自动、电动、联网 半导体成汽车变革的关键

　　摘要：随着汽车产业正朝向电动化、连网化以及自驾化三大技术方向演进，未来每辆汽车所搭载半导体零组件含量将会愈来愈高。

　　随着汽车产业正朝向电动化、连网化以及自驾化三大技术方向演进，未来每辆汽车所搭载半导体零组件含量将会愈来愈高。在此趋势下，即使现阶段可见包括Tesla、甚至日本丰田汽车(Toyota)或德国奥迪(Audi)等汽车制造商，都在减少对外部供应商依赖性，要增加本身在新科技含量汽车设计到制造上的垂直整合能力，但在车用半导体零组件设计和生产制造上，要垂直整合至自有生态系不是不能，而会产生相当高昂的成本投入，可能不太是一个明智的商业模式。

车厂搞供应链垂直整合　半导体制造、封测难切入

　　因此，在预期未来汽车导入半导体内容只会愈来愈高，但车厂应该不太可能将晶圆制造与封装测试和IC设计纳入自有垂直整合供应链下，现有全球半导体芯片供应链便有掌握这块潜在成长商机的潜力与独占优势。

　　但由于半导体零组件导入汽车这个有别于一般智能型手机、个人计算机等消费性电子的终端产品，必须符合汽车这个更需要耐寒、耐高温、耐震动、耐各项可能遇到极端气候环境和使用情境的产品销售先决条件，这让车载半导体零组件在设计和生产制造过程中，更必须确保其成品可靠性与高质量，以能在未来确保每辆科技元素更高的汽车上路后，都能拥有至少10年以上的内建半导体零组件及计算机硬件的可靠质量保证，创造有效的行车安全防护与自驾便利性，进而能够建立起一般大众对汽车自驾化、电动化以及连网化的信心，有助加速三大科技导入趋势的普及。

　　未来根据不同品牌车款设计的差异，一辆新车需搭载6,000~1万颗芯片，车载电子的子系统占一辆车成本可达35%，这些芯片包括处理器、存储器、射频(RF)元件、LED、功率元件以及微机电系统(MEMS)等，所涵盖晶圆制造制程节点从4奈米到10奈米级以下都有。在汽车产业愈来愈广泛导入半导体零组件、以及仰赖半导体提供未来创新技术的趋势下，让汽车市场成为半导体产业一大快速成长需求领域。

　　因此，从芯片设计、晶圆制造到封装测试等阶段，可见愈来愈多业者投入车用芯片设计、制造与封测行列，即使目前仍未形成庞大市场规模。以自驾技术用系统单晶片(SoC)开发为例，设计流程包含芯片设计、算法改善、芯片生产制造、训练以及验证等程序，其中训练与验证还需要雷达、摄影机、光达(LiDAR)等自驾传感器长时间搜集的行车资料提供才能进行，高分辨率地图也能提供自驾芯片验证所需信息，各个环节所形成的供应链生态体系，即成为半导体产业以及新创企业可切入布局的领域。

自驾等级提升　芯片需求同步增

　　随着未来汽车自驾化朝Level 3以上迈进，一辆自驾车所搭载摄影机、雷达或光达传感器数量将再增加，且因应Level 2以上自驾系统对更快速运算需要，现今汽车产业Level 2自驾芯片所采用40奈米制程节点在未来将不够业界芯片技术提升的需要，预期未来主流自驾芯片将朝7奈米以下制程节点演进，以能满足更高等级自驾甚至全自驾系统运算效能需求、以及降低成本。

　　随着自驾等级提升对系统感测冗余以及运算效能提升的需求升高下，每个自驾系统平均所需芯片数量也将更多，市调机构Counterpoint Research预估，到了2025年全球自驾车用SoC出货量将成增加至1亿颗以上，较2019年不到2,500万颗成长逾4倍;到了2030年更可望攀升至2亿颗规模，再比2025年成长近1倍。

　　其中Level 2以下系统用SoC仍将是未来10年市场需求主流，Level 3、Level 4次之，Level 5系统用SoC预估2025年市场需求才刚萌芽，至2030年市场需求也仍不高，估近1,000万颗出货量。

　　主要投入自驾系统SoC以及平台开发业者，如NVIDIA、英特尔(Intel)旗下Mobileye以及高通(Qualcomm)等。如NVIDIA于2019年GTC China大会上发布下一代自驾车平台DRIVE AGX Orin，运算效能较前一代Xavier提升达7倍，预计将于2022年由三星电子(Samsung Electronics)的8奈米LPP制程生产，因此预期到了2022年DRIVE AGX Orin可望发展至相当成熟水平。NVIDIA宣称其自驾平台采DRIVE AGX Orin与两个绘图处理器(GPU)，能够达到Level 5全自驾水平。

