KLA+汽車：創新、趨勢和與半導體的交匯

簡介與環境

盡管COVID-19對全球經濟產生了影響，半導體行業在2020年的表現卻好于預期，并為2021年及以后的加速增長整裝待發。全球冠狀病毒大流行大大增加了通信電子產品的市場需求，推動了支持遠程工作和學習的云計算的發展，為計算機、5G網絡基礎設施、智能手機、汽車、電視、家用電器、數據網絡、醫療設備等幾乎所有的電子設備生產其中的關鍵芯片。事實上，在許多市場中這種爆炸性的需求已經導致芯片供不應求和交貨期延長。這一前所未有的情況讓我們看到了集成在汽車中的半導體芯片的數量之多，以及它們對汽車基本操作和功能的重要性。讓我們深入探討這個充滿活力的汽車話題，探索半導體工業帶來的一些關鍵的創新、趨勢和機遇。

汽車與消費者

汽車作為當今的主要交通工具，是我們生活中必不可少的一部分。目前，世界上有超過13億輛機動車，預計到2035年這一數字將增至18億輛¹。載客汽車約占這些統計總數的74%，而輕型商用車和重型卡車、公共汽車、旅游巴士和小巴則占剩下的26%²。汽車為我們提供了便利和功能——獨特的自主旅行的能力，通常情況下我們可以按需決定時間和地點。我們的工作和個人生活方式依賴于汽車的性能、可靠性和安全性，每一天、每一周，年復一年，我們期許產品生命周期中有一致可靠的性能。毫無疑問，可靠性和安全性是消費者購買車輛時的關鍵決定因素，也是汽車制造商保護客戶的首要考慮因素。

當需要購買或租賃新車時，許多人會透過互聯網研究汽車品牌、型號、風格、動力傳動系統、特性、功能、車輛質量、可靠性、排名、定價、激勵措施、性能和評論等多種數據。對汽車購買的消費者行為調查顯示了我們的實用性：外觀、安全性、燃油經濟性和制造質量都是購買汽車的十大理由。然而，做出汽車購買決定的主要原因之一仍然是可靠性^3,4，以及車輛在使用中保證乘客、其他人和周圍環境安全的能力。在本文中讓我們簡要回顧一下多年來汽車行業是如何轉變的，以及專家所做的一些預測。然后，我們將介紹實現汽車半導體器件價值的創新和關鍵拐點。最后，我們將說明KLA在半導體工藝控制中的作用及其對這個不斷發展的行業所提供的支持。

汽車創新

多年以來，汽車行業經歷了大量的創新^5,6，其中包括：福特T型汽車（1908）、無線收音機（1933）、鑰匙（1949）、空調（1953）、安全帶（1958）、電動車窗（20世紀60年代）、防抱死制動系統（1971年）、儀表板數字顯示（1974年）、安全氣囊（1974年）、車載診斷系統（1994年）、混合動力車輛（1997年）、GPS衛星導航系統（2000年）、先進的駕駛員協助系統（ADAS;2010年代）和自動駕駛（目前并持續改進中）。當今，這個不斷發展的汽車市場正由幾個關鍵領域帶動著向前，尤其是汽車連接，電氣化和自動駕駛^7,8。這些領域非常有吸引力，人們都渴望擁有這些功能，所以讓我們仔細看看這個趨勢。

汽車連接：免提移動服務和車載導航是當今大多數車輛的標準配置。遠程信息處理、GPS導航、遠程訪問、緊急服務，碰撞通知、語音協助、集成移動應用程序、彈出式顯示，3D繪圖等方面仍在不斷改進。車輛之間的5G連接將增加。全球技術研究公司Gartner估計，到2020年底，全球物聯網設備安裝將高達500億臺——其中許多都安裝在汽車內⁷。連接性在車輛購買決定中變得舉足輕重，并且在未來可能會有更多影響⁸。

電氣化：純電動汽車和插電式混合動力汽車的總銷量在2019年首次突破200萬輛的大關，占所有新車銷量的2.5%⁹。盡管受到全球新冠流行的影響，電動汽車市場有望隨著經濟持續增長而反彈。Deloitte預測全球電動汽車將在未來十年實現29%的復合年增長率(CAGR)：電動汽車總銷量將從2020年的250萬輛增長到2025年的1120萬輛，并在2030年達到3110萬輛。

自動駕駛：自動駕駛的發展分為五個階段。在過去幾年中，我們已經看到越來越多車輛采用第1階段的ADAS，包括改進的LIDAR距離感應、車道偏離控制、盲區檢測、自動巡航控制和改良攝像頭傳感器。汽車制造商目前在生產第2階段的車輛，而且很多制造商已經開始展示（部分）第3階段的功能。最終的第5階段完全無需駕駛員，這是許多人都樂于接受的愿景，其前提是所有復雜的內部及相互依賴的技術和基礎設施都已建立、測試并被充分證明。想像一下，在汽車載您前往目的地期間，您可以在PC上工作，進行視頻會議，享用餐點或觀看電視節目或電影。那會有多酷！

