先進駕駛輔助系統、電能驅動與智慧座艙三大發展趨勢，將聯手塑造未來汽車的乘車體驗，同時帶動相關半導體技術創新。
為協助台灣電子業界掌握汽車電氣化與智慧化發展趨勢，以及這波汽車產業革命所帶來的巨大商機，安富利日前舉辦了堪稱台灣汽車電子產業年度盛事之一的「2024 Avnet E-Mobility論壇」。緊接在探討產業趨勢為主的上午場次之後，下午場次進一步聚焦在技術議題上，並特別挑選了先進駕駛輔助系統這三個將徹底改變汽車風貌的關鍵車載系統，舉行了分場主題技術講座。
同時，主辦單位邀請到各領域技術專家來分享其所觀察到的技術發展趨勢，以及各公司在產品、技術方面的布局。以下便是各主題分場的精采重點回顧。
ADAS智能駕駛
安世半導體(Nexperia)業務行銷經理Tim Lo指出，ADAS是支撐自動駕駛系統的骨幹，且為了實現更安全、更強大的自駕系統，自駕系統將會變得越來越複雜，因為影像、雷達、光達感測技術各有優缺點，這些不同的感測手段必須互相支援，才能創造出足夠的設計冗餘，確保自駕技術能安全上路。
而隨著ADAS系統架構的複雜化，環繞在這些感測子系統周邊的介面、保護元件、電源、訊號處理/控制需求也在持續演進，並為深耕這類周邊元件數十年的安世，創造出巨大的市場成長空間。
舉例來說，為了應對不斷增加的資料量，車載系統所使用的介面技術頻寬越來越大。但相對的，為這些介面提供電路保護功能的保護元件，必須在維持保護能力的前提下，進一步降低電容值，否則會拖累這些高速介面的性能表現。這對保護元件供應商的技術能力帶來不少考驗，也讓安世的價值得以凸顯。
羅姆(ROHM)應用工程師Neil Nien分享，針對ADAS應用，羅姆的產品布局更側重在電源相關解決方案。例如針對光達、影像感測器供電，羅姆均有對應的電源方案。
對於光達，羅姆推薦使用基於氮化鎵(GaN)的EcoGaN電源方案，因為這種基於飛時(ToF)的測距技術，如果要取得更好的解析度，必須打出更窄、更銳利的脈衝波型。這意味著電源的開關頻率必須跟著提升，而EcoGaN則是實現這類高頻開關電源的理想方案。
至於影像感測器，重點則在於如何縮小電源的尺寸。如果應用許可，使用高整合度的電源管理晶片(PMIC)是最理想的，因為這種整合方案占用的電路板面積最小，而且羅姆在開發這類PMIC時，已一併把電磁相容等問題納入設計考量，讓客戶更容易完成設計導入；但如果應用不允許使用PMIC，羅姆也能提供包含一系列離散元件(Discrete)方案，幫助客戶實現小尺寸、低雜訊的電源設計。
Bourns應用工程經理Lancelot Chen則針對ADAS系統的拋負載保護與電磁兼容設計進行深入講解，並介紹Bourns提供的解決方案。
拋負載(Load Dump)保護是汽車電子中一個不可忽視的議題。由於汽車的生命周期長，線束老化或接觸不良是很難避免的狀況，當這類現象發生時，就會造成電源與電路斷開，產生浪涌電壓。由於浪涌電壓的電壓非常高，且持續時間非常長，設計人員若沒有採取適當的保護對策，車上的各種電子控制單元(ECU)將因此遭遇巨大損害。
為避免浪湧電壓破壞ECU，ISO-16750-2標準對拋負載保護元件應具備的保護能力，做出了明確要求，Bourns亦提供了一系列符合該標準要求的車規TSV二極體方案，可協助汽車電子設備製造商對抗浪湧電壓的危害。
電磁相容也是汽車電子系統設計的一大重點，且隨著車上搭載的電子設備數量增加，為避免電子設備互相干擾，造成系統無法正常運作，汽車電子的EMI規範日趨嚴格。CISPR25系列標準是目前汽車產業內最主流的EMI規範，包含輻射雜訊(RE)與傳導雜訊(CE)測試項目。該標準還可進一步細分成Class 1到Class 5。其中，Class 5是最難通過的驗證標準。
磁性元件是抑制EMI，讓產品能夠通過CISPR25標準認證的關鍵。以電源應用來說，一體成形功率電感就是最常被用來當作EMI對策的元件。不過，隨著車載系統的種類日趨多樣化，一體成型電感已衍生出許多不同的技術分支，例如專門針對電源應用設計，帶有金屬屏蔽外殼的E-field Shielded功率電感、可以承受劇烈震動的SMD Shielded功率電感，以及針對線纜設計的共模濾波器、鐵芯晶片型電感等。
專攻電源方案的MPS，亦針對ADAS應用分享其電源管理晶片方案的最新進展。MPS市場應用部副理Ryan Liao指出，ADAS系統除了負責偵測車外的即時環境外，近年來已衍生出專門負責偵測車內駕駛人狀態的駕駛人監控系統(DMS)。針對典型的影像式ADAS應用，MPS已經提供一系列能為Sony、安森美(onsemi)、豪威(Omnivision)等不同廠牌CIS供電的PMIC方案，而且採取pin to pin相容設計，讓ADAS開發者可以輕鬆導入不同廠牌的CIS。
