駛向低碳未來 智慧EV帶頭衝!

作者 : EE Times Taiwan編輯部

EE Times/EDN Taiwan在8月11日舉辦了一聚焦智慧駕駛暨新能源技術的Tech Taipei系列研討會,邀請到多家重量級廠商與專業講師,分享電子產業與汽車產業如何透過推進EV技術設計創新加速落實「2050淨零排放」目標...

繼PC與智慧型手機之後,人們日常生活不可或缺的車輛儼然成為推動各種科技演進的主力應用;車輛不再只是單純的交通工具,隨著其電子內容與智慧功能持續添加,甚至已被冠上「有四個輪子的資料中心」稱號。除了在動力系統上將全面從燃油轉向電氣,以因應全球淨零碳排目標,未來的電動車(EV)更會是結合先進感測、運算、通訊、電源、顯示…等等科技的工程智慧結晶,不但能在保障人身的安全同時,提供便利與舒適的車輛駕乘體驗,也會成為讓我們的生活環境更進一步邁向智慧化與永續發展的關鍵元素。

為此,EE Times/EDN Taiwan在8月11日舉辦了一聚焦智慧駕駛暨新能源技術的Tech Taipei系列研討會,邀請到多家重量級廠商與專業講師,分享電子產業與汽車產業如何透過推進EV技術設計創新加速落實「2050淨零排放」目標,以及目前智慧連網車輛的最新技術進展與創新應用成果,還有當連網智慧電動車日益普及,未來交通、能源基礎設施將面臨的變化與挑戰。

車用化合物半導體元件及模組的最新進展

研討會的第一場演講聚焦於車用化合物半導體元件及模組的最新進展,來自鴻海研究院半導體所正研究員杜長慶博士,分享了車用碳化矽(SiC)的技術與市場發展現況。SiC在高電壓應用上的優勢如今可說是眾所周知,以該種材料製造的功率半導體元件除了體積小、損耗低,散熱的效果也更好,能大幅節省冷卻設備、散熱墊等相關成本;因此在各種電源系統中以SiC MOSFT取代傳統矽元件的解決方案備受業界矚目,特別是在2018年特斯拉(Tesla)率先於自家電動車採用SiC MOSFET、隨後眾家車廠也陸續跟進,EV應用更是其中的當紅炸子雞。

不過杜長慶也強調,目前SiC MOSFET在大量生產方面仍有待克服的挑戰──SiC晶圓長晶時間長,需要高溫製程,SiC晶圓片表面平坦度與透明度也較差,閘極氧化層可靠度亦是一大問題。這使得目前SiC晶圓片價格遠高於矽晶圓,成本甚至達到30至50倍;目前SiC晶圓正由主流6吋轉向8吋,可望隨著晶圓片尺寸增加而降低元件單位成本,預期到2030年8吋SiC晶圓的成本將能降到比6吋晶圓更低的水準。

在汽車/電動車、能源、工業等熱門應用推動下,根據市場研究機構Yole的預測,SiC電源元件市場在2021到2027年之間,可以超過30%的複合年平均成長率(CAGR),逐漸成長到30億美元的規模。該市場龐大的商機潛力,吸引眾家廠商競相投入。而由於SiC晶圓/基板生產不易、製程也具挑戰性,要在SiC電源元件市場上取得優勢,廠商大多朝向整合元件製造商(IDM)商業模式發展,而包括Bosh、Infineon、Wolfspeed、ROHM、ST、Toshiba…等領導業者,都積極投資晶圓廠產能,甚至將業務觸角伸向更上游的磊晶、原材料供應。

看好SiC MOSFET的應用優勢以及市場潛力,近兩年大舉投資EV市場、並已發表自主開發電動房車(Model E)、跨界休旅(Model C)與大巴(Model T)車型的鴻海,不久前也入股SiC基板業者盛新。杜長慶總結,鴻海期望能結合旗下鴻海研究院、鴻揚、國創、鴻華等不同部門的技術資源,攜手MIH聯盟眾家夥伴,在2021年銷售量已達到680萬輛、年成長率達108%的全球EV市場繼續開疆拓土,也歡迎更多本地廠商的加入。

