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「我想在3、5年後換車,不是特斯拉就是保時捷...」車用半導體的下一個劇本:不吵雜卻很強烈

「我想在3、5年後換車,不是特斯拉就是保時捷...」車用半導體的下一個劇本:不吵雜卻很強烈
圖片僅示意

權順鎔

科技

shutterstock

2023-02-09 10:30

正式談談什麼是車用半導體吧!

 

韓國是半個半導體強國,因為只有記憶體半導體很強,系統半導體卻很弱。不過在某個領域,三星電子比高通這種數一數二的系統半導體公司更具競爭力。會這麼說,並不是我的個人偏見,除了我之外,延世大學工程教育院院長洪大植、成均館大學教授韓泰熙、成均科大教授金榮碩、SK電訊ICT技術中心所長朴真孝、韓國產業經濟技術研究院(KEIT)執行長金東順等專家,都關注車用半導體產業。

 

高通是系統半導體的霸主之一,如果你的智慧型手機使用的系統是Android,那裡頭很有可能有高通製造的AP。不僅如此,高通也占有大部分的5G通訊領域。三星也正在5G通訊的領域逐漸嶄露頭角,後面我會再更詳細的說明。此外,我甚至聽到傳聞說,蘋果無法開發出5G通訊模組,一開始依賴三星電子的模組Exynos Modem 5100,後來覺得丟臉而退還,改為跟高通研討對策。目前以市占率來看,5G通訊模組大部分仍由高通提供。

 

可是,車用半導體又是另一回事了。三星電子比高通更早進入車用半導體市場,2017年,三星電子以9兆3,600億韓元收購車用半導體公司哈曼(Harman),之後也決定投資74兆韓元,包下車用半導體市場。三星電子強勢進入車用半導體市場開發的原因很簡單,從自動駕駛汽車、電動車到氫動力汽車,往後將出現的所有車輛,都會使用車用半導體。除了機器設備之外,連接5G通訊啟動也需要車用半導體。BMW甚至帶頭改變我們印象中的後照鏡,陸續推出配有自動找出最佳視角、呈現周圍狀況的數位後視鏡。也就是說,車用半導體的用途其實非常多,市場也會繼續擴大,等同未來的搖錢樹。

 

不過,製造車用半導體非常不容易,因為你必須保證,不會有人因為智慧型手機的AP壞掉而受傷或死亡;車內的車用半導體一旦壞掉,就可能造成傷亡,所以必須做到完美,才能讓買方和消費者信賴。再加上,由於使用環境非常惡劣,會受到衝擊、極端溫度及嚴重沙塵侵擾等,基於以上原因,車用半導體材料的標準非常高。以熱衝擊實驗來說,車用半導體要求的穩定性,是一般半導體的兩倍。雖然可以期待車用半導體會獲得非常龐大的獲益,但由於製造相當困難,所以三星電子正在卯足全力。


▲ 世界上第一個搭載數位後視鏡的Lexus ES。(圖片來源:《半導體,下一個劇本》)

 

這麼說來,車用半導體用的是什麼材料?首先,要能耐住高電壓和高溫。車用半導體在變換、分配並處理電流時,需要使用功率半導體,我們先以此為例來說明。因為要啟動的是車子,不是小型的智慧型手機,所以功率半導體要承受的電流強大非常多。一般半導體承受不了這種強度,因為不僅會改變電流性質,溫度也會增加。矽適用的上限是220度,所以會使用耐高溫的氮化鎵和碳化矽等,這種材質的能隙較大。如果是一般環境,電子應該難以移動,但在高溫下,物質會膨脹,能隙會縮小至恰當的範圍,所以很適合作為需要耐高電壓、耐高溫的功率半導體。

 

簡單來說,不論高溫或低溫,車用半導體在任何溫度下都必須正常啟動,而且不能故障。要開發出符合這些刁鑽條件的材料,當然非常困難,技術水準要很高,也需要很精細的技巧,並投入數兆韓元的研發費用。換句話說,只要率先搶下車用半導體的市場,就能長期主宰此市場。

