汽車，需要怎樣的半導體？

來源：内容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自日本産經新聞，作者：高根英幸，謝謝。

不僅是EV和油電混合車，對于純燃油車而言，半導體也是必不可缺的零部件。這是人們有目共睹的事實。

用X射線觀察被稱為“Black Box（黑匣子）”的發動機ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元，以下簡稱為“ECU”）後，可清晰地看清其内部基本結構。通過延伸到上部的金屬線（Wire）使其與外部的連接配接器相連接配接。上圖為用于機車的ECU，用于汽車的ECU也已實作小型化，基本結構是一樣的。（圖檔出自：日本産經新聞）

就拿近期的潔淨柴油車（Clean Diesel Vehicle）而言，其模式如下：每燃燒一次，要噴射五次左右的燃料，有效使用燃料、牽出轉矩（Torque），雖然燃油量增加了，但是卻可以盡可能地排出潔淨的氣體。

雖說以毫秒為機關進行控制，但對計算機而言卻輕而易舉。其實，“工作最繁忙”的還是接收計算機信号的燃料噴射器。

汽油發動機（Gasoline Engine）也會噴射多次燃料，通過同步火花塞（Spark Plug）的點火時間和吸排氣凸輪軸鍊輪（Camshaft Sprocket），來調整配氣相位（Valve Timing）。而且，會讀取當時的車速、發動機轉數、水溫、油溫、油門開度、駕駛員腳踩加速踏闆的程度（加速度），來判斷駕駛員的加速要求、進行必要的控制。

此外，還通過與變速箱進行良好的配合，順利實作省油效果。想必很多讀者會認為，需要一款高性能的計算機才可以實作以上效果。但是，由于ECU是車載專用控制單元，是以與當下的計算機相比，其計算能力并不是那麼高。

不僅隻有ECU才使用半導體，幾乎所有的電子零部件都需要半導體。用于ADAS（Advanced Driving Assistance System,進階駕駛輔助系統）的緩解碰撞制動系統(Collision Mitigation Brake )和車道偏離警告系統的攝像頭裡也裝有圖像傳感器（CMOS）、雷射傳感器、毫米波雷達發射器等都是由半導體構成的。

除此之外，還有電動車窗（Power Window）電機的微控制器（可以使車窗實作一觸即開關）、用于控制扭矩的微控制器。是以，已經與之前的傳統款式不一樣，如果稍微更改一下款型，外表看起來是一樣的零部件，但很多情況下是無法工作的。這正是因為裝有微控制器的緣故，這也是為什麼最近的汽車零件訂單是通過底盤号精确管理的原因。

半導體之是以在汽車中“随處可見”，并不僅僅是因為汽車的功能增加了，還有以下原因：通過逐漸簡化車内排布的線束（Wire Harness）來控制汽車重量。在模拟信号時代，曾經出現過僅線束重量就超過100千克的的高檔車型；而進入數字時代後，會從獨立于各零部件的線束中解放出來，進而達到大幅度減少重量的效果。

衆所周知，節流閥（Throttle Value）和油門踏闆（Accelerator Pedal）已經不再使用電線（Wire Cable）傳遞信号，而是轉為電信号後進行傳遞。如今，就連刹車系統、轉向系統都開始采用電傳線控（Drive By Wire）方式。以此實作複雜、自由的車輛控制效果。以上也是一種正是因為采用了半導體才得以實作的技術。

如今，汽車前燈系統也實作了模組化、ALH（Adaptive LED Headlight，主動式LED前照燈，）等車身附屬部位也開始使用半導體。

再說點題外話，由于汽車前照燈性能較高、且裝入了半導體，曾發生過多次汽車被盜事件。其犯罪手法大緻如下：利用傳達前照燈的信号線連接配接到主ECU，解除門鎖，啟動引擎，僅用幾分鐘就盜走了一輛汽車。正是因為使用了半導體、提高了車内電子控制系統，才使此次犯罪得逞。雖然在試圖通過提高安全性以防止犯罪發生，但事實卻是無濟于事。

