關(guān)于汽車半導(dǎo)體的機遇與挑戰(zhàn)

半導(dǎo)體技術(shù)就是以半導(dǎo)體為材料，制作成組件及集成電路的技術(shù)。在周期表里的元素，依照導(dǎo)電性大致可以分成導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體三大類。最常見的半導(dǎo)體是硅(Si)，當(dāng)然半導(dǎo)體也可以是兩種元素形成的化合物，例如砷化鎵(GaAs)，但化合物半導(dǎo)體大多應(yīng)用在光電方面。

今年年初有參加2017年消費電子展的消費者可能會感覺自己參加了一次車展。這個一年一度的展會吸引了各行業(yè)頂尖的高科技公司，展出了500多件汽車的移動解決方案的展品。許多全球汽車制造商和汽車供應(yīng)商都參與進(jìn)來，引入了創(chuàng)新的傳感器、地圖應(yīng)用、連接平臺和其他新技術(shù)。這些改進(jìn)與電動汽車(EV)的擴張相結(jié)合，將會改變汽車市場——包括公共和私人交通，以及貨物運輸?shù)氖袌?。在新的環(huán)境中，汽車的電子元件和功能部件(已經(jīng)成為購買時考慮的一項重要因素)可能使之脫穎而出。

半導(dǎo)體技術(shù)使最近的汽車技術(shù)創(chuàng)新得以實現(xiàn)，其中包括基于視覺的增強型圖形處理單元(GPU)和應(yīng)用處理器、傳感器、DRAM和NAND flash。隨著汽車變得更加復(fù)雜，對汽車半導(dǎo)體的需求將繼續(xù)穩(wěn)步上升，并提供一個重要的新的長期增長動力。

隨著許多半導(dǎo)體公司積極追求汽車市場的機遇，并在價值鏈上形成合作伙伴關(guān)系，那些動作緩慢的公司可能會被拋在后面。本文討論了所有半導(dǎo)體公司在為未來做準(zhǔn)備時所必須考慮的三個問題：影響汽車前景的趨勢，影響汽車半導(dǎo)體需求的因素，以及在適應(yīng)不斷變化的市場時必須應(yīng)對的重大戰(zhàn)略問題。

不斷發(fā)展的汽車市場

汽車市場很少經(jīng)歷如此多的同步“崩潰”。在過去的幾年里，我們已經(jīng)看到各種各樣的技術(shù)越來越多地融入到汽車的大規(guī)模生產(chǎn)中，包括矩陣LED燈，增強型激光雷達(dá)傳感器(使用激光來測量目標(biāo)的距離)，以及更好的基于攝像機的傳感器。我們還看到了3D地圖應(yīng)用、電動汽車電池、增強現(xiàn)實技術(shù)的提升，例如頭戴式顯示器。而5G網(wǎng)絡(luò)——下一代的移動解決方案——可能很快就會出現(xiàn)。在消費者方面，我們看到了他們對汽車的新偏好和態(tài)度，例如，認(rèn)為需要擁有汽車所有權(quán)的消費者在減少。

在2016年的麥肯錫報告“汽車革命——展望2030”中，我們回顧了塑造這個行業(yè)的主要力量，重點關(guān)注了我們認(rèn)為特別重要的四個方面。

(1)汽車電氣化。

不包括全混合動力汽車，即僅使用電池動力的汽車，2016年，電動汽車的銷量還不到新車銷量的1%。然而，在接下來的十年里，隨著技術(shù)進(jìn)步解決了兩個主要的增長障礙：高昂的電池成本和有限的充電能力，它的銷售可能會激增。到2020年，電動汽車的銷量將占到汽車銷量的5%到10%，具體取決于它們在多大程度上符合排放法規(guī)，到2030年，這一比例將達(dá)到35%至50%。后一個估計很寬泛，因為很難預(yù)測影響增長的許多因素，包括技術(shù)進(jìn)步的速度、政府法規(guī)，以及電力和石油價格的變化。

