車用通訊網路四通八達 晶片業者開發多種傳輸技術 搶占市場

2006-07-17
車載資通訊市場起飛,相關產品逐漸整合多項通訊傳輸技術。由於通訊傳輸技術繁多,晶片業者提供的解決方案不盡相同,在開發通訊晶片時也須考量車內特殊環境,並積極與協力廠商合作以擴大市場占有率。而車用電子市場屬於封閉式市場,加上未有統一標準,晶片業者進入前裝市場不易,目前以後裝市場為主力。
車載資通訊市場起飛,相關產品逐漸整合多項通訊傳輸技術。由於通訊傳輸技術繁多,晶片業者提供的解決方案不盡相同,在開發通訊晶片時也須考量車內特殊環境,並積極與協力廠商合作以擴大市場占有率。而車用電子市場屬於封閉式市場,加上未有統一標準,晶片業者進入前裝市場不易,目前以後裝市場為主力。  

車載資通訊(Telematics)的主要概念是指汽車的通訊及資訊技術,在生活應用上是指以汽車做為與外在環境資源互動的工具,透過無線通訊技術進行單向或雙向的內容傳輸,滿足行車環境之各項需求如溝通、娛樂、安全與商務等。  

交通大學電信工程學系教授唐震寰表示,車載資通訊系統發展已久,其第一代產品為結合車內感知器與控制單元之單晶片控制系統的資訊平台,在通訊方面是以類比控制訊號與車廠專屬控制電路為主,提供燈號控制、警示音加開關等功能。其第二代產品既是資訊平台亦是通訊平台。在資訊平台部分,車載資通訊系統為一精簡型嵌入式系統,採用ARM7處理器,提供LED文字訊息及按鍵功能。在通訊平台部分,車外通訊以GSM/GPRS廣域無線通訊技術或專用短距無線通訊技術(Dedicated Short Range Communication, DSRC)為主,並結合全球衛星定位(GPS)技術,而車內通訊則以發展標準化車內通訊協定(CAN Bus),連接車內各種數位感知與控制元件,並利用藍芽技術連接個人資訊設備如手機、PDA等。目前市面上的車載資通訊產品已發展至第二代。  

車載資通訊系統市場可分成前裝(嵌入式)及後裝市場。在前裝市場,半導體業者須與異業結盟,將車載資通訊系統內嵌於車體。前裝市場的測試規格相當複雜,產品上市時間長;至於後裝市場,車載資通訊產品變化較大,進入門檻較低,市場也更具彈性,成為多數廠商進入前裝巿場的試金石。  

對於欲進入嵌入式車載資通訊系統市場的半導體業者而言,在設計晶片時應注意五大重點。唐震寰表示,第一,滿足車內的特殊使用環境需求,包括操作溫度(-40℃~85℃)、濕度、衝擊、震動、EMI/EMC、尺寸、功耗(CPU功耗400毫瓦以下);第二,以微處理器與周邊構成核心,提高處理器運算能力並提供車用需求介面;第三,考量車內環境如駕駛者操作考量,與應用服務之人機介面需求如語音介面、圖形化介面等;第四,滿足無線通訊的需求,如提供無線區域網路、數位廣播、數位電視、藍芽、超寬頻、GPS、GSM/GPRS/3G、WiMAX等技術;最後,滿足電源管理的需求,如耗功率小於2瓦、暗電流小於10毫安培、正常/睡眠/待機模式轉換等。  

由於車載資通訊在硬體規格上尚未標準化,有鑑於此,目前全球主要的半導體晶片廠商在設計車載資通訊系統晶片組(Chipsets)解決方案時,大多是整合傳統數位式晶片(電腦晶片)與類比式晶片(通訊晶片)於單一晶片組,以支援類比式資訊附加於車載資通訊上的加值功能,並滿足硬體規格林立的車載資通訊在晶片解決方案上的需求。  

