現今電子裝置遍布於車輛中，促車載系統不斷升級，除了朝向輔助駕駛及車輛自動化發展前景邁進外，以智慧裝置解鎖車輛蔚為趨勢，但其中的聯網安全風險值得人們留意。UWB技術將可能突破重圍，成為兼顧安全及聯網連線的超新星。
不論從什麼觀點看汽車產業，四處都充滿變化。
在人類與汽車關係的歷史中，從來沒有這麼多令人振奮的顛覆力量聚集在一起，創造深遠的影響力，如大趨勢、連線能力、自動駕駛及電動化，不但加速推動汽車設計與創新，也讓汽車生態系統及供應鏈轉型。這項變革並不局限在汽車業，也透過行動力衝擊社交互動核心，開創契機接受各種不同的裝置、運輸及車輛所有權模式，而行動力增加的相關社會與環境責任也日漸獲得關注。
車載技術便利/風險兼具
現今車輛內建一系列創意新穎且功能強大的電子裝置。功能豐富的資訊娛樂系統、可告知前方的交通壅塞情況、雷達子系統可對障礙物發出警告，而防撞系統則可接手控制，避免發生可能的災難。市場預估指出半導體公司可預期自家產品在每部車輛的平均收益成長為三倍：若以現今價值380美元的半導體為基準，未來十年內將超過1,500美元。
其中主要的推動因素之一，就是車內的自駕功能、電動/油電混合傳動系統及全時開啟的連線功能，使用了更多電子系統。同時消費者期望且正在體驗各式各樣的全新行動選項，因此是否買車已經不再是其唯一選擇，新的汽車共享制度已經推出各種全新可行方案；同時多模式運作的運輸概念可確保順暢地從A地前往B地。雖然各界對氣候變遷問題爭論不斷，但人們的行動需求將會增加，一般預測未來人類將開車開得更遠，代表將有更多人駕車並行駛更長的距離。
增加行動力會產生風險情境及環境衝擊，因此半導體公司在建構全新解決方案時，都必須將所有因素列入考量，像是如何因應污染問題，以及交通管理系統是否夠「智慧」讓塞車問題成為歷史？道路致死率要如何進一步降低，以及車輛是否能夠學習其他車輛發生意外的教訓，並以適當方式加以調整進而趨避？同時，隨著連線能力持續增強，汽車也變得更容易受到網路攻擊。以上只是汽車設計工程師在車輛之中設計及部署日趨複雜的各種技術時，需要取捨的其中幾項問題。
運算架構力求簡化
若比較割草機器人、焊接機或智慧型手表等智慧型裝置的基本技術，會發現原則上都相同。汽車和任何物聯網裝置一樣，都必須感測環境、連線外在世界、處理資料及採取安全行動。而系統解決方案的擴充能力，以及產業之間的專業技術轉移，都成為無風險研發的主要成功因素。
現代車輛的自動化程度，提升了軟體在汽車系統之中的重要性。許多自駕及輔助功能，都使用人工神經網路及深度機器學習技術。想像一下：現代車輛目前的軟體程式碼行數比一架客機還要多。因此汽車製造商尋求各種方式簡化運算架構，以讓豐富的車內體驗及自動駕駛功能盡速上市。汽車製造商要求半導體公司提供統合運算架構，其中包含高效能的微控制器及處理器，以及應用專屬的加速及介面，全部由相同軟體環境支援，橫跨各種應用平台。此項概念是讓開發人員能夠重複使用成本高昂的研究成果，並降低開發風險。
UWB提升駭入/偷竊難度
具連線功能的自駕車不僅需要可靠強大的平台，也必須盡可能安全無虞對抗駭客及資料竊取的危機(圖1)。維護通訊與服務的安全性，對任何物聯網應用而言都至關重要，如果考量晨間通勤快速行駛於繁忙交通要道時發生故障的後果，就更不得不讓人更加關注安全問題。與智慧型手機重設功能不同的是，行駛期間重新啟動汽車應用程式或任由系統自行更新並不是明智的作法。維護車輛安全需要採取多層防護的全方位方法，就像保護自身家園和財產一樣，從房屋門鎖到個別房間或保險櫃，以保護寶貴的資產和機密。半導體供應商負責維護安全的部分涵蓋車輛介面、閘道、網路、處理功能，以及車門的上鎖與開鎖機制。
圖1 利用UWB技術協助預防車輛遭竊
