別以為傳統(tǒng)燃油車上沒有用到半導(dǎo)體

不僅是EV和油電混合車，對于純?nèi)加蛙嚩裕?a target="_blank">半導(dǎo)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(fā)動機ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元，以下簡稱為“ECU”）后，可清晰地看清其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)。通過延伸到上部的金屬線（Wire）使其與外部的連接器相連接。上圖為用于摩托車的ECU，用于汽車的ECU也已實現(xiàn)小型化，基本結(jié)構(gòu)是一樣的。（圖片出自：日本產(chǎn)經(jīng)新聞）

就拿近期的潔凈柴油車（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(zhuǎn)矩（Torque），雖然燃油量增加了，但是卻可以盡可能地排出潔凈的氣體。 雖說以毫秒為單位進(jìn)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號的燃料噴射器。 汽油發(fā)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鏈輪（Camshaft Sprocket），來調(diào)整配氣相位（Valve Timing）。而且，會讀取當(dāng)時的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)、水溫、油溫、油門開度、駕駛員腳踩加速踏板的程度（加速度），來判斷駕駛員的加速要求、進(jìn)行必要的控制。 此外，還通過與變速箱進(jìn)行良好的配合，順利實現(xiàn)省油效果。想必很多讀者會認(rèn)為，需要一款高性能的計算機才可以實現(xiàn)以上效果。但是，由于ECU是車載專用控制單元，因此與當(dāng)下的計算機相比，其計算能力并不是那么高。 不僅只有ECU才使用半導(dǎo)體，幾乎所有的電子零部件都需要半導(dǎo)體。用于ADAS（Advanced Driving Assistance System,高級駕駛輔助系統(tǒng)）的緩解碰撞制動系統(tǒng)(Collision Mitigation Brake )和車道偏離警告系統(tǒng)的攝像頭里也裝有圖像傳感器（CMOS）、激光傳感器、毫米波雷達(dá)發(fā)射器等都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。

除此之外，還有電動車窗（Power Window）電機的微控制器（可以使車窗實現(xiàn)一觸即開關(guān)）、用于控制扭矩的微控制器。因此，已經(jīng)與之前的傳統(tǒng)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，這也是為什么最近的汽車零件訂單是通過底盤號精確管理的原因。 半導(dǎo)體之所以在汽車中“隨處可見”，并不僅僅是因為汽車的功能增加了，還有以下原因：通過逐步簡化車內(nèi)排布的線束（Wire Harness）來控制汽車重量。在模擬信號時代，曾經(jīng)出現(xiàn)過僅線束重量就超過100千克的的高檔車型；而進(jìn)入數(shù)字時代后，會從獨立于各零部件的線束中解放出來，從而達(dá)到大幅度減少重量的效果。 眾所周知，節(jié)流閥（Throttle Value）和油門踏板（Accelerator Pedal）已經(jīng)不再使用電線（Wire Cable）傳遞信號，而是轉(zhuǎn)為電信號后進(jìn)行傳遞。如今，就連剎車系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都開始采用電傳線控（Drive By Wire）方式。以此實現(xiàn)復(fù)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(dǎo)體才得以實現(xiàn)的技術(shù)。 如今，汽車前燈系統(tǒng)也實現(xiàn)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(dǎo)體。 再說點題外話，由于汽車前照燈性能較高、且裝入了半導(dǎo)體，曾發(fā)生過多次汽車被盜事件。其犯罪手法大致如下：利用傳達(dá)前照燈的信號線連接到主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(dǎo)體、提高了車內(nèi)電子控制系統(tǒng)，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(fā)生，但事實卻是無濟(jì)于事。