電子化汽車/EV系統級測試與EMC測試

針對攸關人命安全的車輛安規測試,量測專家羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz)技術銷售工程師Daniel Loo特別從新加坡飛抵台灣,與現場聽眾分享電磁相容性(EMC)測試的相關標準現況與最新解決方案。他指出,車輛在環境中行駛時就會有許多外部的電磁干擾,包括來自大自然與通訊基礎建設的輻射,而隨著車輛的電子內容增加與電動化趨勢,包括內部的雷達、GPS以及通訊功能,還有電動車搭載的電池組等電源,也都會成為干擾源。

世界各國都有不同的EMC標準法規,以確保進口電子設備能妥善共同運作,不會造成任何嚴重的故障甚至事故;這些標準大多以ISO、IEC、CISPR等國際標準為基礎,包括電磁干擾(EMI)與電磁耐受(EMS)測試。不同車廠的EMC測試要求也會有所不同,這些測試基於各家車廠對自家車輛產品的了解,往往比國際標準更為嚴格。而除了針對車輛與車上電子/電機裝置(ESA)的EMC測試,因應電動車的問世,可充電儲能系統(RESS)也被納入EMC測試法規中,涵蓋電動車連接電網進行充電的測試,歐盟的ECE R10 (目前為第六版)法規就是一個最佳參考。

Daniel Loo強調,如今的EV就像是行駛在路上的智慧型手機,與環境之間的交互作用變得相當複雜;他舉了數個美國太空總署(NASA)在1995年發表的研究案為例證,其中之一是美國空軍在1986年利比亞進行大轟炸時,有數枚導彈竟然無法命中目標,事後證明是戰機之間的通訊導致互相干擾;另一個例子是德國有某段高速公路導致Mercedes-Benz配備的防鎖死煞車系統(ABS)失靈,也是因為鄰近的無線電發射器產生的電磁干擾。

因此,隨著技術演進以及運作模式的改變,EMC測試必須與時俱進;各大國際標準組織也在持續研究,要如何能以更準確、恰當的方法來進行測試。為了協助客戶因應越來越嚴苛、變化快速的車輛EMC法規與測試環境,Rohde & Schwarz透過TA-ACE測試系統,結合複雜電磁環境模擬、高解析地圖/3D道路測試場景、車用通訊場景以及雷達感知目標場景等,同時也持續觀察各種標準變化,期望為客戶提供最完整、高效率的車輛EMC測試解決方案。

車用寬能隙元件測試挑戰與方案

 

WBG元件特性/優勢。

(來源:克達/禧恩)

針對在電動車電源應用的新寵──SiC/氮化鎵(GaN)等寬能隙(WBG)元件,克達科技(Coretek)技術顧問暨禧恩科技(Pomme)總經理蕭東琦表示,WBG元件因為運作功率範圍廣大,半導體製程相關技術與應用設計方面難度較高,傳統的測試設備已經無法支援,需要搭配最新高功率測試方案來協助開發人員進行靜態測試(多樣封裝測試治具)、能量損耗測試(動態測試)、GaN動態通道電阻分析、尖端高功率探針台、冷熱衝擊環境實驗,以及更精細的半導體特性測試,才能縮短開發時間。

 

WBG元件測試挑戰。

(來源:克達/禧恩)

因應WBG元件測試需求,克達/禧恩提供包括DC Power Device Parameter​、AC Power Device parameter與​Low current device characterization parameter三種測試方案,​並設計了加熱器,以及I/V Curve、C/V Curve、On-wafer測試探針及客製化治具,期望以一站式解決方案節省客戶的測試環境架設成本負擔與時間。在On-wafer測試方面,亦有手動(MF-P/MF-C系列)、半自動(SF-P/SF-C系列)與全自動(IF系列)與探針/探針卡等全面性解決方案。