半導體的本質是什麼？

通過上文分析，讀者應該了解到對于汽車而言，半導體是不可或缺的産品。那麼，半導體究竟是什麼呢，至今還不是很明确，下面我們詳細解說。

半導體是一種電子零部件，其種類繁多。根據性能大概分為三類：

其一為半導體，用于放大信号和電流。

其二為交換器（Switching），具有流通和切斷電流的作用。用于逆變器（Invertor，用于控制EV、油電混合車的驅動電機的電流）的正是交換器。

其三為二極管，用于調整電流。它不僅可以調整線路内的電流，還可以用于把交流電轉為直流電等其他方向。LED（發光二極管，已經被廣泛用作光源）也是半導體的一種。

IC 是把半導體、二極管、對于電子線路極其重要的電容器和電阻器、排線等都埋入到矽晶圓上的內建線路，不僅用于模拟線路，還在ECU内發揮中轉作用，如轉換為數字信号後，并傳達給CPU。

LSI（Large Scale Integration）是一種将嵌入了IC功能的線路做得更細的大規模內建線路。電腦、智能手機、汽車ECU等使用的用于計算的CPU即為具有代表性的LSI。近年來，得益于微縮化發展，節能化、高效化效果顯著，電腦、智能手機的性能也得以加速提升。

但是，車載半導體工作環境苛刻，有些地區甚至出現了因車輛操作失效緻使車内人員緻死的現象，是以，信賴性、耐用性最重要，就優先順序而言，如何提高半導體晶片的性能被排在了後面。

日本企業在大部分原料、材料、生産裝置方面依舊占有優勢

曾經的日本在半導體制造業中位居全球首位，但是一次次在價格上敗給其他國家企業，如今除個别特殊領域的半導體之外，日本陷入了全靠進口半導體的境遇。就半導體完成品而言，日本不敵海外半導體廠家，但在上遊的原材料、生産裝置方面，日本企業甚是活躍。

如大家所熟知的一樣，日本政府曾限制對南韓出口對于生産半導體極其重要的三項化學品一一氟化氫、光刻膠、氟聚酰亞胺，這令南韓政府一度“手忙腳亂”。然而日本企業具有優勢的還不止以上三種材料。日本的材料廠家、裝置廠家在半導體必須的材料、裝置領域占有很大的優勢。

就作為半導體基礎的矽晶圓而言，日本供給了全球一半以上的量。此外，日本企業也在研發其他新型半導體基礎材料，如性能更高的碳化矽、氮化镓、更具成本優勢的氧化镓等。

但是，如今日本國内矽晶圓的消費量僅占生産量的10%。未來，日本也應該在擴大國内半導體生産方面注入更多精力。

未來車載ECU的發展呈現兩極化趨勢

如今，汽車上不僅有引擎ECU，根據車型還有用于車内設施、底盤的ECU，通過這些ECU，把信号傳遞給位于相應末端的微控制器，進行控制。未來，為了實作更精确的控制，應該如何發展呢，讓我們翹首以待。

就未來車内網絡發展的提案而言，主要有兩個。其一，以高性能ECU為核心，構築網絡。準備一個或者兩個HPC（High Performance Computer，高性能計算機），再通過用于中轉的ECU，控制終端微控制器。

其二，通過提高微控制的性能，減少ECU的負擔。通過提高微控制器的安全性，同時也會發揮一部分ECU的作用。

以上提案是汽車零部件廠家提出的？還是半導體廠家提出的？他們的立場迥異。如果是汽車零部件廠家提出的，說明他們試圖将零部件實作模組化、以減少零部件的數量，進而實作高附加值、高價格的目标。如果是半導體廠家提出的，說明他們希望搭載更多的半導體，以提高産量、實作穩定營運的目标。

車内網絡的發展也分為有線和無線兩個方向。除了要考慮安全性，還存在其他諸多利弊（如防噪音對策帶來的利弊），預計未來會根據汽車的價格區間、地區制定最佳方案。

假設未來十年繼續生産燃油車，那麼可以預測的是，電子控制方面的零部件還會在現在的基礎上發展兩代。即使是EV也不再需要引擎、變速箱等精密的控制元件，對車身的控制将會更精密。

如今，汽車的電動化發展突飛猛進，人們普遍關注的是電機和電池。但是不管是引擎還是電機，如果沒有半導體，它們都無法工作。對于汽車而言，半導體就相當于人類的大腦、眼睛、耳朵。日本要想在未來繼續在汽車行業有所作為，掌握半導體至關重要。