WNEVC 2021 | 英飞凌曹彦飞：更环保、更安全、更智能的汽车半导体发展之路

2021年9月15-17日，“第三届世界新能源汽车大会”（WNEVC 2021）在海南省海口市召开，由中国科学技术协会、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局共同主办。本次大会以“全面推进市场化、加速跨产业融合，携手实现碳中和”为主题，邀请全球各国政产学研各界代表展开研讨。

其中，在9月15日举办的“车规级芯片技术突破与产业化发展”主题峰会上，英飞凌科技大中华区高级副总裁、汽车电子事业部负责人曹彦飞发表精彩演讲。

曹彦飞主要观点如下：

1、硅基方案和碳化硅方案将长期共存，来实现传动系统的最佳性价比。

2、针对自动驾驶安全性，英飞凌在构建真正高安全性的系统方面，不只有感知、决策、执行，在各个领域都有非常强的产品和解决方案。

3、国内外车厂积极探索新型电子电气架构，2028年区域式控制架构将成为主流。

以下内容为现场演讲实录：

各位领导、各位来宾、各位行业同仁大家下午好，我是来自英飞凌的曹彦飞，非常有幸来参加这个大会，接下来给大家介绍一下我们的工作。作为半导体人，作为汽车半导体人在过去的一年，我们是深切的感受到各界朋友对于汽车半导体行业的关注和支持，当然也有很多的期许和希望在里面。本次大会开设了车规级半导体的专题，也特别感谢主办方，我的介绍分两个部分，一是英飞凌的简介，还有从环保、安全、智能的角度谈谈我们的半导体。

首先英飞凌是全球10大的全球半导体供应商，我们的产品技术解决方案分布于高效能源、智能交通、安全以及互联网和大数据等领域。我们在全球有46700名员工，60个研发中心，19座制造基地，还有汽车电子、电源管理及驱动等领域。我们处于业界领先的地位，从去年开始是全球汽车半导体市场占率的第一名，基于2020年汽车半导体约3500亿美元的市场规模，我们市场占有率超过了13%。我们拥有汽车半导体最广泛的产品组合，包括传感器、各种层级的MCU、Power等等，基于这些产品打造的系统级解决方案应该能满足车身上所有的基本需求，像车身、动力总成等等。在大类别的细分领域我们也是名列前茅的，在微控制器的角度来说，我们的TRAVEO, PSOC产品，还有汽车工程师很熟悉的AURIX™系列都非常受大家的欢迎，未来我们有非常大的增长潜力和空间。

对于汽车而言我们有三大核心观点，我们每年的汽车董事会都会讨论，都会重新定义来思考到底哪些是汽车发展的宏观趋势和方向，并且基于此我们来延伸布局研发和生产制造运营等等，是我们非常关键的战略方向。几个月前我们在汽车董事会讨论的三个核心理念：零排放实现、驾驶员变乘客、无汽车不智能。

举个例子说，“无汽车不智能”。我们之前叫“车还是那辆车”，我们今年讨论过说可能“无汽车不智能”更加能体现当前的趋势，也完美契合了电动化、网联化的趋势。首先从电动化的角度讲，我们认为电驱动总成是三化的基础和载体之一，当然也有人不完全认可这种观点。从电动化领域来讲，动力总成系统本身是非常重要的，首当其冲的是功率半导体。如果以单车平均值800美元的半导体来说，40%是功率半导体，大概平均值300美元左右。我们还有HybridPACK™ Drive这个产品应用到很多汽车平台，这里列举了国内的一些合作伙伴，一共出货量超过百万台，可以提供硅和碳化硅的不同版本来满足车厂不同路线的要求。

电动汽车当下关注的重点是续航里程、高功率密度以及系统综合性价比。我们看到，在电池装配较多的高端车型的驱动轴上，碳化硅被更多采用，以增加续航里程；而在辅助驱动轴上，由于主要使用在急加速工况下，主机厂则更倾向于采用IGBT，以控制成本。硅基方案和碳化硅方案将长期共存，来实现传动系统的最佳性价比。

由于碳化硅材料的耐高温高压、高效、高频的特性，使得碳化硅器件可以显著降低主逆变器的损耗。在相同的功率下，采用800V碳化硅的主逆变器，整体损耗可以降低69%，折算到每公里的电耗上，可以降低7.6%。这也是为什么我们说高压可以增加7~8%的续航里程。

作为一家在功率器件经营多年的公司，我们早期布局了这方面的技术。大家可以看到从前两个对比，比如说传统的所谓切割的方式跟冷切割的方式对比，如果以传统的考虑到切口损失、研磨等等，最后如果以一个4厘米的晶柱做例子的话会不一样，冷切割的切口损失很小，能产出更多的晶圆，采用这种技术能大大提升我们的产能，甚至对未来的成本优化都是有帮助的。

