产业的第4C，且随着资讯、通讯及消费性电子这3C的成长爆发力减弱，汽车俨然已成为许多电子业者亟欲跨入的领域，诚如IHS半导体及电子零组件市场分析师Alex Liu所言，有越来越多汽车厂商聚焦于节能与绿色能源，以及追求更高的安全性与更佳的整体驾驶体验;基于以上理由，各种汽车应用对于更高性能半导体元件的需求越来越多，例如直喷式(direct injection)引擎、先进驾驶人辅助系统以及安全性应用等等。

　　汽车的诸多数字或智慧功能，皆是仰赖系统平台设计、系统芯片开发及整合方面的突破，相关半导体业者居功厥伟，相对的，汽车半导体需求的成长，也为近年疲弱的半导体成长态势注入一股活水。根据工研院产业经济与趋势研究中心(IEK)预估，由于智慧汽车发展加速，预估今年全球车用半导体市场将达300亿美元，年增10%。

半导体成长火力有赖车用需求助长

　　另根据市调机构IDC于所发布的全球半导体展望，在汽车与工业客户强劲需求的带动下，预估半导体业总产值规模将来到3，520亿美元，年增率达5个百分点。据IDC预估，直至2019年，汽车用半导体产值每年平均将以两位数，也就是11%成长，就今年(2015)而言，成长率预估达23.1%，总销售额达到320亿美元。

　　谈到车用半导体的贡献，当然就一定要提到大陆市场对于车用半导体的需求情况。根据IHS的最新报告指出，大陆车用IC市场营收估计在2015年占据整体车用IC市场的11%，规模达到62亿美元;尽管大陆汽车销售量成长率近年呈现趋缓，但对于驱动包括动力系统、车用资讯娱乐系统与车身便利性系统(body-convenience)等应用的更高性能芯片，需求数量仍持续成长。

　　在大陆市场上，飞思卡尔半导体(FreescaleSemiconductor)占据2014年大陆车用IC市场龙头宝座，在该市场的占有率达到15.5%;意法半导体(STMicroelectronics)在大陆车用IC市场占有率为14%，位居亚军。排名第三的则是恩智浦半导体(NXP Semiconductors)，在大陆车用IC市场占有率为12%。

车用半导体排行榜新局将出现

　　不过，大陆车用IC市场供应商排行榜，与全球车用IC供应商排行榜不尽相同。2014年全球车用IC供应龙头是日商瑞萨电子(Renesas Electronics)，第二名则为德国的英飞凌科技(Infineon Technologies)，意法半导体、飞思卡尔与恩智浦分别为第三、四、五名。值得注意的是，随着高通收购NXP，车用半导体的未来又发生了新的变化。

　抢攻汽车数字商机业者出招频频

　　为抢攻汽车半导体市场，相关半导体大厂近来动作频频。例如，意法半导体针对车联网(V2X)解决方案便迭有进展。V2X是能否达成智慧驾驶的关键，V2X能达成汽车与汽车通讯，以及汽车与基础设施通讯，同时能在无线范围内进行安全与行动应用，譬如提供视野无法预见的警示讯息，或透过协调交通讯号来预防塞车。

　　V2X可让用路者对安全、交通拥塞与环境冲击等改观。对此，意法半导体表示，该公司于日前发布的第二代V2X芯片组解决方案，可因应美国即将发布的车联网道路安全法令，预计2016年将与智慧驾驶系统领导厂商展开导入设计(Design -in)。ST是与以色列Autotalks共同研发第二代V2X芯片组，并预计于2016年与市场领先的智慧驾驶系统厂商进行设计开发。

　　新款芯片组采用先进的加密引擎，除实现强大的安全验证性能外，其所有无线网路传输的讯息均通过验证，保证所需的安全讯息全部经过加密处理，同时可最大幅度地降低越权存取(unauthorizedaccess)所引起的资料管理风险。据了解目前已有多个系统厂商选用了Autotalks的技术。

　　瑞萨电子则是推出仪表总成专用32位元车用微控制器系列。据了解，连网汽车从汽车网路、摄影机及多媒体系统产生许多资讯，此趋势带来强烈的需求，亦即以易懂且易读的方式，将上述大量资讯传送给驾驶者。随着仪表总成开始广泛使用图像，彩色液晶萤幕也获得大量采用以提高显示能力与可读性，在适当的时机提供适当的画面以提升与驾驶者之间的沟通，并在画面中结合各种仪表、图像及抬头显示器。

　　针对此需求，瑞萨的32位元车用微控制器系列，针对入门与中阶汽车系统进行设计，将仪表控制、图形显示与功能安全性整合至单芯片上，同时降低系统物料清单(BOM )成本与可扩充的开发产品，并协助以高可靠性的彩色液晶萤幕实现仪表总成系统。瑞萨表示，相关产品已开始供应样品，预定2016年4月开始量产，预估至2018年4月产能可达每月400万颗。