電池循環經濟興起

為了減少碳排,減緩氣候變遷的威脅,電動車的發展已成為各大車廠進一步實現節能減碳、環境永續的主要行動。不過,電動車最重要的組成之一——電池組,重量既重,且價格又相當高昂,一旦儲電能力下降至一定的數字後,電池組就需整個替換掉,相對來說也讓電動車增添一抹「非真正環保」的印象。

因此,若是能夠讓電動車的電池組能夠在「退役」後,能夠再被利用來打造儲能系統,將其儲電能力「榨」到最後一分一毫,而非直接丟棄,如此對環境不僅較為友善,也可「回收」些成本。行競科技營運長黃昱傑表示,將電動車的手電池再利用為儲能系統,目前已開始獲得市場關注,不過,回收再利用的電池組最大的問題是,安全性會令儲能業者擔憂。也就是說,目前鋰電池技術已可以做到讓使用者覺得鋰電池是安全的,然而鋰電池一旦燃燒,卻相當不易撲滅。

如何解除安全疑慮,又能將電池的再利用率提升到極致,這是身為電池系統設計與開發的行競科技,持續關注的問題。黃昱傑指出,行競科技新開發的浸沒式冷卻技術,可以延長讓電池使用壽命,並兼顧安全性,更有機會讓電池組的價格下降,讓儲能系統業者更願意循環使用二手電池,打造電池循環經濟願景。

浸沒式冷卻電池系統。

(來源:行競科技)

AMOLED面板打造新興智慧車艙應用

打造一輛智慧電動車,不僅需要在電池組、電力系統下功夫,要讓電動車更為智慧,除了與外部基礎設施、人及車有效溝通,內部車艙的升級,忠實呈現車外與車輛狀況,以及帶給駕駛與乘客更好的乘用體驗,也相當重要。致新科技Display產品中心技術行銷總監陳彥旭表示,傳統車艙要演化為智慧車艙,車廠首要的改變的是負責傳遞車輛資訊的儀表板,再擴展至車用娛樂系統,此時顯示面板就成為電動車蓬勃發展帶動的智慧型車艙(smart cockpit)趨勢下,人機介面溝通的要角。

根據市調機構統計,至2030年電動車將佔車輛總出貨量的45%,且車內面板的使用量,也會從2016年的1.45片/台,上升到2024~2025年的2片/台,市場的成長是可預期的。然而,現階段有各式各樣的面板技術,何種面板將會雀屏中選?陳彥旭認為,包括TFT LCD、AMOLED、μLED都有機會,且這些面板技術各有優點,也各自補強彼此的不足。不過,AMOLED自發光的特性,無須背光,可比TFT LCD更薄,再加上可撓曲,可製作成各種形狀,不用局限於傳統的方型外觀,因此成為車廠打造智慧車艙顯示器的寵兒。

2020~2026 資訊類與車用AMOLED相關市場規模預估。

(來源:致新科技)

車內通訊匯流排擔起爆量資訊傳輸重任

當車輛朝電子化、資訊化的方向發展時,除了用電力驅動,還能如何更加節能?普源精電資深技術市場總監潘光平指出,智慧車輛之所以是智慧車輛,首先是導入IoV架構,再則是車內通訊匯流排不斷精進。

IoV架構是由IoT+車載電子系統+雲端運算組成,因此透過車外近距離、遠距離與超遠距離通訊(如衛星)無線通訊技術、人工智慧與晶片控制,可以實現智慧駕駛、豐富的車內娛樂;而智慧車輛安全性控制則除了外部的通訊技術外,車輛內部的通訊匯流排技術,例如LIN、CAN、FlexRay、I2C、SPI、乙太網路…等,擔任資料的高速傳輸工作,並確保車輛在行進時各個電子系統能持續、有效且不中斷的與中央控制系統連結。

為確保車內通訊匯流排的效能及資料傳輸安全性,對這些匯流排進行測試是不可缺少的工作。潘光平說明,利用具備高解析度示波器、高靈敏度與長記憶體等特性的示波器將能協助相關業者全方位快速、準確地進行車用通訊匯流排測試。