(2)增加的聯(lián)網(wǎng)。

如今，在大多數(shù)新車中，免提移動服務(wù)和在線導(dǎo)航已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，汽車廠商已經(jīng)轉(zhuǎn)向了下一波創(chuàng)新浪潮——聯(lián)網(wǎng)汽車。新產(chǎn)品包括依賴人機界面的遠(yuǎn)程信息服務(wù)，包括語音輔助(例如轉(zhuǎn)彎音頻指令)和eCall(一種促使車輛在發(fā)生碰撞時自動呼叫緊急服務(wù)的程序)。汽車與基礎(chǔ)設(shè)施的連接和車與車之間的連接都在增加，并將在2020年左右得到5G網(wǎng)絡(luò)的支持。例如，寶馬汽車可以連接到智能家居服務(wù)，比如德國電信的SmartHome應(yīng)用，該應(yīng)用可以讓司機在行駛時調(diào)整家里的供暖和照明。

聯(lián)網(wǎng)對購買汽車的決定有很大的影響，而且在未來可能會產(chǎn)生更大的影響。麥肯錫在2016年對3個國家的3000名消費者進(jìn)行的調(diào)查顯示，41%的受訪者表示，他們將轉(zhuǎn)向一個新的汽車品牌，以獲得更好的聯(lián)網(wǎng)。調(diào)查還顯示，在某些國家，聯(lián)網(wǎng)尤其重要。例如，62%的中國買家表示，他們愿意轉(zhuǎn)向一個新的品牌，以獲得最新的聯(lián)網(wǎng)功能。而美國的這一比例為37%，德國為25%。隨著聯(lián)網(wǎng)解決方案變得日益重要，它們?yōu)镺EM廠商帶來的收入將從今天的300億美元增長到2020年的600多億美元。

(3)自動駕駛的增長。

雖然OEM廠商已經(jīng)引入了許多新的高級駕駛員輔助系統(tǒng)功能，例如自動制動和自適應(yīng)巡航控制，但高度自主的車輛——換句話說，4級車——預(yù)計在2020年到2025年的某個時間上路。它們可以穩(wěn)步增長，麥肯錫提出的2030年最具顛覆性的場景暗示，35%的汽車銷量將有條件自動化(3級)，15%將有高度的自動化(4級)。確切的增長軌跡取決于多個因素，包括核心技術(shù)的改善、價格、消費者對于自動駕駛汽車的接受程度，以及OEM廠商和供應(yīng)商解決安全和黑客攻擊等根本問題的能力。

(4)共享移動服務(wù)。

盡管發(fā)達(dá)市場的汽車擁有率一直在上升，但隨著共享移動服務(wù)的興起以及汽車共享和打車服務(wù)的快速增長，預(yù)計它們將會增速放緩或保持平穩(wěn)。例如，北美地區(qū)在2008年至2015年期間，汽車共享服務(wù)的會員人數(shù)增加了400%。預(yù)計未來還會有更大的收益。麥肯錫的一份預(yù)測顯示，到2030年，電子商務(wù)或乘車分享服務(wù)將占到汽車購買總量的10%——這一轉(zhuǎn)變促使許多OEM廠商加大努力，以占領(lǐng)這個市場。

不斷變化和多樣化的收入來源

如今，全球汽車收入每年總計約為3.5萬億美元，絕大多數(shù)來自新車銷售和售后市場(首次購買車輛后提供的維修和其他服務(wù))(圖1)。 只有300億美元,不到總數(shù)的1%,可以歸結(jié)為常續(xù)性營收——包括通過e-hailing或汽車共享服務(wù)產(chǎn)生的廣泛類別的收益，以及來自數(shù)據(jù)連接服務(wù)(例如，應(yīng)用程序， 導(dǎo)航工具，車載娛樂和軟件升級等)的收益。