　针对车用需求晶圆技术平台齐备

　　对应车用芯片业者积极备战车用半导体市场，晶圆代工业者也已布局妥当。例如，联电新近发表针对汽车应用芯片设计公司所推出的UMC AutoSM技术平台。于日前联电所举行的论坛中，该公司执行长颜博文表示，随着每款新车的矽芯片含量快速上升，一般认为车用芯片产业的年复合成长率将胜过其他半导体市场区隔。

　　联电所推出的UMC Auto是一全方位的解决方案平台，包含各项经汽车产业AEC-Q100认证的技术解决方案，制程涵盖0.5微米至28奈米制程;联电表示该公司所有晶圆厂制程皆符合严格的ISO TS-16949汽车品质标准。此外，联电也致力于研发UMC Auto平台专有的认证设计模型、矽智财与晶圆专工设计套件，以迎合汽车产业供应链不断加快的演变速度，协助芯片设计公司掌握车联网及各种感测器的应用。

　　据了解，联电现正在生产各种关键的车用电子元件，包括先进驾驶辅助系统(ADAS)、安全性、车体控制、资讯娱乐及引擎室应用产品等。这些由联电制造的芯片已获日本、欧洲、亚洲、美国等地的全球知名车厂广泛采用。

　　除上述厂商动态外，值得注意的是，安全性应用的记忆体成长率，将快速超越资讯娱乐市场的半导体需求。像是倒车摄影、智慧交通运输系统V2X，引导车辆绕过壅塞等应用都将进一步发展，影响未来智慧车电产品策略与商业模式，也将促使相关车用半导体及记忆体的需求出现明显增长。

　　在设计物联网(Internet of Things, IoT)装置与系统时，可选用许多种不同的无线通讯协定来实现与云端间的通讯。在众多选择中，可以根据其有效覆盖范围、传输距离与资料速率等各项能力，判定适用于特定应用的最佳选择。

　　时至今日，在设计物联网(Internet of Things, IoT)装置与系统时，可选用许多种不同的无线通讯协定来实现与云端间的通讯。虽然蜂巢与无线区域网路正在不断演进，以满足物联网应用需求，但仍有许多新兴技术锁定该类应用，使得技术选择不断增加。在众多选择中，可以根据其有效覆盖范围、传输距离与资料速率等各项能力，判定适用于特定应用程式与情况的最佳选择。

　物联网市场需求大各类技术纷纷涌入

　　对应用开发者而言，评估无线通讯技术是否适用的一项最重要考量就是传输距离。许多装置会使用含有宽频连线的闸道将资料传输至云端，或从云端撷取资料。若应用架构中有闸道器存在，便能够使用传输功率较低的短距通讯协定。在多数情况下，部署闸道器可能太困难或因为成本太高而难以实现，例如，若将一组感测器部署于开放水域的大型水库或列车轨道沿线，便会因为感测器节点过于分散而难以利用闸道进行传输。

　　现今，此类高度分散的感测器与量表若非使用千兆赫以下(sub-GHz)的免执照频段中的蜂巢连线，就是使用专属通讯协定进行连线，例如868MHz。此领域正经历着重大的变革，原因是因为市场需要能成功导引物联网的标准以及电讯业者的策略性变更。当电讯业者寻求最大化自己已获授权的频谱配置时，市场也希望他们能将现有的千兆赫以下全球行动通讯系统(GSM)网路切换为支援长程演进计画(LTE)网路，因为这些新一代通讯协定的频谱效率较高。

　　为支援机器对机器(Machine to Machine, M2M)与物联网通讯的成长需求，各家厂商纷纷提出数项以LTE为基础的蜂巢协定。短期来说，Cat-M提供一种较简洁的LTE形式，适用于物联网装置，提供多达1Mbit/s的资料速率，并可存取已普及化的蜂巢网路。

　　然而，在未来的2或3年内，第三代合作伙伴计画(3GPP)定义的窄频物联网(NB-IoT)将可能为物联网应用提供更妥适的网路支援，有助于降低装置与营运成本NB-IoT使用约200kbit/s的较低资料率，并在难以存取的位置，例如埋在地底下的仪表，有更好的网路存取性。

　窄频物联网兴起LoRa/SIGFOX被看好

　　LoRa和SIGFOX主要在免执照的频谱中运作，提供蜂巢以外的收发器设计和定价模式选择。现今的电讯业者皆根据资料使用量进行收费，而支援免执照频段的商务营运商则可采用固定费率的模式，低至每年每台装置1元的水平。

　　LoRa是由Semtech所开发的技术，透过自己的网路基地台以及挑选新创的商务营运商，为物联网使用者提供丰富的网际网路存取选择，借以提供良好的控制性，而且有可能降低成本。其中，LoRa网路在阿姆斯特丹仅花约6周就利用群众外包(Crowdsourcing)建设了The Things Network，世界各地城市也可以重复这种模式。

　　微芯(Microchip)与意法半导体(STMicroelectronics)以及Semtech的装置均支援LoRa技术，发射频率距离可达约10公里，因此在用于埋在地底下的装置例如停车收费表和水表时，相较于传统无线电系统具有优势。对于来自其他免执照频段使用者干扰的抗性，则可透过展频调变方式改善，资料速率范围从300bit/s至50kbit/s，与现有的整体封包无线电服务(GPRS)连线类似。