IoT、車載電子系統與雲端運算構成IoV架構。

(來源:普源精電)

打造車聯網時代的低碳智慧運輸

因應國發會在今年三月公佈「2050淨零碳排路徑」規劃,運輸領域正積極推廣電動車(EV)取代燃油車,期望在2040年實現市售電動車及機車全面電動化。此外,透過車聯網(IoV)以及謂的`CASE'(連網、自駕、共享及服務、電動化)路徑也有助於提升低碳智慧運輸。

在政策實施方面主要仍以硬體角度切入。據台灣車聯網產業協會(Taiwan Telematics Industry Association;TTIA)理事長吳盟分介紹,為了在2040年讓市售汽機車達到100%電動化的目標,目前的發展藍圖規劃將運輸載具逐步轉為電氣化,並推動電動載具普及。此外,還必須推動個人運輸方式改變,例如從個人專用載具轉向公共或是共享載具以及降低運輸需求,從而達到運輸淨零的目標。

他並以車對基礎設施(V2I)和車對車(V2V)為例說明如何透過連網車輛達到低碳運輸。透過V2I讓車輛與路側裝置進行優先號誌請求與號誌協控,能減少車輛運行猶豫區間(dilemma zone)、提高行車效率並減少能耗。V2V則是透過車間通訊分享車輛感測器資訊、最佳化行車速度甚至車輛列隊駕駛(platooning),減少車輛跟車距離、降低風阻,從而減少能耗。

2030年的`CASE'應用市場預估。

(資料來源:Experiences Per Mile Advisory Council)

此外,`CASE'更是推動低碳智慧運輸的必要路徑。隨著車輛逐步實現連網、自駕、共享與電動化,預計全球連網車輛市場將在2030年達到96%的滲透率;其中,L2以上的自駕車約佔79%,共享運具以及電動車將有近四分之一的新車市佔。

吳盟分並強調,智慧運輸搭配低碳綠色要求的目的在於達到交通部於民國106年起推動的所謂`5S'——即「無縫(Seamless)、安全(Safe)、順暢(Smooth)、共享(Sharing),並帶來永續(Sustainable)生活的方式,讓未來不只 “go smart”,還要 “go green”。

感測器融合讓車輛更智慧節能

在汽車自動化、電動化過程中,電子控制元件(ECU)等車用晶片用量自2000年開始快速增加,目前正處於高峰期。而當後續隨著能源、自駕車等技術提升、半導體微𦂨以及用量高峰過後,預計晶片數量將會開始減少,而其中不減反增且將佔最多數的就是影像晶片。

車輛中的ECU數量、車載功能數以及每一ECU上的功能數演變與比較。

(資料來源:eYs3D)

鈺立微電子(eYs3D Microelectronics)商務暨策略長王鏡戎指出,為了達到即時、低功耗、低延遲與智慧化的自駕車目標,影像晶片的未來將結合AI。此外,隨著level 3自動駕駛即將在明年上路,車載晶片和ECU架構持續轉型,感測器晶片不再只是單一控制或處理,而是持續邁向整合。此外,除了車子內外的攝影機,預計還會有更多感測器車載應用出現。

王鏡戎說:「目前由於大多數感測器只能進行單一處理,造成車用晶片短缺甚至導致延遲和更多功耗,預計車用晶片在未來將從部份中心化走向完全中心化,尤其是子的儀表板(cluster),」而這也是未來車載市場的潛力與商機所在。

車用晶片將從部份中心化、去中心化走向完全中心化。

(資料來源:eYs3D)

因此,他強調eYs3D更像是一家「感測器融合」(sensor fusion)供應商而非晶片公司。 王鏡戎解釋,所謂的「感測器融合」基本上就是一種AI推論,而不是結合所有的感測器,而多種感測器融合的目標就在於讓車子能像人一樣感測(sensing)。例如,為了支援ADAS功能以及確保行車安全,新一代駕駛監控系統(DMS)除了車載攝影機所需的多感測器應用,還必須結合AI與演算法,才能讓車子成為眼觀四方耳聽八面且無所不能的「超級電腦」。