但DMS的需求跟典型的影像式ADAS不同。DMS的攝影機通常會搭載紅外線LED，以便在車內光線不足時，仍能取得清晰的駕駛人影像。因此，DMS攝影機所使用的電源管理方案，除了要對影像感測器供電外，同時還需要具備驅動紅外線LED的能力。
這個需求促使MPS在現有影像感測器PMIC方案的基礎上，進一步開發出能驅動紅外線LED的方案。Ryan Liao分享，DMS需要的LED驅動又與一般的LED驅動不同，DMS需要具備與影像感測器連動的紅外線LED驅動功能，才能在正確的時間為場景補光，同時將紅外線對人眼造成傷害的風險降到最低。
至於在雷達感測器方面，為避免電源產生的雜訊落入雷達的基頻，干擾雷達運作，MPS正在開發中的下一代雷達PMIC，其開關頻率將會從目前的300kHz或2.5MHz大幅提高到18MHz。提高開關頻率不只能避免雜訊落入雷達基頻，同時還可以縮小濾波器的尺寸，實現更小巧的模組尺寸並降低成本。
Electrification電能驅動
動力總成的電氣化，是未來汽車發展的重頭戲之一。功率半導體與微控制器是實現電氣化動力總成的關鍵技術，為滿足電動車應用所帶來的龐大需求，半導體元件供應商正加緊腳步，開發出各種新一代解決方案。
台灣半導體產品經理Danny Lin認為，電氣化對汽車設計的影響，出現在電池管理系統(BMS)、電源轉換與馬達控制三個領域。電池管理系統的重點，在於確保電池能安全、正常地運作，因此會需要TVS、肖特基二極體或MOSFET，在電源輸入端提供暫態保護與極性反接保護等功能，同時也需要用來監控電池狀態的類比前端(AFE)方案。
在電源轉換部分，除了現有的單向電源外，雙向電源以及48V轉12V的應用，也是值得關注的未來發展方向。畢竟，電動車裡面除了靠高壓電驅動的牽引馬達之外，還有大量依靠12V電源運作的各種電子設備。
車載馬達應用在最近幾年，也有很多新的發展。除了牽引馬達，以及雨刷、電動窗、動力方向盤等典型的車載馬達應用外，現在的新車很多都搭載了電動後照鏡以及電動行李廂門，以直流無刷馬達或永磁同步馬達來取代有刷馬達的趨勢亦十分明顯。
針對前面提到這些應用，台灣半導體都能提供完整的周邊元件方案，協助客戶完成其應用開發。
意法(ST)半導體亞太區行銷經理Patrick Chen則是從MCU的角度出發，介紹該公司Stellar系列MCU的進展，並特別聚焦在專為電氣化動力總成所設計的Stellar E系列。
Patrick Chen指出，針對汽車應用，意法有一個名為Stellar的MCU產品家族，其下包含E、P、G三個系列。P跟G系列都是以典型的汽車控制為主，並支援Domain、Zonal等新一代汽車系統架構，E系列則是專門針對電源相關子系統的需求而設計的MCU，適用於牽引逆變器、OBC、BMS與直流電源轉換等領域。
E系列MCU最大的特點在於可以完整支援寬能隙元件所需的高頻率操作，讓電動車的能源效率大幅提升。同時，為了縮短客戶的開發週期或對設計概念進行快速驗證，意法也結合自家的碳化矽產品線，提供牽引逆變器、OBC與BMS等子系統的參考設計。
產品線遍及主被動元件的Vishay，亦分享該公司在汽車電子系統的布局狀況。Vishay應用工程經理Vincent Hu分享，針對電動車相關應用，該公司可提供二極體、MOSFET、電阻、電容、電感等零組件。為滿足客戶對更高功率密度的追求，在傳統的矽元件之外，Vishay也已布局碳化矽技術，並開始提供基於碳化矽的肖特基二極體、MOSFET產品。
除了元件本身的進步，Vishay在封裝方面也下足功夫，藉由導入新的封裝技術來提升產品的性能表現。例如該公司開發的PowerPAK系列封裝，跟目前業界主流的標準封裝技術相比，不僅尺寸縮小40%~60%以上，而且封裝阻抗大幅減少超過5成，對抗振動與溫度循環的能力也更好，能滿足汽車應用對元件可靠度的嚴格要求。
至於在被動元件方面，客戶對產品穩定性、可靠度的追求，是驅動Vishay開發新一代被動元件技術的主要原因。例如，如何確保電容更耐用，並且在整個生命週期中都有穩定的容值，就是一個汽車客戶很在意的議題。因此，Vishay已開發出多款不同型態的聚合物電容，這些新電容不僅更安全、更小型化，而且機構強度、容值穩定度均優於目前主流的MLCC或電解電容。