然而，我們即將看到收入來源的規(guī)模和組成會發(fā)生重大變化。在一個極具破壞性的情況下，到2030年，它的總規(guī)模將超過6.7萬億美元，其中有5.2萬億美元——約78%，來自新車銷售和售后市場。常續(xù)性營收占剩余的22%，超過1.5萬億美元，比2015年增長了50倍。

上述四種趨勢將在收入來源的多元化和增長中發(fā)揮重要作用。移動服務(wù)的興起和大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)帶來的常續(xù)性營收的增加可能是最顯著的變化。但這四種趨勢也會影響到其他領(lǐng)域。例如，自動駕駛汽車(3級和4級)價格都很高，這將增加新車銷售收入。

在售后市場中，新的移動服務(wù)將增加收入，因為共享車輛的維護(hù)成本更高。不過，售后市場也會面臨下行壓力，因為電動汽車的維護(hù)成本比傳統(tǒng)汽車要低，自動駕駛汽車的維修成本可能會降低90%。所有這些變化都可能改變半導(dǎo)體和其他零部件的需求來源。

對汽車半導(dǎo)體市場的影響

盡管存在潛在的不確定性，但我們預(yù)計汽車半導(dǎo)體的需求將在中長期增加，因為汽車行業(yè)將努力提高汽車的安全性、舒適性和聯(lián)網(wǎng)性。自動駕駛技術(shù)的發(fā)展將尤為重要。長期來看，電動汽車市場的增長也將加速增長，因為混合動力電動汽車中含有的半導(dǎo)體價值約900美元，而標(biāo)準(zhǔn)電動汽車的價值則超過1000美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車的平均330美元的價值。

從1995年到2015年，對汽車廠商的半導(dǎo)體銷售從大約70億美元增加到300億美元(表2)。隨著這一增長，汽車半導(dǎo)體現(xiàn)在占整個行業(yè)銷售總額的近9%。目前的預(yù)測顯示，汽車半導(dǎo)體的銷量將繼續(xù)上升，2015年至2020年之間的年增長率約為6%，高于半導(dǎo)體行業(yè)預(yù)計的3%至4%的增幅。這將使汽車半導(dǎo)體的年銷售額在390億—420億美元之間。

雖然前景看好，但我們對汽車半導(dǎo)體行業(yè)的分析表明，它們在地理、汽車應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)備領(lǐng)域?qū)⒂酗@著差異。我們探索了其中的一些變化，以指導(dǎo)半導(dǎo)體公司進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃。

地理增長：汽車——半導(dǎo)體行業(yè)的新興力量

盡管歐美在汽車半導(dǎo)體市場占有最大的需求，但是中國現(xiàn)在的全球銷售增長率領(lǐng)先，2010至2015年間平均漲幅為15%(圖3)。中國預(yù)計將繼續(xù)保持銷售增長的世界領(lǐng)先地位，但由于國內(nèi)經(jīng)濟放緩，汽車銷量到2020年平均漲幅將下降至10%。

設(shè)備和應(yīng)用程序的需求：正在變化的風(fēng)景

除了研究地理趨勢外，我們還探討了核心汽車應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)備類別的半導(dǎo)體需求會如何變化。

(1)分析出不同汽車應(yīng)用領(lǐng)域的增長點。

我們研究了核心應(yīng)用領(lǐng)域的增長模式：安全、動力系統(tǒng)、車身、底盤和驅(qū)動信息。趨勢表明，到2020年的最大增長將出現(xiàn)在安全領(lǐng)域(表4)。

每個核心應(yīng)用的細(xì)分市場中，某些類別的產(chǎn)品增長將明顯高于其他產(chǎn)品。例如，在安全類應(yīng)用中，預(yù)計在2015年至2020年期間，碰撞預(yù)警系統(tǒng)的復(fù)合年增長率(CAGR)將達(dá)到22%，屆時銷售額將高達(dá)41億美元。展望2020年以后的長期發(fā)展，我們預(yù)計發(fā)動機控制領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)增長，包括電動機和電力電子設(shè)備。集成系統(tǒng)和解決方案領(lǐng)域的也將繼續(xù)發(fā)展，例如用于融合傳感器的發(fā)動機控制單元(ECU)和能夠?qū)崿F(xiàn)4級自主駕駛的集成控制系統(tǒng)。