例如半導體商恩智浦(NXP)為方便進出車輛，日前宣布推出超寬頻(UWB)連線技術。UWB具備龐大潛能，可將放在口袋的完整鑰匙系統，安全整合至行動電話或智慧型手表，對次世代汽車接入解決方案具有較高的吸引力。而安裝於汽車及智慧型接入裝置的解決方案，可以解決業界一項重要難題，也就是透過遞接式攻擊竊取車輛。但要如何辦到？有別於依據訊號強度的傳統汽車鑰匙或智慧型手機，UWB會測量接入裝置及車內UWB標的物間的訊號傳遞時間，即時精準計算距離。這樣竊賊就再也無法僅憑遞接訊號成功竊取車輛。更令人振奮的是，這項技術也能將智慧型手機變為安全的遙控鑰匙。UWB是功率非常低的無線通訊協定，可在智慧型手機與車輛之間提供安全連結。採用這種方式後，即使智慧型手機遙控鑰匙放在口袋，車主也能開門及啟動車輛，達到真正免動手操作的境界。有一點可以確定的是：UWB將提供更為廣泛的可能，遠不只汽車接入的成功案例。
車載技術朝自駕邁進
每項汽車電子系統都仰賴半導體。不論是提供原始運算力執行機器學習演算法的微控制器、用於道路安全的雷達，或是管理電動車電池的控制功能，半導體商如恩智浦可因應需求提供解決方案。舉例而言其產品組合可因應車輛架構領域，涵蓋驅動器更換、連線能力、傳動系統及車輛動態、車身及舒適感或乘客體驗等，藉由設計實現安全性。
以自動駕駛為目標的駕駛輔助功能—自動駕駛及駕駛輔助功能的安全及效能，主要取決於感測器感知周遭環境的準確度，並協調各項必要行動，以維持所有道路使用者及行人的安全。就現今市面上的感測器而言(如光達、攝影機及超音波)，雷達將成為未來的核心角色。畢竟有別於攝影機及雷射掃描器，雷達在所有氣候條件下都能穩定運作。
舉例來說，有廠商能以較精巧的外型規格，結合高整合度的雷達微控制器及高效能77GHz雷達收發器；像恩智浦的BlueBox運算平台具低耗電量且符合汽車安全標準，能夠將多個感測器的輸出結合或「融合」在一起，以數位方式準確呈現車輛目前的環境，實現行人偵測、車道偏離警示、碰撞警示及防撞，以及交通號誌偵測等各項功能。
至於針對安全連線部分，該公司在2019年有下列舉措，除了購併Marvell的藍牙及Wi-Fi業務、宣布推出車用的超寬頻解決方案之外，亦與福斯汽車(Volkswagen)合作在真實道路推出商業規模龐大的安全V2X通訊(圖2)；同時也宣布推出安全邊緣至雲端裝置、適合閘道的新車用網路處理器，以及S32G微處理器。
圖2 新款Volkswagen Golf採用V2X通訊功能，讓歐洲道路行駛更安全。
電動車(EV)受歡迎的程度快速成長。現今市場結合各種全電動車選項，以及不同程度的油電混合選項。EV仰賴大量高容量電池，向電動馬達提供直流電以驅動車輛。EV電池也是電能儲存裝置，其本身使用許多鋰離子電池芯，由電池管理系統(BMS)管理。BMS可確保電池安全、正確充電及老化，讓電池維持在最佳狀態，並管理以高效使用電池能量，是確保電池讓車輛行駛較長距離的必要因素。
電動傳動系統採用電源轉換及變頻器電路，以建立及控制馬達所需的高電壓。其中使用的功率半導體，必須在嚴苛的電氣環境中運作，其中經常出現大幅度的電壓擺動及電流瞬態。此類EV產品組合並不限於車輛使用，也能用於EV的充電基礎設施。同時，車外的充電站技術必須強健，並能在電壓之間順暢切換，以便為電動車供電。例如恩智浦提供高品質、高度安全、符合ISO 26262製程規範且具高安全性的元件，用於傳動系統及電池管理解決方案，該公司物聯網部門則供應NFC、網路安全技術及微控制器，協助維護充電及感應式支付服務的安全，打造安全無虞的行動力，推動轉型朝零意外、零排放，以及不浪費任何時間處理意外等目標邁進。
(本文作者為恩智浦半導體技術長)