 

在這邊,我想分享跟此主題有關的有趣故事。我現在開的車是Kia K7,目前還很滿意,但我想在3到五年後換成特斯拉的Model S,不然就是保時捷的Panamera 或Taycan。

 

聽到這番話的人,多半會感到驚訝,問我:「特斯拉跟保時捷是同樣等級的車子嗎?」其實,特斯拉車子的完成度低得嚇人,像是接合處的縫隙有一根手指寬,以及跟價錢相比,材質過於廉價等,的確會令人懷疑。

 

不過,以我個人來說,我對特斯拉的好感僅次於蘋果。說不定我的意見某部分也受到特斯拉股價上漲影響。那麼說來,這好感究竟從何而來?我覺得,馬斯克的領袖魅力和領導力都很像史蒂夫.賈伯斯(Steve Jobs),而且特斯拉是目前效能最好的電動車,搭載非常優秀的自動駕駛系統;更重要的是,開特斯拉,給人一種走在流行尖端的感覺。

 

當然,特斯拉也可能是泡沫,只在歷史上留下一點華麗的痕跡後就消失。不過,因特斯拉而帶起的自動駕駛與電動車熱潮,不會那麼容易消散。

 

韓國公司也在努力追趕特斯拉。2020年7月,三星電子副董事長李在鎔和現代汽車首席副董事長(按:已於2020年接任董事長)鄭義宣見面了。韓國頂尖企業的巨頭見面討論汽車的未來,就能知道汽車市場的未來值得期待。

 

實際上,三星電子將車用半導體、AI、5G通訊、生技領域選為四大未來成長潛力,現代汽車也大幅投資在自動駕駛汽車與氫動力汽車上。當然,自動駕駛汽車的穩定性及電動車的經濟效應仍有許多爭議,但這兩者即將成為時代核心,這點誰都無法否認。

 


▲特斯拉的Cybertruck(左)和現代汽車的PORTER II Electric(右)。儘管大眾對Cybertruck好感度壓倒性的高,但全球第一輛商業化的電動卡車PORTER II Electric更貼近日常生活。(圖片來源:《半導體,下一個劇本》)

 

入門門檻高,中資難以輕易挑戰的市場

 

就算不是自動駕駛汽車或電動車,最近新推出的汽車裡,也充滿各種車用半導體,從告知路徑、注意行人並停止、維持車道、配合車流狀況改變速度等功能,各種感測器、攝影機和通訊設備都需要車用半導體。

 

電動車所使用的電池也須由車用半導體控制,並不是將電池裝在電動車上,就能發動電動車,而是要由系統變換從電池流出的電流,然後分配並控制。到了這個程度,電動車已經接近一臺會移動的電腦了,特斯拉的自動駕駛汽車,就由儀表板中間設置的大型平板,來操作大部分的功能。照這個趨勢,往後更多汽車都會搭載更多車用半導體,那麼,這些東西能用機械搖桿或開關調整嗎?絕對不行,一定要由車用半導體調整。這代表,已經出現了一個涵蓋無限可能性的市場。

 

你可以上網查查看車用半導體的市場規模,已經有許多專家分享看好未來的評論或分析,但相較之下,一般人仍不太清楚車用半導體的可能性。這是因為他們對專家沒信心嗎?

 

的確,專家的預言常常出錯,不過,這次的狀況不一樣;儘管在開車時,有自動駕駛系統或相關感測器協助,但很難直接看到隱藏在汽車深處的車用半導體,所以此市場現今仍常被人們忽視。不過,這個市場非常強大,簡單來說,就是:「不吵雜卻很強烈。」

 

就像前面所說明的,車用半導體市場的入門門檻非常高,必須具備技術和資本,這也是中國公司難以輕易挑戰的原因。

 