安森美(onsemi)FAE工程經理Mars Chiang則聚焦在碳化矽技術的前景與公司對應的產品策略上。Mars Chiang指出，電動車市場正在以驚人的速度成長。預估到2030年時，全球的道路上將有1.5億輛電動車。為獲得更多消費者的青睞，針對電動車動力系統的核心–牽引系統，車廠提出了五大要求，分別是更大的功率輸出、更好的能源效率、更高電壓、更輕的重量與更小體積。
碳化矽技術可以滿足車廠提出的五大需求。這種材料不僅更堅固、散熱更好，而且還能承受更高電壓，並具有更好的電子遷移率。這也意味著基於碳化矽技術的牽引逆變器，不只能在這五個客戶最在意的關鍵性能指標方面有更優異的表現，而且還會有更好的可靠度。
由於碳化矽將在汽車牽引逆變器中扮演不可或缺的角色，安森美正在碳化矽領域進行全方位布局，目標是打造出從碳化矽粉末原材料起，涵蓋到功率模組的一條龍供應鏈，以縮短產品交付給客戶的時間，讓客戶能在更短時間內將產品推向市場。
Smart Cockpit智慧座艙
為進一步創造出跟傳統油車截然不同的駕駛體驗，近年來許多車廠都在自家電動車的內裝設計上進行大膽創新，存在已久的車載資通訊娛樂系統(Infotainment System)徹底改頭換面，升級成智慧座艙系統。
恩智浦(NXP)應用工程部資深經理Carl Chien就指出，近幾年來，汽車內裝應用市場最明顯的趨勢，就是螢幕越來越多，尺寸越來越大。因此，針對此一應用市場開發的應用處理器，如恩智浦的i.MX系列，其圖形運算與影音輸出能力快速提升，且為了滿足儀表板應用對功能安全的要求，這類車載應用處理器上的安全功能也越來越完善。
但隨著駕駛人狀態監控系統(DMS)的出現，客戶對應用處理器的規格需求，出現了一個新的維度–AI效能。因此，在新一代i.MX93系列，恩智浦將NPU整合到整個處理器系列中，即便是入門的應用處理器，也具有AI加速能力。同時，恩智浦也與NVIDIA合作，在恩智浦的邊緣處理器開發工具中，整合了NVIDIA的TAO Toolkit，讓AI模型更容易部署到像汽車這種邊緣運算平台上。
車用MCU、處理器大廠瑞薩(Renesas)，也非常重視這波智慧座艙浪潮所創造出的AI運算需求。瑞薩業務總監Bruce Cho透露，為了因應這波AI進駐智慧座艙的熱潮，瑞薩不惜對自家的產品發展路線圖進行大幅調整，取消了許多Gen4處理器，只保留針對ADAS、聯網閘道器應用的產品。
針對智慧座艙，瑞薩的解決方案將會直接從目前的Gen3e跳到Gen5。這些採用台積電先進製程生產的R-CAR Gen5處理器，將具有45TOPs以上，最高400TOPs的AI運算能力，若再搭配外部的AI加速器，其AI運算能力將超過1000TOPs，成為名符其實的車載HPC。
雖然R-CAR Gen5要等到2027~2028年才會量產，但瑞薩現在就能提供對應的開發工具跟環境，讓汽車客戶現在就能著手設計下一代智慧電動車。
伴隨著軟體、AI對汽車的重要性快速提升，用來儲存程式跟資料的記憶體，也必須跟上客戶的需求。英飛凌(Infineon)生態系行銷資深經理Jorken Chen表示，對整個記憶體產業來說，車用記憶體是一個相對小的市場，但這個領域對記憶體性能跟規格的要求，是非常多元的。
因此，在車用記憶體領域，英飛凌的技術布局相當多樣化。除了有專門針對功能安全設計的SEMPER NOR記憶體、支援高速寫入的EXCELON F-RAM，以及正在送樣階段，針對OTA應用設計的安全記憶體SEMPER Secure之外，針對需要快速讀寫的應用，也有業界首款採用LPDDR介面的NOR記憶體SEMPER X1與HYPERRAM系列。
全方位的產品布局，搭配汽車客戶對記憶體技術的新需求不斷出現，Jorken Chen相信，車用記憶體市場的前景將十分值得期待。
安富利設計工程師Allen Cheng則分享了安富利對整個汽車電子發展趨勢的觀察，並指出為簡化汽車電子系統的複雜度，汽車電子系統的架構從Domain走向Zonal，將是未來十年的發展主軸。
在Zonal架構下，智慧座艙、車聯網跟ADAS這些子系統，都會成為車載HPC的周邊硬體。因此，為協助客戶縮短產品開發週期，安富利已投入許多資源，開發出閘道器、智慧座艙、ADAS、C-V2X車聯網模組與車載終端盒(T-Box)等應用的參考設計。藉由這些參考設計，專注在不同應用領域的客戶，可以在更短時間內完成自身的產品設計，車廠也能縮短概念驗證的時間，應對越來越緊迫的產品上市時程壓力。
描繪智慧電動車願景 安富利E-Mobility論壇聚焦三大技術趨勢
