技術人員經常過度使用“顛覆性”和“革命性”等詞，但最近汽車設計和製造的演變無疑既具有顛覆性又具有革命性。這些變化代表了過去 100 年來交通設計的最重大變革，這是自汽車早期以來的最大進步，當時蒸汽、汽油甚至電池驅動的汽車在同樣塵土飛揚的道路上混雜在一起。整個汽車行業都在進行大修，這次是用電子裝置，將汽車改造為帶輪子的超級計算機。
汽車網際網路是用矽晶片鋪成的
一位寶馬工程師感嘆，他的團隊花了幾十年時間設計出具有卓越操控性和效能的汽車，但買家首先想知道的是汽車是否能與他們的手機整合。您可以理解傳統汽車設計師的挫敗感，因為電子和軟體取代機械設計成為客戶選擇標準。
梅賽德斯-賓士、尼桑、沃爾沃和其他公司投放廣告來突出他們汽車的無線手機充電器、全數字儀表板、防撞系統和 24 聲道立體聲音響，這絕非偶然。沒有人提到馬力、轉速、騎行、操控甚至“豐富的科林斯皮革”。甚至福特卡車的廣告也吹捧 12V 插座和內建發電機的數量，而不是卡車的載貨量或牽引能力。 GVWR（總最大重量）已讓位於 Teraflops 和 MHz。
電動機、自動駕駛技術、資訊娛樂電子產品、基於訂閱的服務、售後無線更新和新興的汽車對任何通訊都成倍增加了對半導體晶片和軟體的需求。行業分析師現在將汽車電子視為一個獨特的類別，一個獨立的子行業，如計算行業或者航空航天業一樣獨特。
這一切將走向何方？現在必須連線到網際網路和雲資料中心，將汽車製造商的核心競爭力從機械設計轉移到軟體和晶片。汽車網際網路不會靠汽油甚至電力執行，而是靠資料執行。這些資料由片上系統 （SoC） 半導體收集、處理、通訊和儲存。
汽車行業推動對 SoC 的需求
全球汽車製造商每年生產約 1 億輛汽車和卡車。根據研究公司 IHS Markit（2020 年 10 月）的資料，到 2026 年，其中一半以上將包括 15-24 個複雜的電子 SoC 器件，平均每輛車有 23 個 SoC。將這 23 個 SoC 乘以大約 6000 萬輛汽車，僅汽車市場每年就會有近 10 億個非常複雜的 SoC——而這距離現在只有五年。到 2030 年代初，即 10 年後，需求將增加到超過 20 億顆複雜的汽車 SoC。
汽車領域的研發投資統計
車聯網代表了自智慧手機以來最重要的半導體機遇。其中一些晶片用於高階駕駛輔助系統 （ADAS） 的備受矚目的自動駕駛技術。儘管如此，大多數還是資訊娛樂和遠端資訊處理，現在幾乎每輛車都擁有更熟悉和更廣泛的功能：收音機、無線射頻連線、GPS 導航、電子儀表、手機整合、發動機管理等等。這些都是受消費者需求驅動的汽車零售市場的必備功能——因此，功能前衛的汽車廣告應運而生。
但該技術僅適用於汽車本身——工程術語中的“終端”。他們背後的基礎設施呢？汽車製造商需要充滿計算機伺服器的巨大房間，這與亞馬遜、谷歌、Facebook 或微軟不同。
如果我們假設每 200 輛車有一臺伺服器，那麼每年相當於 300，000 臺伺服器。此外，全球各地的市政當局都在建設基礎設施。 “智慧城市”技術已經在數以百萬計的交通訊號、高速公路標誌、攝像頭、路燈、路邊感測器和車輛到基礎設施網路中部署，並得到無數英里的有線和無線接入點的支援。汽車將相互通訊並與路邊基站進行通訊，以進行對延遲敏感的反應。所有這些都需要額外的矽晶片。
然後是軟體。保守估計，車載軟體堆疊大約有 3000 萬行程式碼。 （相比之下，舊版本的 Microsoft Windows 大約有 5000 萬行程式碼。）有人估計，對於一輛帶有所有花裡胡哨功能的新車，其程式碼行數超過 1 億行。無論哪種方式，它都是一個複雜的、網路化的、高可靠性的多處理器系統。
硬體可靠性至關重要，因為汽車製造商將因任何危險的故障而受到法律制裁。晶片設計人員以故障安全和功能冗餘作為響應，其中 SoC 具有兩個或多個並排執行的內部處理器，並不斷相互檢查。這為 SoC 設計增加了更多的晶片和更多的複雜性。
儘管商用現成晶片通常就足夠了，但汽車製造商可以從硬體中榨取更多效能並增加軟體的差異化，因此他們需要設計自己的定製晶片。例如，影象處理神經網路需要非常具體的、龐大而複雜的機器學習特徵。這種發展的一個例子是最新的 Tesla Dojo SoC，它將來自 Tesla 車隊的數百萬影片轉換為神經網路學習，以改善自動駕駛使用者體驗。
汽車決策系統最適合完全定製的晶片或整合到半定製晶片中的智慧財產權 （IP） 模組。這意味著 2030 年代初推出的 20 億個 SoC 中的許多將完全或部分定製，以滿足新汽車生態系統的需求。
汽車半導體需求增長迅速
世界各地的汽車公司都在尋求開發自己的解決方案，這就是為什麼許多（如果不是大多數）最終不得不與 Arteris、Arm 和 CEVA 等公司合作的原因，這些公司為 SoC 提供 IP 許可。我們對汽車市場發展方向的看法是基於我們十多年來與 30 多家汽車行業客戶合作的經驗。
資料為王
很難說特斯拉的股價是被高估還是被低估了，但無可爭辯的是，該公司在汽車製造中體現了電子至上的方法。特斯拉的市值被視為矽谷科技公司，這並非巧合。在許多消費電子公司的帶領下，它設計了許多晶片並開發了軟體。它的核心競爭力在於電子產品，而不是金屬彎曲。該公司還管理其資料中心伺服器。它的汽車始終連線到網際網路和特斯拉的伺服器，大量資料以地圖、娛樂、交通訊息、車載感測器收集的視覺資料和軟體更新的形式雙向流動。這些資料對特斯拉具有巨大價值，其他車聯網公司——也就是說，所有公司——都需要構建類似的系統。
特斯拉的創始人成全球首富
Mobileye 是另一個例子，該公司使用來自客戶的資料不斷改進其基於領先軟體、SoC 晶片和機器學習技術的技術。當然，汽車製造商不會從頭開始製造一切，而是依賴於設計和構建主要子系統的完善的供應商和原始裝置製造商網路——博世、大陸、電裝、採埃孚、麥格納等。這些主要是機電裝置，例如自動變速器或空調。未來，這些頂級供應商將不得不建立 SoC 設計和軟體開發團隊，以繼續為汽車製造商提供高價值的子系統。如果沒有，其他具有更多電子經驗的公司可能會取代他們的位置。許多定製 SoC 開發將涉及知道如何構建 SoC 的傳統半導體設計公司與擁有應用知識的汽車 OEM 和 Tier 1 （1級供應商）之間的合作伙伴關係。
雖然車聯網還需要很長時間才能成熟，但它已經出現，其動力不是電、氫或汽油，而是資料。資料推動著使用者體驗的不斷改進和演變，消費者願意為這場革命買單。汽車製造商的核心競爭力正在從發動機和底盤的機械設計轉向軟體和晶片。汽車網際網路是用矽鋪成的。