不僅是EV和油電混合車(chē)，對(duì)于純?nèi)加蛙?chē)而言，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(shí)。
用X射線(xiàn)觀(guān)察被稱(chēng)為“Black Box（黑匣子）”的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“ECU”）后，可清晰地看清其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)延伸到上部的金屬線(xiàn)（Wire）使其與外部的連接器相連接。上圖為用于摩托車(chē)的ECU，用于汽車(chē)的ECU也已實(shí)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(chē)（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(shuō)以毫秒為單位進(jìn)行控制，但對(duì)計(jì)算機(jī)而言卻輕而易舉。其實(shí)，“工作最繁忙”的還是接收計(jì)算機(jī)信號(hào)的燃料噴射器。
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（Gasoline Engine）也會(huì)噴射多次燃料，通過(guò)同步火花塞（Spark Plug）的點(diǎn)火時(shí)間和吸排氣凸輪軸鏈輪（Camshaft Sprocket），來(lái)調(diào)整配氣相位（Valve Timing）。而且，會(huì)讀取當(dāng)時(shí)的車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、水溫、油溫、油門(mén)開(kāi)度、駕駛員腳踩加速踏板的程度（加速度），來(lái)判斷駕駛員的加速要求、進(jìn)行必要的控制。
此外，還通過(guò)與變速箱進(jìn)行良好的配合，順利實(shí)現(xiàn)省油效果。想必很多讀者會(huì)認(rèn)為，需要一款高性能的計(jì)算機(jī)才可以實(shí)現(xiàn)以上效果。但是，由于ECU是車(chē)載專(zhuān)用控制單元，因此與當(dāng)下的計(jì)算機(jī)相比，其計(jì)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(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）的緩解碰撞制動(dòng)系統(tǒng)(Collision Mitigation Brake )和車(chē)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(dòng)車(chē)窗（Power Window）電機(jī)的微控制器（可以使車(chē)窗實(shí)現(xiàn)一觸即開(kāi)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(lái)是一樣的零部件，但很多情況下是無(wú)法工作的。這正是因?yàn)檠b有微控制器的緣故，這也是為什么最近的汽車(chē)零件訂單是通過(guò)底盤(pán)號(hào)精確管理的原因。
半導(dǎo)體之所以在汽車(chē)中“隨處可見(jiàn)”，并不僅僅是因?yàn)槠?chē)的功能增加了，還有以下原因：通過(guò)逐步簡(jiǎn)化車(chē)內(nèi)排布的線(xiàn)束（Wire Harness）來(lái)控制汽車(chē)重量。在模擬信號(hào)時(shí)代，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)僅線(xiàn)束重量就超過(guò)100千克的的高檔車(chē)型；而進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后，會(huì)從獨(dú)立于各零部件的線(xiàn)束中解放出來(lái)，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(mén)踏板（Accelerator Pedal）已經(jīng)不再使用電線(xiàn)（Wire Cable）傳遞信號(hào)，而是轉(zhuǎn)為電信號(hào)后進(jìn)行傳遞。如今，就連剎車(chē)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都開(kāi)始采用電傳線(xiàn)控（Drive By Wire）方式。以此實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、自由的車(chē)輛控制效果。以上也是一種正是因?yàn)椴捎昧税雽?dǎo)體才得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
如今，汽車(chē)前燈系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了模組化、ALH（Adaptive LED Headlight，主動(dòng)式LED前照燈，）等車(chē)身附屬部位也開(kāi)始使用半導(dǎo)體。
再說(shuō)點(diǎn)題外話(huà)，由于汽車(chē)前照燈性能較高、且裝入了半導(dǎo)體，曾發(fā)生過(guò)多次汽車(chē)被盜事件。其犯罪手法大致如下：利用傳達(dá)前照燈的信號(hào)線(xiàn)連接到主ECU，解除門(mén)鎖，啟動(dòng)引擎，僅用幾分鐘就盜走了一輛汽車(chē)。正是因?yàn)槭褂昧税雽?dǎo)體、提高了車(chē)內(nèi)電子控制系統(tǒng)，才使此次犯罪得逞。雖然在試圖通過(guò)提高安全性以防止犯罪發(fā)生，但事實(shí)卻是無(wú)濟(jì)于事。
半導(dǎo)體的本質(zhì)是什么？
通過(guò)上文分析，讀者應(yīng)該了解到對(duì)于汽車(chē)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?cè)敿?xì)解說(shuō)。
半導(dǎo)體是一種電子零部件，其種類(lèi)繁多。根據(jù)性能大概分為三類(lèi)：
