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一文读懂特斯拉Model 3所用半导体产品图谱

发布日期:2020-04-19

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-04-19 18:31:20

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多年来,自动驾驶,互联汽车,C-V2X和新能源汽车等术语已变得越来越熟悉,传统汽车已越来越像安装在车轮上的超级计算机,智能化,网络化和电气化的发展趋势 非常明显 在此过程中,半导体技术发挥了至关重要的作用,并已成为汽车行业创新的动力。根据研究所的分析数据,特斯拉Model 3的半导体价值约为1500美元。由此可见,半导体在智能互联汽车中的重要性。随着车联网和自动驾驶技术的发展,半导体在汽车中的作用只会在未来变得更强。

  
  家用特斯拉Model 3的价格降至299,000。目前,上海工厂的Model 3产能达到每周3,000辆。结合美国和欧洲Model 3的竞争格局,预计国内版本将打破国内豪华品牌B-Class中奥迪A4,奔驰C级和宝马3系列的前3名格局。特斯拉能否复制当年苹果手机产业链的成功先例并推动中国的汽车半导体产业发展?
  
  

特斯拉Model 3涉及的芯片类型


拆解Tesla Model 3,我们可以发现汽车半导体可以分为主控制芯片,MCU功能芯片,功率半导体,传感器和其他(例如模拟IC,存储芯片等)。


  
  

1.主控芯片


近年来,随着智能驾驶渗透率的提高,涉及智能驾驶人机交互,视觉处理,智能决策等方面,自动驾驶软件的计算已达到10 TOPS的水平(Tera Operations)每秒,每秒万亿次操作)。诸如GPU,FPGA和ASIC之类的AI芯片进入了汽车市场。


2. MCU功能芯片


完整的功能,例如引擎控制,电池管理,仪表显示,汽车娱乐等。根据StrategyAnalytics统计,每辆汽车平均安装25-30个MCU。功能芯片市场比较成熟,格局相对稳定。


3.传感器


传感器是汽车电子控制系统的信息来源。智能联网的汽车感应信号数据非常复杂,传感器的类型也非常复杂。从功能上讲,它可以分为提高自行车信息化水平的传感器(例如压力传感器,位置传感器,温度传感器,加速度传感器,角速度传感器,流量传感器,气体浓度传感器和液位传感器等)。,并为无人驾驶提供支持传感器(例如激光雷达,毫米波雷达和照相机)分为两大类。


4.功率半导体


无论是纯电动汽车还是插电式混合动力汽车,电动机控制系统都扮演着动力心脏的角色。电子控制系统的核心组件是功率半导体。当前市场上新能源汽车中安装的大多数功率半导体都是硅基的。IGBT和MOSFET等器件。


智能互联汽车芯片的价值


随着智能化,联网和电动汽车的发展,核心就是芯片。汽车中半导体的价值将越来越高。当今的混合动力和全电动汽车的半导体价值是内燃机汽车的两倍。未来,全自动汽车将配备激光雷达传感器,图像识别系统和5G通信,其半导体价值可能是非全自动汽车的8到10倍。


根据瑞银的数据,特斯拉Model 3中使用的半导体价值约为1,500美元。


毕马威(KPMG /)数据显示,2019年,汽车半导体约为400亿美元,预计2040年将达到2000亿美元,年均复合增长率为7.7%。

  
  

重塑汽车行业的三大力量:


未来两到三年内,四级自动驾驶汽车将出现在城市市场的商用车队中。到2030年,具有4级或5级自动驾驶功能的汽车将占全球汽车销量的10%以上。这些车辆的半导体价值将是没有自动化的汽车的8到10倍。


电气化。随着汽车的动力系统从传统的柴油机车转向电动汽车,每辆汽车的半导体价值翻了一番。


互联汽车,英特尔估计互联汽车每天至少可产生4TB数据,包括导航,导航,信息娱乐和其他类型的信息。这些数据必须以*大的可靠性进行存储,保护,传输和分析,以指导车辆的安全操作。所有这些功能推动了对半导体的需求。

  
 

主控芯片:技术巨头齐聚


目前,人工智能和智能驾驶算法尚未*终确定。GPU作为通用加速器有望在很长一段时间内保持其在汽车主控制芯片中的主流地位。FPGA作为硬件加速器有望成为GPU的有效补充。或可以巩固某些智能驾驶算法,ASIC将成为实现*佳性价比的*终选择。在汽车主控芯片领域,GPU仍将保持GM主控芯片的主流地位。随着FPGA的有效补充,ASIC将成为*终方向。