此外,節能除了尋找新能源,也可以從晶片端降低功耗,特別是當晶片製程微縮到極限後難以再一步省電,這正是AI得以發揮功能之處——目標在於分類、訓練與推論而不只是辨識物件行為。

「降階利用」汰役電池

儘管發展電動車是為了節能減碳,但隨之而來的大量車用電池卻可能製造另一個環保議題。因此,固緯電子(Good Will Instrument)經營拓展處協理吳俊賢指出,為了電池的回收再利用,等到高C值動力電池使用一段時間或性能不如從前時,再將其用於規格要求較低的儲能系統應用——即「降階利用」汰役電池至關重要。

因此,如果能夠先掌握汰役電池的健康狀態(State of Health,SOH),瞭解其老化後的性能參數,更易於回收再利用這些汰役電池。為此,他也建議採用2 Pulse以及人工智慧(AI)和機器學習(ML)方法,以取代傳統完全充電放電的耗時方法。

全球EV電池再利用市場預測:這一市場龐大,預估產值相當可觀。到2030年,隨著電動車越來越多,汰役電池數量更龐大,包含電廠所需儲能設備的電池瓦特數保守估計就有112GW,樂觀預估更達227GW。

(資料來源:Second-life EV Batteries: The Bewest Value Pool in Energy Storage.)

此外,因應未來電池產能倍數成長的需求,為了管理眾多的測試機台,未來的產線測試場域可以透過連網以及像是固緯提供的元宇宙戰情中心等方案,能夠確實掌握每一機台的溫度與量測結果,在產線上使用最少人力,並在三分鐘完成電池充放電測試,可望大幅提升產能與管理效率。

EV電池測試把關行車安全

電池測試原本就很複雜了,因應電動車而生的車用電池複雜度更高。吳俊賢指出,一般的產品測試驗證除了滿足實體、電氣與機械規格之外,當電池安裝到車輛上還必須符合更嚴格的車規要求。此外,車用電池測試還要求進行「工況模擬」,也就是必須要有設備能快速反應充電放電的情境。

那麼如何建構一個好的充放電系統?吳俊賢列舉USABC提出的三大車規動力電池測試­­­­­:

  • 混合脈波功率特性測試(HPPC):目的在於測試電池的動態功率輸出能力,例如電芯在不同荷電狀態(SoC)進行短時間(10~30秒)高率脈衝放電與高率脈衝充電,並測量電位的變化以計算電池內阻與功率特性。
  • 聯邦城市行駛時程(FUDS):模擬市區巡航,用於工況模擬,以功率迴圈來模擬實際負載情況,並在過程中檢驗電池性能。
  • 動態電池健康狀態檢測(DST):目的在於模擬起步、停止,主要根據SFUDS修改而來,亦用於工況模擬,以功率迴圈來模擬實際負載並檢驗電池性能。

此外,攸關人身安全的車輛還必須進行整車的電磁兼容(EMC)測試。晶焱科技(AMAZING  Microelectronic)現場應用經理林孟蔚指出,從電子電器零件/系統、電源管理、CAN節點等都必須符合EMC測試規範。

根據調查資料顯示,電子產品中約有37% 的故障風險來自於靜電放電(ESD)擊傷及電性過壓(EOS),而這可能導致負面影響,包括帶來額外的生產成本、重新設計(rework)的高昂費用,甚至產品賣給客戶後遭到退貨(RMA)而影響聲譽。為了避免車用零件產生異常故障,威脅乘客與行車安全,從單一節點到整車設計,都必須先正確地選擇保護元件。

電子產品約有37% 的故障風險來自於ESD/EOS。

(資料來源:National Semiconductor &  American EOS/ESD Association)

保護元件避免ESD/EOS風險

為一般車輛或電動車正確選擇合適的TVS,除了能為車載收發器提供靜電突波保護保護,還具備支援多種通道應用、節省PCB尺寸與成本、易於設計以及相同封裝中接腳相容等優點。例如晶焱科技提供的TVS可節省45%的PCB空間、30%~50%的系統成本,並可運作於小於3.3V的低電壓系統。