雖然車載資通訊系統可結合眾多的通訊傳輸技術,但半導體業者在開發通訊晶片的策略上相當分歧,看好的應用市場也不盡相同,目前各家晶片解決方案亦多應用在後裝市場。  

多家晶片大廠搶入GPS導航系統市場  

在車載資通訊系統結合的各種傳輸技術中,GPS是相對比較成熟的技術,目前市場上已有許多GPS導航系統相關產品。在車內,GPS收到訊息後,經由導航系統可告訴汽車駕駛即時路況、道路周邊環境等資訊。GPS導航系統於車內正常運作的關鍵因素包括熱度、電源穩定度、電磁干擾(EMI)、使用者介面等。由於晶片價格昂貴,目前少有GPS晶片應用於車用電子前裝市場。  

GPS晶片大廠瑟孚(SiRF)提供單晶片解決方案SiRFstarIII及SiRFLinkI,SiRFLinkI為不久前推出的解決方案,進一步整合了GPS和藍芽功能,且採用小尺寸、低成本、低功耗設計,該公司計畫於2006下半年開始量產。SiRF創始人兼市場副總裁Kanwar Chadha表示,SiRFLinkI採用增強的藍芽基頻核心,擁有完整GPS導航方案和與藍芽1.2相容的通訊介面,令需要GPS和藍芽兩項功能晶片的客戶能將晶片內外資源減到最少,進而降低系統成本。  

該公司資深應用顧問暨亞太區技術經理阮業輝則指出,車用GPS將與影音娛樂結合,並與通訊技術結合發展緊急救援、安全防護、車輛故障協助,以及客服中心相關服務。至於在導航功能上,將結合交通資訊廣播、速度警示等功能。此外,車用GPS亦將與氣象、購物,以及故障診斷、故障預測等服務進一步結合。  

掌微亞太區業務行銷總監江煥勳亦認為GPS應結合多媒體技術,以進一步擴大應用市場。他表示,個人導航裝置(PND)的使用族群規模相當小,唯有結合其他多媒體影音附加功能如MP3、數位電視等,才能擴大該市場,他認為個人多媒體播放器(PMP)市場始終叫好不叫座的原因,即在於數位內容不足,且缺乏內容保護機制,因此結合多媒體影音功能的PND也應該支援(Digital Rights Management, DRM)與媒體傳輸協定(Media Transfer Protocol, MTP)。  

目前掌微提供的Atlas II晶片解決方案,整合了雙核心處理器(ARM926+DSP)、2D加速引擎、W-VGA LCD控制器、GPS基頻、硬碟與DVD-ROM、CAN Bus控制器、全螢幕電視調諧器(Tuner)、MPEG-2輸入與數位顯示、8個序列埠、190個GPIO、PCMCIA/CF、USB-OTG、SDIO、Java硬體加速器等。江煥勳表示,單以ARM為基礎的CPU容易有功耗問題,採用ARM CPU+DSP雙核心處理器,可增加處理數據速度,並分散功耗。  

在布局車用電子市場上,掌微積極尋找合作夥伴,以推廣、擴大市場占有率。江煥勳表示,該公司布局市場策略多樣化,例如透過代理商尋找車廠客戶、直接與車廠洽談,或與車廠的ODM客戶進行協商。在尋找合作夥伴的過程中,掌微非常小心謹慎,因為找到有力的合作夥伴後才能擁有市場控制權,例如該公司的晶片解決方案首次應用於前裝市場,而該款汽車將於2006年9月上市,整個設計週期時間僅花費一年多,上市速度快的原因即在於眾多協力廠商共同促成。  

雖然半導體業者進入車用電子市場著實不易,不僅要提供晶片解決方案予客戶,更要重視客戶的感受,並提供許多其他技術支援服務,但江煥勳表示,車廠的忠誠度很高,一旦獲得車廠信任,與其達成共識,則可長期保有業務關係,不易流失該客戶。  

瑞薩在車用電子市場上的合作夥伴亦相當多,包括應用軟體廠商、作業系統廠商、電信服務業者、引擎控制模組製造商,及汽車製造商等,此外,該公司還參與許多國家層級的智慧型運輸系統計畫。該公司針對車用安全、底盤、車身、動力、資訊等五大系統有一連串相對應的解決方案。瑞薩自動車事業部副事業部長山內植樹表示,在資訊系統內,該公司分別提供車用導航系統與車載資通訊系統16~32位元及32位元的微控制器,根據Strategy Analytics的統計資料,瑞薩在日本車用資訊系統晶片市場上擁有高達80%的市占率。  