  
 

Nvidia:


NVIDIA是GPU领域的***,依靠GPU的优势将其扩展到汽车半导体领域,全年保持70%以上的市场份额。Drive PX是一个NVIDIA自主驾驶平台,结合了深度学习,传感器融合和环绕视觉。DRIVEAGX Orin是Nvidia在2019年发布的*新一代自动驾驶平台。它将于2022年正式量产,并支持L5自动驾驶。


英特尔:


近年来,英特尔积极部署新兴领域,例如通过收购进行自动驾驶,努力实现从CPU供应商向多元化解决方案提供商的过渡。英特尔以153亿美元收购了Mobileye。Mobileye是全球视觉ADAS市场***之一,在ADAS市场中占有80%的份额。新一代汽车视觉芯片EyeQ6将于2023年上市。


  高通:


依靠通讯的优势,从车载信息娱乐向自动驾驶迈进。高通在2020年国际消费电子展上发布了Snapdragon Ride平台,包括异构多核CPU,AI和计算机视觉引擎,GPU,安全SoC等,可以支持从L1 / L2级主动安全ADAS,到L2 +级“便捷” ADAS,需要完全自动驾驶到L4 / L5级别。


特斯拉:


特斯拉是第一家投资开发主控制芯片的汽车品牌制造商。它的自动驾驶平台从Mobileye ASIC到Nvidia GPU,再到自行开发的自动驾驶主控制芯片FSD,都可以实现L4级自动驾驶。特斯拉表示,自动驾驶仪主控制芯片具有多达60亿个晶体管,每秒可完成144万亿次计算,并且每秒可同时处理2300帧图像。


功能芯片:模式稳定且不断变化


MCU功能芯片市场比较成熟,格局相对稳定。恩智浦,英飞凌,瑞萨电子,意法半导体德州仪器(TI)长期在全球汽车MCU市场中占据TOP5地位。MCU功能芯片的稳定市场结构也发生了变化:首先,传统的MCU功能芯片制造商在保持原有市场的同时积极扩展主控制芯片市场,例如NXP推出Bluebox,英飞凌推出Aurix,瑞萨推出R-。汽车等;其次,MCU功能芯片制造商通过并购整合优势,例如恩智浦收购飞思卡尔,英飞凌有意收购意法半导体等。第三,主要的控制芯片制造商希望通过收购功能性芯片制造商来获得车载技术和渠道经验,例如英特尔对Mobileye的收购以及高通公司对NXP的收购。


恩智浦


恩智浦的汽车半导体产品涵盖MCU和MPU,车载网络,媒体和音频处理,智能电源驱动器,能源和电源管理,传感器,系统基础芯片,驾驶员辅助收发器,汽车安全性等。BlueBox是自动驾驶开发平台由恩智浦推出。它集成了S32汽车视觉和传感器融合处理器,并支持L4级自动驾驶。


英飞凌:


英飞凌汽车半导体产品涵盖车身半导体,汽车安全,底盘总成,动力总成,混合动力和电动汽车,有源天线等.Aurix是英飞凌的自动驾驶域控制器,可以完成传感器信号融合(雷达,摄像头,超声波和激光雷达) ),并支持增强的ADAS功能,例如交通辅助和自动避障。


瑞萨电子:


瑞萨汽车半导体产品涵盖片上系统(SoC),电源管理,电池管理,电源设备,通信设备,视频和显示器等。瑞萨电子的自动驾驶SoC R-Car硬件平台包括入门级(E系列) ),中级(M系列)和高级(H系列)。此外,还有车载摄像头芯片(R-Car V系列),车载摄像头芯片(R-Car T系列),智能座舱芯片(R-Car D系列),汽车联网芯片(R-Car W系列)等等。


意法半导体:


意法半导体的汽车半导体产品涵盖高级驾驶员辅助系统ADAS,人体舒适系统,底盘和安全系统,新能源汽车,娱乐系统,移动服务,电源系统,通信和网络。与Mobileye合作开发EyeQ系列视觉芯片,用于车载摄像头的信号处理;并在2014年与Autotalks合作开发V2X芯片组。


德州仪器(TI):