(2)了解設(shè)備的增長。

我們還研究了器件領(lǐng)域的半導(dǎo)體需求：存儲器，微型元件，邏輯，模擬，光學(xué)和傳感器以及分立器件。雖然一些細(xì)分市場的增長將超過其他市場，但我們預(yù)計到2020年行業(yè)將不會發(fā)生重大變化。大約在那個時候，電動汽車會開始激增。除了包含比傳統(tǒng)汽車更多的半導(dǎo)體設(shè)備，電動車還需要不同類型的汽車半導(dǎo)體，這將改變需求模式。

除了包含比傳統(tǒng)車輛更多的半導(dǎo)體內(nèi)容，電動車還需要不同類型的汽車半導(dǎo)體，這將改變需求模式。例如，在傳統(tǒng)汽車中高達(dá)10%的汽車半導(dǎo)體被集成到分立器件(電力電子)中。相比之下，混合動力電動汽車的汽車半導(dǎo)體中約有35%至40%是離散型的，這一比例在其他電動汽車中高達(dá)50%。盡管預(yù)計電動汽車可能直到2020年左右才能得到廣泛普及，但電動汽車的銷售已經(jīng)呈現(xiàn)上升趨勢。這意味著行業(yè)對汽車半導(dǎo)體的需求已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變。

與核心汽車應(yīng)用領(lǐng)域一樣，每個半導(dǎo)體器件領(lǐng)域也都會有機會獲得發(fā)展。例如，在微型元件領(lǐng)域，微處理器單元的年復(fù)合增長率(CAGR)最高，為14%，微控制器單元(MCU)的CAGR為9%，而數(shù)字信號處理器的CAGR為3%(如圖表5所示)。

2020年后，我們?nèi)匀黄谕泻诵念I(lǐng)域都將繼續(xù)增長。然而，自動駕駛和電動汽車的發(fā)展將有益于諸如GPU和傳感器之類的應(yīng)用，而對其他應(yīng)用的發(fā)展并沒有太多促進(jìn)。

戰(zhàn)略問題和后續(xù)步驟

我們已經(jīng)與半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人以及美洲、亞洲和歐洲的專家進(jìn)行了多次討論，議題是關(guān)于汽車行業(yè)未來面臨的挑戰(zhàn)。他們的關(guān)鍵問題包括：

(1)如何區(qū)分我們的產(chǎn)品?(如何使我們的產(chǎn)品差異化?)

大多數(shù)領(lǐng)頭人都提到，在不斷發(fā)展的汽車行業(yè)中，對硬件的關(guān)注不會在獲得所期望的價值。他們都希望通過在其產(chǎn)品中增加軟件算法來提供系統(tǒng)或解決方案，還有一些人選擇與伙伴合作，以其他方式使其產(chǎn)品差異化。

例如，NVIDIA最近宣布計劃繼續(xù)與高清(HD)地圖玩家Here的合作。他們將共同開發(fā)HERE HD Live Map，這是一款用于自動駕駛車輛的實時測繪產(chǎn)品。英特爾還宣布成立5G 自動駕駛平臺Intel GO。這是最早的5G平臺之一，它將允許汽車制造商和一級供應(yīng)商證明他們的5G設(shè)計(是切實可行的)。

如果企業(yè)專注于整個系統(tǒng)，而不是增加單個芯片，它們就能避免巨大的價格壓力。 例如，NXP半導(dǎo)體公司剛剛推出了一個軟件定義的無線電(SDR)解決方案，用于車載信息娛樂(IVI)系統(tǒng)，稱為SAF4000。該公司聲稱，這是世界上第一個覆蓋全球音頻廣播的標(biāo)準(zhǔn)單芯片系統(tǒng)，包括AM / FM，DAB +，DRM(+)和HD。

(2)我們能否看到車輛半導(dǎo)體生命周期的變化?