林孟蔚指出,選擇瞬態電壓抑制二極體(TVS)的影響因素可能包括關斷(stand-off)電壓、高突波保護(降低EOS)、電容(超低電容值)以及(低)箝位電壓(如下圖)。

正確選擇TVS把關駕駛與行車安全。

(資料來源:AMAZING  Microelectronic)

此外,隨著車用電子市場逐步崛起,包括ADAS、停車輔助、電池管理系統(BMS)以及整合儀表板、導航與娛樂的車載資通訊系統(infotainment)都由於車用晶片要求高度穩定性,因而需要更高抗靜電及突波能力的保護元件。為此,林孟蔚也強調晶焱科技專精於設計保護元件與收發器,相關車載用產品均已通過車規認證。

V2X技術加速發展 淨零碳排重要武器

協作智慧運輸系統 (Cooperative Intelligent Transport Systems, C-ITS) 允許道路使用者和交通管理人員分享資訊,協助讓交通事故發生率降低;有效降低事故率,也是智慧交通應用發展的重要任務之一。想實現「讓道路更安全」的願景,通訊技術的演進扮演著關鍵要角。

華電聯網資深經理楊瓅凱指出,以前3G跟4G大多是將資料回傳到管理中心,到5G開始走入車輛智慧化,電動車將是重要的應用之一,特斯拉還有其他大型車廠也都針對車輛上網進行研發,並與智慧駕駛連動,為的就是希望行駛過程中更安全,要做到淨零碳排等車輛發展的面向,也都跟車聯網有很大的關聯性。

連網車輛(Connected Vehicle, V2X)近年隨5G、AI等技術發展,以及C-V2X技術進步、半自動和自動駕駛汽車等技術而大步向前邁進;要改善道路安全、節能和效率,也會進一步帶動車聯網技術需求。楊瓅凱表示,當車輛聯網,將所有道路資訊傳到車上,資訊可以更即時且能省時,同時達到省油或電池用量節省,需求可望擴大。

楊瓅凱舉例,像奧迪在美國的實驗場域,車輛儀錶板會秀出前方號誌、速限等資訊,如此一來就避免急煞急停,可以更順暢的通過路口,油耗也會降低,目前美國和歐洲已有2萬8,000多個路口有這樣的應用。楊瓅凱直言,這個市場分為前裝和後裝,未來成長率可觀,參與者也越來越多,相關聯盟就至少上百家廠商參與。

奧迪在美國的實驗場域,儀錶板可秀出前方號誌及速限等資訊。

(來源:華電聯網提供)

交通部目前也在推動「淡海新市鎮智慧交通場域試驗研究計畫」,華電聯網為該計畫交通部委託的執行廠商,研擬智慧路側資通訊標準。此外,因應台灣和國外交通環境的不同,聯網車進口到台灣就需要做轉換,台灣車聯網產業協會成立了「TCROS工作小組組織」,楊瓅凱表示,TCROS成軍的願景是希望相關產業不只布局台灣,而能接軌國際,並將技術輸出到國際。

楊瓅凱指出,目前是國內車聯網的產業標準,依循美國汽車工程師協會 (SAE) 標準,去年擬定與號誌控制器相關的號誌時相與秒數 (Signal Phase and Timing, SPaT)及地圖資訊 (Map Data, MAP) 標準,期望未來讓國外的車進台灣只要做小幅修改、「無痛」落地。另,淡海場域正在推動智慧公車驗證,未來也希望在各主要城市都導入智慧交通服務,實現台灣C-ITS新世代。

淡海實驗場域的計畫,擘劃台灣C-ITS新世代願景。

(來源:華電聯網) 

自駕車不再是夢幻應用 特定場域或有機會先落地

自駕車近年一直是熱門話題之一,現在隨著技術演進,已越來越不僅止於想像。台灣智慧駕駛執行長沈大維直言,自駕車不太像五年前還是夢幻的應用,但商業上該如何發展及落地,是產業發展重要甚至是唯一的問題。他舉例,如Alphabet子公司Waymo在道路測試時,兩次系統失效間可以繞台灣30圈,風險係數卻比正常16到17歲的駕駛還高,「這顯示自動駕駛真的要上路,難關比想像中多很多!」