汽車連接、電氣化和自動駕駛等方面的創新很大程度上是透過集成更多電子產品來實現的，這些電子產品的功能來自于其中數量眾多并不斷增加的硅元件。事實上，當今車輛的核心是數以千計的半導體芯片，它們充當車輛的眼睛、耳朵和大腦——感知環境、做出決策并控制行動。現代的汽車可能擁有8000個或更多的半導體芯片¹⁰，和100多個電子控制單元，目前占總車輛成本的35％以上——預計到2030年這一數字將增加到50％¹¹。 Gartner的報告稱汽車行業將在到2024年的未來四年期間經歷最高的半導體復合增長率，達到9.3%¹²。

對于汽車中安裝的數千個芯片有一個簡單的事實：它們一定不能出故障。然而，今天汽車裝配線上超過一半的半導體故障（所謂的0km故障）都可以追溯到半導體制造工藝中出現的缺陷¹³。當然，任何行駛中發生故障的芯片都會導致昂貴的召回和保修維修，也會損傷汽車制造商的品牌形象，最壞的情況，還可能導致人身傷害甚至生命損失。SEMI一直積極倡導整個汽車供應鏈的可追溯性標準。PEER集團的產品傳播者及SEMI標準可追溯性委員會的積極參與者Doug Suerich說：“歸根結底，這是一個安全問題。我們需要能夠在整個供應鏈中收集數據，以便我們追蹤可靠性問題的來源、分析數據并針對那些對安全性至關重要的應用程序采取糾正措施。汽車、醫療和航空航天設備需要能夠運行五年、十年甚至更長時間。這對于半導體行業來說，意味著重新定義良率¹⁴。”

KLA 在汽車市場中的作用

這就讓我們把視線轉向KLA，這個工藝控制和良率管理的領導者，以及該公司在這個行業中的關鍵角色。2019年5月，KLA成為第一家被汽車電子委員會（AEC）接納成為準會員的半導體設備公司，該組織為汽車行業的電子元件制訂規格標準。我們非常高興在密歇根州安娜堡成立第二個北美總部。緊鄰美國汽車工業的中心，我們在不斷擴大以人工智能為重點的研發計劃。

今天半導體需求高漲，其中大部分是由通信和消費電子產品驅動——這通常被認為是一個“好問題”——但已經引起了一些供應鏈問題，并影響了汽車、個人電腦、家用電器等的生產。許多晶圓廠已經在以100%的產能運行，不能通過簡單地增加晶圓而增產；計劃中的新晶圓廠和擴建也無法在短期內解決這個問題。提供更多功能（和可靠）芯片給汽車制造商的一個可能是在那些制造這些緊俏芯片的晶圓廠中提高其最終測試良率。

今天，KLA 的檢測、量測、數據分析和創新的芯片篩選解決方案正在幫助汽車IC制造商改進工藝控制方法并提高良率。我們幫助芯片制造商實施零缺陷策略，通過在線檢測和發現潛在的可靠性缺陷來優化汽車電子產品的可靠性，避免高故障可能性的芯片離開晶圓廠。我們與多家半導體制造商和OEM汽車制造商合作，并提供了獨特的工藝控制和篩選策略，用以提高芯片質量、晶圓廠產出良率、可靠性并降低總成本。

參考資料：  

1. https://www.live-counter.com/number-of-cars/

2. https://www.worldometers.info/cars/  

3. https://www.nydailynews.com/autos/buyers-guide/10-top-reasons-people-buy-specific-cars-article-1.2552707

4. https://www.cargurus.com/Cars/articles/10_good_reasons_to_buy_a_new_car

5. https://news.jardinemotors.co.uk/lifestyle/the-history-of-car-technology

6. http://www.softschools.com/timelines/car_timeline/224/

7. https://www.wired.com/brandlab/2016/02/how-connectivity-is-driving-the-future-of-the-car/

8. https://www.mckinsey.com/industries/semiconductors/our-insights/mobility-trends-whats-ahead-for-automotive-semiconductors

9. https://www2.deloitte.com/uk/en/insights/focus/future-of-mobility/electric-vehicle-trends-2030.html

10. Senftleben and Froehlich, Aspects of Semiconductor Quality from an OEM Perspective, April 2017

11. https://www.statista.com/statistics/277931/automotive-electronics-cost-as-a-share-of-total-car-cost-worldwide/

12. Gartner Semiconductor Forecast Database, Worldwide, 3Q20 Update

13. https://blog.semi.org/technology-trends/automotive-trends-chip-traceability-zero-defects-and-collaboration

14. https://blog.semi.org/technology-trends/automotive-driving-traceability?hs_preview=HeprKiUo-11520026950