未來，只要有一輛車上市，我們就可能會看到OEM廠商更頻繁地購買芯片。并且這一趨勢將會獲得增長，這是因為可供選擇的功能，例如IVI，它的升級將于其他硬件的升級(如與動力總成相關(guān)的升級)分離開來。

(3)確保冗余的同時，需要多少集成來減少材料成本?

行業(yè)中的一些領(lǐng)頭羊正在努力將系統(tǒng)構(gòu)建為一個集成單元以確保冗余，這個集成單元包括多個MEMS，MCU和其他傳感器。在這種情況下，冗余是指系統(tǒng)的關(guān)鍵組件或功能的重復(fù)，以提高系統(tǒng)的可靠性。

例如，冗余可以提供備份或失效保護(hù)。OEM廠商還可能會發(fā)現(xiàn)，某些冗余可以提高系統(tǒng)性能，例如包含額外的ECU。有些人還研究了線傳控制技術(shù)(線控技術(shù)x-by-wire)(電氣或機電系統(tǒng)執(zhí)行傳統(tǒng)上由機械聯(lián)動控制的車輛功能)來剎車或轉(zhuǎn)向。

然而，問題仍然存在，比如需要多少冗余?冗余減少到什么程度時，從業(yè)玩家才會覺得滿意?

(4)半導(dǎo)體公司如何與汽車OEM廠商和一級供應(yīng)商合作?

半導(dǎo)體公司越來越多地與OEM廠商和一級汽車供應(yīng)商直接合作。寶馬、英特爾和Mobileye宣布，他們已經(jīng)合作，并且將在2017年下半年之前建立約40輛自動測試車輛的車隊。

同樣，奧迪表示，與NVIDIA的持續(xù)合作將為其最新的A8豪華轎車引入創(chuàng)新功能，包括在復(fù)雜情況下進(jìn)行自動駕駛的系統(tǒng)，比如涉及高速公路和交通堵塞的車輛。

人工智能領(lǐng)域，奧迪和NVIDIA也形成了合作伙伴關(guān)系，以便創(chuàng)造他們所描述的“世界上最先進(jìn)的AI [人工智能智能]車”，他們希望2020年之前，AI車就能上路行駛。

為了合作成功，半導(dǎo)體公司必須首先確定這些機會所帶來互補技能的領(lǐng)域，例如，一個企業(yè)，其硬件專業(yè)知識可以使軟件技能強大的公司受益。然后他們應(yīng)該決定哪種形式的合作最適合他們的需求，比如并購交易、合資企業(yè)、獨家合作伙伴關(guān)系或戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。

(5)自動駕駛前景如何?這將對半導(dǎo)體公司產(chǎn)生什么影響?

競爭格局和價值鏈的一些變化可能會影響半導(dǎo)體廠商。

盡管全球領(lǐng)先的OEM廠商預(yù)計將在全球市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但是作為破壞者，專注于大眾市場的OEM廠商可能開始損失收益份額，建立或擴大業(yè)務(wù)，包括新的中國OEM廠商。

其他國家的信息和通信技術(shù)(ICT)參與者也看到其產(chǎn)品(包括傳感器和軟件)需求的增長，這可能使其在價值鏈中發(fā)揮更大的作用。

最后，一些一級汽車供應(yīng)商可以獲得與相當(dāng)于太占主導(dǎo)地位的OEM廠商的議價能力。

(6)我們應(yīng)該向安全產(chǎn)品擴展多遠(yuǎn)?