藍芽提供免持聽筒通話功能  

藍芽並不是因為汽車產業而生,當車廠導入藍芽規格時,必須進行額外的設計及考量,這將會增加藍芽技術在汽車應用發展所需的時間。藍芽要在車用系統中全面應用必須解決硬體和軟體方面的問題;在硬體部分,包括藍芽射頻和基頻的工作溫度範圍、可靠性和價格等,都是廠商在設計硬體前必須要納入考量的重點,而串起車上各類電子系統的重責大任則落在軟體身上。  

目前看來,除了藍芽技術聯盟(Special Interest Group, SIG)已開始制定一些車用藍芽規範外,還沒有一個強而有力的組織在制定其標準,這也使得大部分的藍芽廠商只能跟著車廠腳步走。  

藍芽晶片大廠CSR已積極耕耘車用藍芽市場,該公司汽車策略事業部副總裁Anthony Murray(圖1)表示,汽車內的半導體數量正加速成長中,從藍芽在市場上獲得廣泛應用採納的事實看來,汽車將是藍芽新開拓的應用市場。CSR藉由特別針對汽車設計的藍芽晶片解決方案、特殊的BGA封裝和嚴密的測試,以確保提供最符合車內環境需求的技術。此外,CSR的晶片包括數位訊號處理器和CVC(Clear Voice Capture)技術,可抑制車內噪音和回音,提升免持聽筒通話的品質。CSR的藍芽晶片組具備了多項汽車應用功能,包括免持聽筒通話、線上汽車診斷、後座娛樂和無線遊戲及利用藍芽連接立體音響耳機等。  

飛利浦針對汽車資訊娛樂系統提供完整晶片解決方案,該公司汽車電子與識別產品大中華區行銷總監張煥麟(圖2)表示,飛利浦的Nexperia處理器平台可支援藍芽、MP3、USB等應用,該公司藉由在消費性電子市場的豐富經驗,將許多技術移植到車內,近幾年已出現許多應用於高階車種的案例。  

針對汽車市場對於藍芽技術的需求,張煥麟表示,業界對於車用藍芽有不同的討論,但無論是應用於前裝或是後裝市場,將藍芽作為免持聽筒通話解決方案是比較受到業界接受的方式。  

瑞薩也看到此類應用,山內植樹表示,瑞薩與ALPS、Open Interface等公司合作,聯手開發車內藍芽免持系統解決方案,由瑞薩提供晶片組與軟體開發套件(SDK),該解決方案包含藍芽軟體堆疊及瑞薩的SH3-DSP及軟體,可提供回音消除、噪音消除等功能,毋須額外使用其他的DSP。  

手機進入前裝市場困難重重  

至於車用手機市場,業者表示開發困難度相當高。即便是手機晶片市場市占率第一的德州儀器亦不主動推廣手機晶片解決方案於汽車市場,該公司科技委員會委員暨半導體行銷應用工程師楊景行表示,德州儀器的客戶如模組廠商可以自行與車廠接洽,將手機功能整合進汽車系統中,但該公司將不主動布局車用電子市場,亦不針對車廠提供技術支援或開發客製化晶片。此外,將手機模組嵌入汽車系統的困難度相當高,由於手機模組本身的硬體環境已經相當複雜,進入車體環境將使得開發難上加難。  

從應用層面來看,張煥麟表示,雖然目前已有廠商嘗試將手機嵌入車內,但是對於消費者來說,手機屬於隨身物品,更換速度快,且消費者多要求手機外型個人化、功能新穎,所以手機產品以手持式裝置,更適合市場需求。不過有個特殊應用,有機會擴大車用手機市場,張煥麟表示,作法是未來電信業者能提供用戶在不同號碼間進行無縫切換,讓用戶一旦進入車內,原本的手機通話便轉接到車上繼續對話,下車後又轉回手機。  

歐洲推出WLAN通用標準  

無線通訊應用從手機、家庭、辦公室,延伸至車上,不過,多種規格讓車廠和硬體開發廠商無所適從。現在,由歐洲主要車廠所組成的非營利性機構車輛間通訊聯盟(Car-2-Car Communication Consortium, C2C CC)制定了歐洲車輛與基礎設施間資訊傳送的通用標準,讓各廠家可專心發展以無線區域網路(WLAN)為基礎的軟、硬體。  