沈大維也說,幾年前車聯網和自駕的路線之爭,現在已經消失,因為唯有兩邊一起變聰明才有辦法讓自駕車上路,兩者已經密不可分,但更多問題是在技術以外如法規、社會接受度等問題。不過,以全球推出Level 4以上ISO 22737、針對時速32公里以下的自駕車法規,自駕車或許會在某些特定用途的場域更快看到落地的機會,也讓他們終於有一條線可以跟客戶拔河。

以台灣智駕而言,目標市場就是特定且封閉場域的最後一哩路服務應用,特定場域包括球場、渡假村、港口等;特別是港口,沈大維認為那是需要大量自動化的場域,還有像高爾夫球場面臨勞力短缺,也是他們想主攻的市場。他表示,這些市場是利基市場,同時也是正在成長中的市場,現在有法規就能藉此把客戶的需求收斂,最終願景是希望提供自駕慢速車,提升服務效率,或許本來一天服務2,000人到可以服務4,000人。

台灣智駕鎖定慢速自駕車市場布局。

(來源:台灣智駕提供)

GaN的電動車應用潛力

全球各國為因應節能減碳議題,陸續訂出禁售傳統燃油車的時程,最快2025年就會發生,迫使汽車產業鏈加速朝電動化轉型;原本作風相對保守的韓國跟日本,也受到趨勢影響將禁售燃油車的時程從2050-60提前到2035年,更可預見全球汽車轉型只會越來越快。當電動車要求越來越追求節能、高能效,使得近幾年SiC跟GaN等寬能隙半導體的討論度越來越高。

GaN System全球業務發展副總裁莊淵棋表示,2020年寬能隙半導體還不是聽到太多,但趨勢上過往的材料已經越來越無法滿足功率密度的要求,以物理特性來看GaN能隙比SiC來得大,單位面積耐壓更高,且沒有少數載子讓切換開關的速度更快,頻率拉高也可以做到輕薄短小,整體具備比SiC更好的特性,問題就是如何讓信賴度更高。

對於信賴度,莊淵棋舉BMW i3電動車裡面的車載式電池充電器 (On-Board Battery Charger, OBC) 就是他們供應的,雖只有生產20多萬輛,但六年來沒有客訴,表示經過長時間驗證是可以被信賴的,以400V的電池來說GaN變壓器也比SiC的體積更小、效率更好。

目前GaN額定電壓來到650V,未來趨勢則是往歐規的800V靠攏。莊淵棋坦言,這讓有些人認為未來800V GaN是不是就沒有機會,但事實上需求出來會刺激新的技術發展跟創新不斷出現,如德國汽車零部件製造商Vitesco去年增資GaN System,未來OBC或逆變器 (Inverter) 都會用GaN。也就是說,800V GaN是可以做的。之後OBC或電動車發展,SiC之外GaN也是很好的選擇 趨勢是不斷往前走,GaN System來說將針對未來電動車提供完整的解決方案。

專家齊聚圓桌論壇 聚焦未來車技術發展趨勢

活動最後舉行圓桌論壇,由勤崴國際副總林映帆主持,與GaN System全球業務發展副總裁莊淵棋、台灣智駕執行長沈大維、慧友電子資深顧問許中明、致新科技Display產品中心技術行銷總監陳彥旭、以及鈺立微電子商務暨策略長王鏡戎等業界先進,談論未來車的技術發展趨勢。

對於推動電動車的功率元件發展,莊淵棋認為,輕薄短小把頻率拉高是驅是,當頻率拉高到200kHz,GaN的優勢會逐漸出現,甚至500kHz差距會更大,但某些應用操作頻率不需要那麼高,就未必需要GaN,SiC和GaN將各有千秋。另外,新的快充規範出來,要真正在10分鐘左右就充飽電,預計會只剩寬能隙半導體,現在所有開發商都先從熟悉的領域往上,GaN雖對大家相對陌生,但用了就無法走回頭路。