其一為晶體管，用于放大信號(hào)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(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(xiàn)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(duì)于電子線(xiàn)路極其重要的電容器和電阻器、排線(xiàn)等都埋入到硅晶圓上的集成線(xiàn)路，不僅用于模擬線(xiàn)路，還在ECU內(nèi)發(fā)揮中轉(zhuǎn)作用，如轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，并傳達(dá)給CPU。
LSI（Large Scale Integration）是一種將嵌入了IC功能的線(xiàn)路做得更細(xì)的大規(guī)模集成線(xiàn)路。電腦、智能手機(jī)、汽車(chē)ECU等使用的用于計(jì)算的CPU即為具有代表性的LSI。近年來(lái)，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(jī)的性能也得以加速提升。
但是，車(chē)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(chē)輛操作失效致使車(chē)內(nèi)人員致死的現(xiàn)象，因此，信賴(lài)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(shì)
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(jià)格上敗給其他國(guó)家企業(yè)，如今除個(gè)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(chǎng)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(duì)韓國(guó)出口對(duì)于生產(chǎn)半導(dǎo)體極其重要的三項(xiàng)化學(xué)品一一氟化氫、光刻膠、氟聚酰亞胺，這令韓國(guó)政府一度“手忙腳亂”。然而日本企業(yè)具有優(yōu)勢(shì)的還不止以上三種材料。日本的材料廠(chǎng)家、設(shè)備廠(chǎng)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(shì)。
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(shì)的氧化鎵等。
但是，如今日本國(guó)內(nèi)硅晶圓的消費(fèi)量?jī)H占生產(chǎn)量的10%。未來(lái)，日本也應(yīng)該在擴(kuò)大國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)方面注入更多精力。
未來(lái)車(chē)載ECU的發(fā)展呈現(xiàn)兩極化趨勢(shì)
如今，汽車(chē)上不僅有引擎ECU，根據(jù)車(chē)型還有用于車(chē)內(nèi)設(shè)施、底盤(pán)的ECU，通過(guò)這些ECU，把信號(hào)傳遞給位于相應(yīng)末端的微控制器，進(jìn)行控制。未來(lái)，為了實(shí)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(lái)車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的提案而言，主要有兩個(gè)。其一，以高性能ECU為核心，構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)備一個(gè)或者兩個(gè)HPC（High Performance Computer，高性能計(jì)算機(jī)），再通過(guò)用于中轉(zhuǎn)的ECU，控制終端微控制器。
其二，通過(guò)提高微控制的性能，減少ECU的負(fù)擔(dān)。通過(guò)提高微控制器的安全性，同時(shí)也會(huì)發(fā)揮一部分ECU的作用。
以上提案是汽車(chē)零部件廠(chǎng)家提出的？還是半導(dǎo)體廠(chǎng)家提出的？他們的立場(chǎng)迥異。如果是汽車(chē)零部件廠(chǎng)家提出的，說(shuō)明他們?cè)噲D將零部件實(shí)現(xiàn)模組化、以減少零部件的數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高附加值、高價(jià)格的目標(biāo)。如果是半導(dǎo)體廠(chǎng)家提出的，說(shuō)明他們希望搭載更多的半導(dǎo)體，以提高產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)。
車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩個(gè)方向。除了要考慮安全性，還存在其他諸多利弊（如防噪音對(duì)策帶來(lái)的利弊），預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)根據(jù)汽車(chē)的價(jià)格區(qū)間、地區(qū)制定最佳方案。
假設(shè)未來(lái)十年繼續(xù)生產(chǎn)燃油車(chē)，那么可以預(yù)測(cè)的是，電子控制方面的零部件還會(huì)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(duì)車(chē)身的控制將會(huì)更精密。
如今，汽車(chē)的電動(dòng)化發(fā)展突飛猛進(jìn)，人們普遍關(guān)注的是電機(jī)和電池。但是不管是引擎還是電機(jī)，如果沒(méi)有半導(dǎo)體，它們都無(wú)法工作。對(duì)于汽車(chē)而言，半導(dǎo)體就相當(dāng)于人類(lèi)的大腦、眼睛、耳朵。日本要想在未來(lái)繼續(xù)在汽車(chē)行業(yè)有所作為，掌握半導(dǎo)體至關(guān)重要。