　　Mobileye在2018年美国消费性电子大展(CES 2018)所推出第5代EyeQ5全自驾SoC，也预计到了2021年要以7奈米制程技术投入量产，宣称具低功耗高运算效能，支持Level 4、Level 5水平。英特尔与Mobileye认为，以两颗EyeQ5 SoC结合一颗英特尔Atom处理器，足以满足Level 5全自驾系统所需。

　　高通跟随NVIDIA与Mobileye脚步，于CES 2020发表全新自驾平台Snapdragon Ride。即使高通一直以来是车载资通讯系统解决方案供应商，并发展车联网芯片技术多年，也具备多年行动装置SoC开发技术与优势，但要将这些技术导入自驾系统部署，还需要长时间资料搜集、与一线汽车零组件供应商合作、传感器供应商支持，以及具备资料训练能力等配合，才有助自身自驾平台发展成熟，这显示未来高通在发展自驾平台上还有很长一段路要走。

晶圆制造提升车用芯片耐用度　四个途径

　　自驾、连网、电动化所需SoC以及芯片开发的结果，就会带动中下游晶圆制造订单需求和封测需求，如在晶圆制造端，未来几年台积电、英特尔和三星或将逐步取得更大车用芯片制造需求，包含对先进制程的需求。

　　提高芯片质量，也成为晶圆制造端生产车用芯片被关注的重要课题，因如此才能让车用芯片获得符合汽车使用环境所需水平。如汽车半导体制造商一直关注芯片是否存在影响耐用度的隐藏性缺陷，即使这类缺陷在出货后不会导致芯片出现问题，但在安装置车辆并经过长时间各项气候、环境行车使用后，却可能导致此隐藏性缺陷恶化，从而导致芯片故障问题。

　　汽车半导体制造商也在持续优化制程工艺，让制程设备保持最佳运行状况进行生产，减少随机缺陷发生机率。即使这在短期内会增加整体生产成本，长期来看由于可提供汽车制造商高质量芯片，所带来的市场效益反而成为降低前期高昂成本的良性循环。

　　汽车半导体晶圆制造厂也能以新的晶粒筛选方法「在线缺陷零件平均测试」(I-PAT)，减少潜在不良芯片出货机率。

　　汽车芯片架构的创新，也是提升车用芯片可靠性另一途径。例如在车载进行决策的SoC中可内建3个处理器，提供同时进行决策处理的冗余效果，在此情况下假设有某个处理器出现隐藏性缺陷恶化问题、导致做出错误决策，其他两个处理器仍处正常决策情况下，此时仍可让SoC正常运行，不致增加行车风险。

　　这在如今晶体管成本不高、先进制程节点问世下，将更多处理器内建于SoC的架构将变得更可行，或是让SoC整体尺寸稍微放大以能嵌入更多处理器，都是可在不大幅增加芯片成本下的可行冗余设计容错设计方法。

汽车封装市场　IDM、OSAT雨露均沾

　　在封测端，据市调机构Yole Developpement调查，2018年全球汽车封装市场为51亿美元规模，主流封装业者拿下97%市占率。FC BGA、FO、ED以及WL CSP等先进封装技术如今均已被应用在车用雷达、功率元件与模块、以及运算单元等各式芯片封装上，但预估到了2024年先进封装仍仅占整体车用封装市场6%市占率，届时整体车用封装市场潜在市场范围(TAM)预估为90亿美元，其中5.5亿美元为先进封装市场营收。这显示即使MAMS、碳化硅(CiS)和低功耗元件等车用半导体以现有封装技术便足以生产，但其他更高效能车用硬件仍须创新封装解决方案。

　　值得注意的是，就算如自驾SoC这类芯片的设计工作，Tesla等电动车整车制造业者有能力自行研发，且Tesla也正在依照执行长Elon Musk的期望在进行供应链垂直整合，但在不可或缺的晶圆制造以及委外封测代工(OSAT)这块，车厂却较难纳入自有垂直整合供应链中自行生产，因其生产线与人力资源投资成本相对高出许多，即使这是可行的。

　　Yole指出，在2018年全球汽车封装TAM有65%比重，仍由恩智浦(NXP)、英飞凌(Infineon)、电装(Denso)、博世(Bosch)等整合元件厂(IDM)所掌握。预估未来随着这块市场规模更大以及封装复杂度更高，这块市场将更大程度转移至日月光、Amkor Technology、UTAC等OSAT业者手中，到了2024年OSAT与IDM厂的汽车封装市占率将相近。

　　Yole预估汽车封装市场供应链的市占率变迁，在目前仍是在早期阶段，未来10年在全球汽车产业持续朝自驾、电动化发展浪潮推动下，将加速这个移转情势，并可望带动汽车更朝有轮子、会移动的消费性电子产品趋势发展。