莊淵棋也說,電動車很可能是邁向自駕車的過渡產品,節能跟效率已經看到繼續往前走,台灣來說GaN生產相對晶圓廠來說對比SiC差異小,只需準備兩種不同的設備就能進行產線轉換,幾乎所有8吋晶圓廠都已投入GaN研發,就對台灣下一世代新材料發展來說,GaN現在的定位會相對比較合適。

而針對台灣自駕車何時可以上路,沈大維認為現階段在法規跟技術面上,仍有瓶頸。他指出,商用車會相對乘用車更有機會,並同時點出幾個台灣缺乏的關鍵要素,包括政策方向該注重產業發展還是應用等,其中尤其在車輛的品質上,自駕車其實對車要求很高,必須跟車廠緊密合作,「如果沒有跨過門檻,要推很難。」

該建立規則 (Rule-based) 或仰賴經驗去學習並逐步減少錯誤 (Learning-Based),在自駕車市場持續引起熱議。沈大維直言,自駕車成也AI敗也AI,AI可以舉一反三,但無法在有限的資料上做出決策,特斯拉選擇擁抱AI,那必須擁抱犯錯,卻比較有機會讓自駕推進到Level 5,因為交通變數真的太多,台灣特色衍生的問題更只有台廠能解,如何基於地圖建立動態圖資或提供更多協助,讓AI適應混亂環境,是台廠可以解決的問題,也建議相關廠商能把這部分當作未來主要方向。

對於車用AI,王鏡戎表示,市面上很多大型IC公司已經放棄車用AI神經處理器(Neural network Processing Unit,NPU) 開發,因為AI演算法太多,「到底車用領域到底甚麼是標準。」他認為,當每個路口都有鏡頭跟掃描全世界的圖資都被預載,基礎建設是不是夠健全,也會衍生出準確度是否足夠等問題,不過未來都有機會被解決,「以後車是人的另一個家,家裡需要多少家電,車裡就需要多少東西。」

許中明分享慧友過去協助國軍、HINO及Toyota等商用車安裝行車輔助系統的經驗,目的是為了增進駕駛安全,未來希望從車內跨足車外系統市場。此外,他們也跟台灣智駕合作打造5G車聯網自駕巴士;慧友設置路側設備 (Roadside Unit, RSU),幫助自駕車判斷對面有來車、是否有大車轉彎死角等路況。

許中明表示,行車輔助系統讓事故率可望降低,但商業模式上有幾個挑戰,第一是沒有法規規範的話,大家加裝的意願可能不高;再者AI-Based的輔助系統投資報酬率難以量化,也會增加推廣的難度;當產品要搭載AI,每輛車出廠的規格都不同,都需要特別調校,「做HINO跟Toyota的案子就簡直快累翻。」他直言,如何把軟硬體整合方案推向海外,目前看起來似乎還要努力摸索。

談到未來車會運用的先進顯示技術,陳彥旭表示,車輛行駛的過程需要在陽光下顯示,也可能在極暗環境運作,一點點的亮光都會不舒服,車用顯示器自2008年開始出現,到現在越來越受業界重視,目前99.9%都還是液晶顯示器 (LCD) ,新興的OLED和miniLED兩技術成本都相對高,多用在旗艦型400到500萬級車款,以OLED為主,至於未來兩年的發展方向,成本會是關鍵要素。

陳彥旭表示,車用OLED或miniLED鮮少業界標準可循,可以確定是車用半導體是未來幾年內會爆發的產品,但這對消費性電子耕耘居多的廠商是挑戰。「品質工程師習慣300PPM,今天告訴他要零缺陷幾乎不可能,」他建議,AEC-Q最難的關卡就是思維的建立,政府可以帶頭營造環境,加強提供某些證書的規範及輔助認證人才的養成,會讓半導體廠的產品在國際舞台上更有說服力。

 

 

 

 

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