德州仪器(TI)的汽车半导体产品涵盖高级驾驶员辅助系统ADAS,信息娱乐系统和组合仪表,车身电子设备和照明,HEV / EV和动力系统。ADAS的主要产品TDAx系列基于异构硬件和通用软件体系结构,并提供可扩展的开放式AD


  
  

传感器


MEMS传感器广泛用于电子车身稳定程序(ESP),防抱死制动系统(ABS),电子控制悬架(ECS),轮胎压力监测(TPMS)和其他系统中。其中,压力传感器,加速度计,陀螺仪和流量传感器是汽车中*常用的MEMS传感器。随着智能化和电气化的发展,2020年和2021年的市场规模可分别达到446.21亿元和472.27亿元。2015-2021年的复合增长率为6.5%。国际巨头垄断了MEMS传感器市场。包括博世,Sensata,NXP,ADI,英飞凌(7.23%)等


毫米波雷达是指使用波长为1-10nm,频率为30GHZ-300GHZ的毫米波,并通过测量回波的时差来计算距离。目前,车载雷达的频率主要分为24GHZ频段和77GHZ频段。主要优点是:1.检测性能稳定,工作距离长,环境适用性好。2.体积小,重量轻,空间分辨率高的特点。3.穿透雾,烟尘的能力强,具有全天候全天候的特点。但是也有缺点,例如成本较高和难以识别行人。在全球毫米波雷达市场中,主要的参与者是德国,美国,日本和其他国内制造商,例如博世,电装,Continental AG,Autoliv,电装,德尔福等。


激光雷达是一个全面的光检测和测量系统。通过发射和接收激光束,它分析激光遇到目标物体后的返回时间,并计算目标物体与车辆之间的相对距离。目前,有8行,16行和32行激光雷达。激光雷达线束越多,测量精度越高,安全性越高。激光雷达的固化是未来趋势,它具有体积小,成本低的优点。激光雷达的核心技术主要由Velodyne,Ibeo和Quanergy三家公司控制。博世,安森美半导体和恩智浦等半导体公司正在积极开发固态激光雷达。


该摄像机主要用于ADAS功能,例如360全景图像,前方碰撞警告,车道偏离警告和行人检测。镜头采集到图像后,相机中的感光元件电路和控制元件对图像进行处理并将其转换为计算机可以处理的数字信号,从而实现对车辆周围道路状况的感知。在上游市场,CMOS传感器和DSP主要由外国公司垄断,如Sony,Samsung,TI和ON Semiconductor。


功率半导体


由于电力系统的主要功能不同,因此不同新能源汽车电力系统的工作电压和功率范围相差很大。IGBT适合高压操作,而MOSFET适合低压操作。因此,新能源汽车导致IGBT / MOSFET在汽车功率半导体中的使用越来越多,并且类型也越来越多。英飞凌,NXP,ST,Visa,罗马,三菱等公司都在电动汽车的IGBT和MOSFET芯片中。


IGBT器件在中等电压和中等电流的功率半导体器件的应用频率中占据主导地位。电动汽车的IGBT芯片正朝着小型化,抗振动,低损耗,耐高温,更高的安全性和智能化方向发展。


特斯拉能否复制苹果手机产业链的成功先例


特斯拉上海工厂于2019年1月开始建设,是特斯拉在海外的第一家超级工厂。该工厂将于2019年底投产。预计2020年,2021年和2022年的产能分别为15万和35万。以及50万辆汽车。特斯拉在上海的工厂为国内零部件公司带来了新的机遇。


随着中国汽车下游市场的快速发展,需求的增长为汽车半导体提供了发展机会,其中代表性的制造商包括比亚迪,全志科技,地平线等。


比亚迪:


它拥有一家独立的微电子公司,专门从事芯片研发和制造。目前,它具有从IC设计,功率芯片设计,晶圆制造,IC封装测试,模块封装测试等完整的产业链。它独立设计和制造IGBT芯片,并且已在自己的电动汽车中批量使用了模块。


全智科技:


主要业务是消费者SoC和智能电源管理芯片的研发与设计。全智科技于2014年开始进入汽车芯片领域。该公司正式建立了汽车网络i


  
  策  略
  
  半导体供应商亦在加强与汽车制造商和一级汽车行业供应商的合作。
  
  关注自动驾驶主控芯片、固态激光雷达等新技术、新需求,寻找切入机会。
  
  严格质量、可靠性、成本、功率与安全标准,从零开始,从备胎做起。52


摘自:52RD.com 2020年4月14日 半导体行业观察   




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