目前Atheros的無線區域網路802.11a/g晶片解決方案已少量使用在車用電子市場上,且客戶已進入測試、認證階段。該公司行銷副總裁Todd Antes表示,短期內,應用於汽車電子市場的無線區域網路技術以802.11g或802.11a/g為主,未來汽車才會進一步採用MIMO技術。Airgo大中華區總經理洪嘉鴻也表示,目前已可看到警車、消防車利用無線區域網路技術作緊急聯繫工作,未來無線區域網路結合汽車電子具有發展性,即便是MIMO技術也將能符合車規要求。  

CSR也密切關注未來汽車是否將採用無線區域網路汽車通訊標準,Murray表示,該公司也在探討車用等級的802.11裝置,以支援連接家用接取點(AP)基地台,這也許將成為CSR UniFi裝置的一個新應用領域。  

但無線區域網路實際應用在汽車市場上仍有所疑慮,張煥麟表示,飛利浦的解決方案尚未包括無線區域網路,該公司也一直在與車廠共同探討,如何為消費者、駕駛提供較好的服務,雖然在車內提供無線區域網路在技術上來說並不困難,但容易危及駕駛安全。  

DVB-T為車用行動電視主流標準  

行動電視晶片業者最推崇行動電視標準DVB-H,而該標準也成為歐洲、亞洲地區市場的主流,且業者積極布局手機、PDA、PMP等多種消費性電子產品市場。但目前在汽車上的行車電視卻多採用數位電視標準DVB-T,楊景行表示,DVB-H標準行動電視不適合應用在汽車上,因為DVB-H標準的電視內容採收費機制,而在車上免費看電視才是吸引消費者購買該車的誘因之一,對於消費者來說,不會加裝須要額外付費收看的行動電視裝置或是購買內建該功能的汽車,因此,免收費的DVB-T數位電視反而更適合汽車市場。  

包括目前在車用行動電視市場擁有極高市占率的晶片大廠DiBcom,提供的車用行動電視解決方案也僅支援DVB-T標準,其支援DVB-H標準的晶片解決方案則應用在其他消費性電子市場。該公司的執行長Yannick Levy(圖3)表示,DiBcom於推廣DVB-T晶片解決方案初期,便切入車用電子市場,其支援DVB-T規格的DIB3000-MC解決方案已廣被車廠接受,中華賓士為其最大客戶。未來該公司仍會持續精進技術,推出新一代應用於車用電子市場的晶片解決方案。  

Intel推出WiMAX概念車  

相較於上述的傳輸技術,WiMAX是最晚發展的新興技術,目前其應用於車用電子市場還停留在宣傳概念的階段。今年Computex展中,英特爾(Intel)展示一台由德國福斯車廠出品的黑色敞篷金龜車做為概念車,裡面設備搭載一台內建英特爾處理器的PC,方向盤後方設有寬螢幕、可觸碰式面板,並可以播放影片與音樂,車內也建立一套WiMAX系統,透過無線寬頻網路隨時下載音樂、影片,也可收發電子郵件、上傳照片、上網瀏覽等,秀出多種可以邊開車、邊享受的娛樂。  

結合更多傳輸技術並採用IPv6  

展望未來,交大教授唐震寰表示,車載資通訊的第三代產品,將在資訊平台上整合多功能微處理器、人機介面及資訊安全技術如SIM/SAM,並採用以ARM9為基礎的系統單晶片,導入資訊中介軟體如Java、OSGi,且提供LCD圖形化介面、觸控螢幕與語音辨識功能。至於在通訊平台上則整合多種無線通訊系統與技術,例如2.5G/3G、WiMAX、DSRC、無線區域網路、AM/FM廣播、RFID、藍芽、數位廣播、數位電視等,並結合複合式定位技術如GPS加上陀螺儀。未來車載資通訊系統發展的主要方向在於導入、整合先進網路與無線通訊技術,以及新一代IPv6網際網路技術。此外,無線通訊系統與接取網路須整合與標準化,且車載資通訊應用服務資訊中介平台須開放及標準化。  

(詳細圖表請見新通訊65期7月號)  

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