　　另一方面，SIGFOX采用超窄频发射技术来限制功率，在郊区环境可达到50公里的发射距离，且资料速率范围为10bit/s至1kbit/s之间。不同于其他多数的通讯协定，SIGFOX是单向的链路。此链路可用最小化物联网节点的耗电量，因为无须唤醒射频(RF)收发器以及长时间接听传入的通讯，但是，此链路的限制是无法使用传统SIGFOX收发器远端来更新节点中的软体，因此须要使用另外一个无线电发射器进行更新。

　　然而，专为免执照的工业、科学与医疗(ISM)频段所设计的一些射频收发器，能处理相对简单的SIGFOX发射需求。已宣布使用SIGFOX为物联网提供连线能力的解决方案供应商包括安森美(On Semiconductor)与其AX-SIGFOX单晶片解决方案，以及销售自家生产SmartEverything开发板的艾睿电子(Arrow Electronics)适用于物联网与M2M应用的Arduino大小尺寸的原型开发平台。

受惠免持照频段IEEE 802.15.4看俏

　　对于由闸道支援的短距通讯，2.4GHz的免执照频段已成为了无线网路连线的首选。蓝牙(Bluetooth)与Wi-Fi皆使用2.4Ghz频段，这个频段也提供频谱以供专为物联网设计的通讯协定使用，例如6LoWPAN与Thread。6LowPAN、Thread与ZigBee和Wireless HART皆以美国电子电机工程师协会(IEEE) 802.15.4标准为主要基础。

　　IEEE 802.15.4的核心标准支援长达10公尺的发射距离，传输速率为250kbit/s，且可以运作于千兆赫以下的免执照频段和2.4Ghz频段。6LowPAN将一组上层通讯协定加入与网际网路通讯协定(Internet Protocol, IP)相容的IEEE 802.15.4核心标准，同时允许来自云端以IP为基础的标准通讯，以使用如TCP、HTTP、COAP与MQTT这类标准来与物联网边缘装置连线。为了将花在物联网资料传输上的通讯协定的系统开支降到最低，6LowPAN采用标头压缩与其他资料封装技术。

　　为增加节点与闸道的最大距离，6LowPAN支援网状网路(Mesh Network)连线功能。透过网状网路拓扑，离闸道太远以至无法连线的节点得以透过距离较近的实体装置来中继封包，直到其中的一个节点能直接与闸道连线为止。因为网状网路连线功能会动态分析网路的可路由机制，因此网状网路会自动设定新的装置，这样一来，网状网路就可以运用系统已得知的使用模式。

　　建置于6LowPAN之上的Thread通讯协定于2014年推出，提供进一步的物联网功能，例如验证与加密，借以提升整体安全性。然而，在多数情况下，简易的软体升级可让Thread在支援IEEE 802.15.4的装置上执行，例如创立Thread Group的芯科实验室(Silicon Labs)所制造的装置。

　　虽然IEEE 802.15.4已成为各种物联网导向网路通讯协定的核心基础架构，但是蓝牙也是一个要考量的主要标准。由于智慧型手机、平板电脑与笔记型电脑普遍使用蓝牙，因此可提供透过应用程式控制与设定物联网装置的重要机制。

　　此外，多亏了对蓝牙标准的强化，蓝牙也成为了物联网应用的主要通讯协定，且无须依赖智慧型手机连线能力。导入低功耗蓝牙技术的支援模式可大幅降低传输小量资料的耗电量，使短距网路通讯协定更适用于物联网方面的应用。

　　今年预计将会新增进一步功能变更，能将一般的发射距离延长四倍，以减低位元速率来换取更长的距离。这个具有调适性的通讯协定可让距离较近的节点群运用更高的位元速率，最多可达低功耗蓝牙1Mbit/s标准频宽的两倍。

　　网状网路连线功能预计可改善蓝牙装置远距离的通讯能力。针对蓝牙所规划的网状网路连线功能，会根据2013年发布的4.1版Scatternet概念进行延伸。

　　Scatternet让每个节点能够在主要和从属模式间切换，使封包能传送至其他从属或主要节点，以达到与目的收发器连线的目的。此外，近期的蓝牙通讯协定变更，能够和6LowPAN无线通讯协定装置进行互动，从而延伸了网状网路的覆盖范围。

标榜高资料速率Wi-Fi也来分一杯羹

　　最后来谈谈Wi-Fi这个可进一步应用于物联网的选择。相较于大多数物联网通讯协定，现有的Wi-Fi版本能支援较高的资料速率，适用于建筑物安全监控的影像传输等应用。负责Wi-Fi通讯协定的IEEE工作小组现正着手研发IEEE 802.11ah版本，此版本将大幅降低耗电量，且能以降低资料速率来延长传输范围，在每个频道100kbit/s的速率下，有效距离超过1公里。