半導(dǎo)體的本質(zhì)是什么？

通過上文分析，讀者應(yīng)該了解到對于汽車而言，半導(dǎo)體是不可或缺的產(chǎn)品。那么，半導(dǎo)體究竟是什么呢，至今還不是很明確，下面我們詳細(xì)解說。 半導(dǎo)體是一種電子零部件，其種類繁多。根據(jù)性能大概分為三類： 其一為晶體管，用于放大信號和電流。 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(qū)動電機的電流）的正是交換器。 其三為二極管，用于調(diào)整電流。它不僅可以調(diào)整線路內(nèi)的電流，還可以用于把交流電轉(zhuǎn)為直流電等其他方向。LED（發(fā)光二極管，已經(jīng)被廣泛用作光源）也是半導(dǎo)體的一種。 IC 是把晶體管、二極管、對于電子線路極其重要的電容器和電阻器、排線等都埋入到硅晶圓上的集成線路，不僅用于模擬線路，還在ECU內(nèi)發(fā)揮中轉(zhuǎn)作用，如轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，并傳達(dá)給CPU。 LSI（Large Scale Integration）是一種將嵌入了IC功能的線路做得更細(xì)的大規(guī)模集成線路。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(fā)展，節(jié)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(dǎo)體工作環(huán)境苛刻，有些地區(qū)甚至出現(xiàn)了因車輛操作失效致使車內(nèi)人員致死的現(xiàn)象，因此，信賴性、耐用性最重要，就優(yōu)先順序而言，如何提高半導(dǎo)體芯片的性能被排在了后面。

日本企業(yè)在大部分原料、材料、生產(chǎn)設(shè)備方面依舊占有優(yōu)勢

曾經(jīng)的日本在半導(dǎo)體制造業(yè)中位居全球首位，但是一次次在價格上敗給其他國家企業(yè)，如今除個別特殊領(lǐng)域的半導(dǎo)體之外，日本陷入了全靠進(jìn)口半導(dǎo)體的境遇。就半導(dǎo)體完成品而言，日本不敵海外半導(dǎo)體廠家，但在上游的原材料、生產(chǎn)設(shè)備方面，日本企業(yè)甚是活躍。 如大家所熟知的一樣，日本政府曾限制對韓國出口對于生產(chǎn)半導(dǎo)體極其重要的三項化學(xué)品一一氟化氫、光刻膠、氟聚酰亞胺，這令韓國政府一度“手忙腳亂”。然而日本企業(yè)具有優(yōu)勢的還不止以上三種材料。日本的材料廠家、設(shè)備廠家在半導(dǎo)體必須的材料、設(shè)備領(lǐng)域占有很大的優(yōu)勢。 就作為半導(dǎo)體基礎(chǔ)的硅晶圓而言，日本供給了全球一半以上的量。此外，日本企業(yè)也在研發(fā)其他新型半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料，如性能更高的碳化硅、氮化鎵、更具成本優(yōu)勢的氧化鎵等。 但是，如今日本國內(nèi)硅晶圓的消費量僅占生產(chǎn)量的10%。未來，日本也應(yīng)該在擴大國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)方面注入更多精力。

未來車載ECU的發(fā)展呈現(xiàn)兩極化趨勢

如今，汽車上不僅有引擎ECU，根據(jù)車型還有用于車內(nèi)設(shè)施、底盤的ECU，通過這些ECU，把信號傳遞給位于相應(yīng)末端的微控制器，進(jìn)行控制。未來，為了實現(xiàn)更精確的控制，應(yīng)該如何發(fā)展呢，讓我們翹首以待。 就未來車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的提案而言，主要有兩個。其一，以高性能ECU為核心，構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)備一個或者兩個HPC（High Performance Computer，高性能計算機），再通過用于中轉(zhuǎn)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(fù)擔(dān)。通過提高微控制器的安全性，同時也會發(fā)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(dǎo)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，說明他們試圖將零部件實現(xiàn)模組化、以減少零部件的數(shù)量，進(jìn)而實現(xiàn)高附加值、高價格的目標(biāo)。如果是半導(dǎo)體廠家提出的，說明他們希望搭載更多的半導(dǎo)體，以提高產(chǎn)量、實現(xiàn)穩(wěn)定運營的目標(biāo)。 車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)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(yù)計未來會根據(jù)汽車的價格區(qū)間、地區(qū)制定最佳方案。 假設(shè)未來十年繼續(xù)生產(chǎn)燃油車，那么可以預(yù)測的是，電子控制方面的零部件還會在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上發(fā)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，對車身的控制將會更精密。 如今，汽車的電動化發(fā)展突飛猛進(jìn)，人們普遍關(guān)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(dǎo)體，它們都無法工作。對于汽車而言，半導(dǎo)體就相當(dāng)于人類的大腦、眼睛、耳朵。日本要想在未來繼續(xù)在汽車行業(yè)有所作為，掌握半導(dǎo)體至關(guān)重要。