對于半導(dǎo)體公司來說，將安全特性整合到芯片中是至關(guān)重要的，但這并不能完全解決所有安全問題，包括與黑客有關(guān)的問題。因此，他們還應(yīng)考慮開發(fā)其他安全解決方案，特別是在被忽視的汽車連接領(lǐng)域。少數(shù)半導(dǎo)體廠商，如NXP半導(dǎo)體公司，已經(jīng)在與汽車合作伙伴合作開發(fā)端到端的安全解決方案，而其他半導(dǎo)體廠商也可能會以此為例。

半導(dǎo)體公司在從事安全行業(yè)時，可能會從其他生產(chǎn)創(chuàng)新產(chǎn)品的高新技術(shù)領(lǐng)域的公司獲得靈感。例如，博世(Bosch)最近發(fā)布了一款無鑰匙進(jìn)入及啟動產(chǎn)品，允許駕駛員僅僅使用完全加密的智能手機安全地訪問他們的車輛。

(7)我們應(yīng)該如何應(yīng)對中國市場?

半導(dǎo)體企業(yè)應(yīng)該從多個角度來看待中國市場。雖然中國將是重要的需求來源，但也可能成為自動汽車和電動汽車(EV)的主要測試地點，部分原因在于消費市場具有一定的獨特性。

2016年麥肯錫3個國家的3000多名汽車買家進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示，對于汽車與汽車之間的數(shù)據(jù)共享，中國車主比德國、美國的駕駛員更加開放——車輛交換位置、速度和其他方面的信息。

我們還發(fā)現(xiàn)，中國消費者更愿意在自己的車內(nèi)升級IVI。這兩個因素可能會促使汽車OEM廠商在中國測試和推廣新的汽車技術(shù)，特別是在國內(nèi)汽車擁有率迅速增長的情況下。

中國還為半導(dǎo)體公司提供了大量潛在的汽車企業(yè)合作伙伴。這一事實從2017年消費電子展覽可見一斑：中國公司在展會上展出了超過1300件展品，占了500件汽車技術(shù)展品的20%以上。

與美國和其他國家一樣，那些最有希望的合作伙伴也許是剛剛進(jìn)入汽車行業(yè)的新成員。例如，中國互聯(lián)網(wǎng)巨頭百度正試圖通過與全球OEM廠商的合作，開發(fā)自動駕駛和電動汽車技術(shù)。

半導(dǎo)體公司也看好中國作為市場和合作伙伴的潛力，因為政府已經(jīng)出臺了幾項支持國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的舉措。

例如， “中國制造2025”政策為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)提供了補貼和其他激勵措施，對其設(shè)備進(jìn)行升級，并將重點放在了創(chuàng)新上。

因此，半導(dǎo)體公司可能會發(fā)現(xiàn)，未來幾年，潛在合作伙伴的規(guī)模將會更大。中國政府也對促進(jìn)自動汽車和EV的技術(shù)以及與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣，這些技術(shù)使得許多相關(guān)的汽車功能得以實現(xiàn)。政府的支持促進(jìn)了更多汽車和ICT從業(yè)者建立更龐大的業(yè)務(wù)。

許多半導(dǎo)體公司的汽車創(chuàng)新正在迅速發(fā)展，有些公司打算成為自主車輛和EV的OEM廠商的主要供應(yīng)商。然而，在與汽車廠商建立合作伙伴關(guān)系或者進(jìn)一步投資滿足于他們需求的技術(shù)這些方面，其他公司進(jìn)展緩慢，也許是因為他們不愿承擔(dān)風(fēng)險，尤其是該風(fēng)險與不確定的快速發(fā)展的市場息息相關(guān)。

但是，那些在戰(zhàn)略問題上猶豫不決的公司，即使它后來采取了果斷的行動，現(xiàn)在還是可能會失去市場份額，輸給更具侵略性的競爭對手。如今汽車市場日漸成為半導(dǎo)體行業(yè)最大的增長動力之一，缺乏行動才是這些企業(yè)真正面臨的風(fēng)險。