其實,根據市場調查機構矢野經濟研究所在2017年發表的報告,可以得知功率半導體市占率第一名的公司,是德國的英飛凌,第二名是美國的安森美(onsemi),第三名是日本三菱(Mitsubishi);Strategy Analytics 的報告裡則涵蓋了車用半導體,報告顯示,第一名是英飛凌,第二名是荷蘭公司恩智浦半導體(NXP Semiconductors);功率模組的第一名是英飛凌,第二名是安森美。上述公司所屬的國家,美國、德國、日本、荷蘭都是基礎科學強國,表示車用半導體仍是難度相當高的領域。

 

美國總統喬.拜登(Joe Biden)相當重視環境議題,他表示從2021年1月上任開始,預計在往後10年內投資1兆7,000億美元,以達到碳中和(按:企業、組織在特定衡量期間內,碳排放量與碳清除量相等,又稱為淨零排放二氧化碳)的目標。全球規模最大的資產管理公司貝萊德(BlackRock)則正準備布局7兆8,000億美元,宣布未來資金將撤出不重視ESG,也就是環境(environment)、社會(social)和治理(governance)的公司。

 

如今,大眾之間正在形成一種共識,要保護環境、節約能源,所以要減少使用內燃機。對此,無論是石油、柴油或是電,能將燃料消耗效率提升到最高的功率模組和車用半導體,重要性逐漸提升。其實,2020年SK海力士發表的各半導體銷售增加率中,車用半導體也正持續增加。

 

市調機構IHS預測,2020年車用半導體市場規模將超過500億美元,三星電子2021年第3季銷售額為73億韓元,不久後就會上漲至類似的金額。

 

想到三星電子的龐大勢力,就可以得知車用半導體的規模很大,甚至有人說,三星繼獨占記憶體半導體後,下一個領域就是車用半導體。

 

2020年5月已經出現值得關注的相關訊息。負責封裝製程的半導體公司艾克爾國際科技(Amkor Technology)裡,統整車用半導體的負責人普拉薩德.東德(Prasad Dhond),他表示短期汽車界的前景並不好。其實,汽車產量正在縮減。電子工程國際企業博世(Bosch)生產各種汽車零件,他們也預測汽車產量將下降20%;同時,英飛凌與NXP半導體在2020年第1季的銷售量,也非常令人惋惜。

 


▲2021年第1季車用半導體市占率。歐洲的半導體公司正浮上檯面。資料來源:韓國汽車研究院。(圖片來源:《半導體,下一個劇本》)

 

不過,東德的結論很確定:「在美國經濟裡,汽車產業的比重很大,車用半導體的市場會穩定成長。」他關注的點是,往後穿梭在馬路上的車,不是會立刻變成真正的自動駕駛汽車或電動車,而是會有無數輛使用高效能車用半導體的汽車。還有成長可能性比這還高的市場嗎?東德的意思就是:「車用半導體的市場將比現在大上許多,未來無限光明。」

 

股價攀升的公司,都在做類比半導體

 

在半導體的各種分類中,有一項是數位與類比。數位半導體將訊號分成0和1,類比半導體則將類比訊號轉換成數位訊號。數位相機的影像感測器就是代表性的類比半導體,能夠捕捉不斷變動的自然風景,形成間歇的數位圖案。最近因為開發自動駕駛汽車,使類比半導體的需求暴增,自動駕駛汽車在行駛期間,必須常常注意周遭情況,所以需要效能好的類比半導體,而相關的半導體公司股價亦持續向上攀升。

 

作者簡介_權順鎔

在韓國生產技術研究院裡研究半導體封裝材料。目前經營的YouTube頻道為「SOD」,探討科學技術、工程與半導體,受到近60萬名追蹤者的青睞。2021年7月被委任為隸屬總統管轄的國家知識財產委員會宣傳大使,也受到KAIST(韓國科學技術院)、YouTube Korea等的邀請,積極參與以科學交流為主題的活動,合作對象包含韓國科學技術翰林院、韓國科學技術研究院、韓國科學創意財團、韓國天文研究院、韓國僱傭勞動部。

本文摘自大是文化出版 《半導體,下一個劇本

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