刚才讲的是功率半导体在电动车里面的重要性，那么这个是SA目前最新的全球数据，针对纯电和混电里的高压应用，到2025年功率半导体复合增长率大概是28%左右，应该是很高的，其中淡蓝色是碳化硅的增长。从新能源汽车渗透率而言，中国新能源汽车产销占当年整个中国汽车市场约20%，超过500万台。上半年很多车企发布了2025年规划，所有的中高级车型加起来远远大于这个数，行业同仁们预测是大几百万辆，大家对这个推算越来越清楚，如果是大几百万的话，则车用功率半导体增长率可能是30%-40%，中国区起到了引领作用。碳化硅渗透率方面，我们之前汇报过，是20%左右，而在最新的预测当中已经上调到30%以上，增长空间巨大。

刚才说的是电动化，接下来是从安全性角度来说。提到安全性大家想到自动驾驶，比如在L1或者L2当中发生失效的时候可以进入一个安全状态，那么到更高阶的自动驾驶失效运行Fail-operational, 减轻危险带来的影响。再进一步，对可靠性、安全性的要求扩展到整个车子，作为一个系统构建一个高可用性的系统，高可用性的系统对半导体的需求非常高。英飞凌在车规级芯片从研发、生产、制造等等各个的环节都有业界非常严格的要求，对于安全相关的功能，我们采用异构化设计，满足汽车对安全性可靠性的要求。回到典型的自动驾驶场景，我们有感知、决策、执行，但这还不够。要构建一个真正高安全性的系统还需要高可靠性的储存、通信、电源、配电，这才是一个完整的安全系统，缺一不可，需要经过多年的积累。

我们现在看到的完整系统，英飞凌在各个领域都有非常强的产品和解决方案，有机会再详细探讨。接下来谈一下智能，我听过一些同仁们的分享，大家习惯拿手机行业跟汽车行业比，比如功能机的软件，以及现在用手机的时长，可以把它类比到一个普通的车子和未来的一个智能车。应该说现在还没有足够的数据支撑这一点，但可以说这也是一个趋势。这带来的结果是，智能座舱对大家的意义非常大，用户会花越来越多的时间在座舱里，而带来的结果是，半导体将大有可为。所有的人机交互、安全互联，5G等等各种的先进的系统融合在一起，这些可以打造非常多的场景，包括基于车规开发的游戏，如果座舱有游戏的话，这是平面手机代替不了的，有屏幕、振动等等全方位的体验。

在半导体层面，我们汇报一下最新的进展，要赋予智能座舱耳朵、眼睛、鼻子这些体验。比如从“听”的角度讲，我们4月份量产了行业第一颗车规级MEMS硅麦芯片，可以配合主动降噪以及车外噪音的处理，这个应用场景非常广。还有我们基于ToF的3D图像传感器，可以配合面部的表情识别、动作识别等等，以此来展开主动式服务，你甚至嘴都不用张，你做一个动作，设定好以后车子做相应的反应。当然还有我们的智能鼻子，我们的二氧化碳传感器，可以检测二氧化碳的浓度，从而做报警甚至做相应的场景，这个也是很适应的场景。

汽车有这么多的新的发展趋势和方向，那必然也会带来很大的挑战。我们想会有多少的控制器，机电设备、执行器等等，会有多少的线数、节点等等，所以业界长时间以来也在对电子电气架构做一些思考，当前，大部分的量产车型都是以分布式架构和功能域架构为主。这些传统架构中，电子控制单元ECU为每个功能提供整体的软硬件解决方案。例如，有专门用于发动机、变速器、空调、座椅、仪表盘或信息娱乐的ECU，整个车的价值链条都是为支持这些功能而量身定制的。  在一辆低端或中端车型中，往往有几十颗ECU，而一辆高端车中，则可以包含上百颗ECU。为了减少车内的线束数量和长度，优化电子电气的架构，车厂在功能域架构基础上做了进一步的融合，催生了“区域控制式架构Zonal architecture”。

区域式控制架构从低端、到中端、再到高端的演变过程，实际上就是一步步减少零散的ECU，而区域控制器不断融合对安全性要求较高的功能模块的过程。比如，低端的区域式控制器ZCU主要融合配电、网关、以及车灯、尾门等对安全性要求较低的模块；中端的ZCU则添加了电池管理、底盘等模块；而高端ZCU在中端基础上进一步加入了数据预处理的功能模块。这意味着，每往前发展一步，ZCU的功能就必须更强大、性能更优秀。

根据市场研究机构预测，2028年，区域式控制架构将成为主流。同时，我们也看到，在探索新型电子电气架构的过程中，不少国内的车厂步伐比国外的车厂更快、更领先。通过与国内一些车厂的沟通，到2023/2024年左右，可实现中端mid-end zonal architecture的量产，而高端zonal architecture的量产车型，有望在25年、26年推向市场。

作为一个汽车圈的人，汽车行业尤其是在三化或者四化的情况下发展是波澜壮阔、前途无限，也伴随着各种各样的挑战。尤其是对我们半导体的从业者，致力于为客户提供专业的服务，希望通过我们卓越的运营供应链的管理，配合我们生态的所有的合作伙伴，遍及全球的分销商，成为大家的合作伙伴，今天想跟大家聊的比较多，我的报告就是这些，谢谢大家。