KLA+汽车：创新、趋势和与半导体的交汇

简介与环境

尽管COVID-19对全球经济产生了影响，半导体行业在2020年的表现却好于预期，并为2021年及以后的加速增长整装待发。全球冠状病毒大流行大大增加了通信电子产品的市场需求，推动了支持远程工作和学习的云计算的发展，为计算机、5G网络基础设施、智能手机、汽车、电视、家用电器、数据网络、医疗设备等几乎所有的电子设备生产其中的关键芯片。事实上，在许多市场中这种爆炸性的需求已经导致芯片供不应求和交货期延长。这一前所未有的情况让我们看到了集成在汽车中的半导体芯片的数量之多，以及它们对汽车基本操作和功能的重要性。让我们深入探讨这个充满活力的汽车话题，探索半导体工业带来的一些关键的创新、趋势和机遇。

汽车与消费者

汽车作为当今的主要交通工具，是我们生活中必不可少的一部分。目前，世界上有超过13亿辆机动车，预计到2035年这一数字将增至18亿辆¹。载客汽车约占这些统计总数的74%，而轻型商用车和重型卡车、公共汽车、旅游巴士和小巴则占剩下的26%²。汽车为我们提供了便利和功能——独特的自主旅行的能力，通常情况下我们可以按需决定时间和地点。我们的工作和个人生活方式依赖于汽车的性能、可靠性和安全性，每一天、每一周，年复一年，我们期许产品生命周期中有一致可靠的性能。毫无疑问，可靠性和安全性是消费者购买车辆时的关键决定因素，也是汽车制造商保护客户的首要考虑因素。

当需要购买或租赁新车时，许多人会透过互联网研究汽车品牌、型号、风格、动力传动系统、特性、功能、车辆质量、可靠性、排名、定价、激励措施、性能和评论等多种数据。对汽车购买的消费者行为调查显示了我们的实用性：外观、安全性、燃油经济性和制造质量都是购买汽车的十大理由。然而，做出汽车购买决定的主要原因之一仍然是可靠性^3,4，以及车辆在使用中保证乘客、其他人和周围环境安全的能力。在本文中让我们简要回顾一下多年来汽车行业是如何转变的，以及专家所做的一些预测。然后，我们将介绍实现汽车半导体器件价值的创新和关键拐点。最后，我们将说明KLA在半导体工艺控制中的作用及其对这个不断发展的行业所提供的支持。

汽车创新

多年以来，汽车行业经历了大量的创新^5,6，其中包括：福特T型汽车（1908）、无线收音机（1933）、钥匙（1949）、空调（1953）、安全带（1958）、电动车窗（20世纪60年代）、防抱死制动系统（1971年）、仪表板数字显示（1974年）、安全气囊（1974年）、车载诊断系统（1994年）、混合动力车辆（1997年）、GPS卫星导航系统（2000年）、先进的驾驶员协助系统（ADAS;2010年代）和自动驾驶（目前并持续改进中）。当今，这个不断发展的汽车市场正由几个关键领域带动着向前，尤其是汽车连接，电气化和自动驾驶^7,8。这些领域非常有吸引力，人们都渴望拥有这些功能，所以让我们仔细看看这个趋势。

汽车连接：免提移动服务和车载导航是当今大多数车辆的标准配置。远程信息处理、GPS导航、远程访问、紧急服务，碰撞通知、语音协助、集成移动应用程序、弹出式显示，3D绘图等方面仍在不断改进。车辆之间的5G连接将增加。全球技术研究公司Gartner估计，到2020年底，全球物联网设备安装将高达500亿台——其中许多都安装在汽车内⁷。连接性在车辆购买决定中变得举足轻重，并且在未来可能会有更多影响⁸。

电气化：纯电动汽车和插电式混合动力汽车的总销量在2019年首次突破200万辆的大关，占所有新车销量的2.5%⁹。尽管受到全球新冠流行的影响，电动汽车市场有望随着经济持续增长而反弹。Deloitte预测全球电动汽车将在未来十年实现29%的复合年增长率(CAGR)：电动汽车总销量将从2020年的250万辆增长到2025年的1120万辆，并在2030年达到3110万辆。

自动驾驶：自动驾驶的发展分为五个阶段。在过去几年中，我们已经看到越来越多车辆采用第1阶段的ADAS，包括改进的LIDAR距离感应、车道偏离控制、盲区检测、自动巡航控制和改良摄像头传感器。汽车制造商目前在生产第2阶段的车辆，而且很多制造商已经开始展示（部分）第3阶段的功能。最终的第5阶段完全无需驾驶员，这是许多人都乐于接受的愿景，其前提是所有复杂的内部及相互依赖的技术和基础设施都已建立、测试并被充分证明。想像一下，在汽车载您前往目的地期间，您可以在PC上工作，进行视频会议，享用餐点或观看电视节目或电影。那会有多酷！

汽车连接、电气化和自动驾驶等方面的创新很大程度上是透过集成更多电子产品来实现的，这些电子产品的功能来自于其中数量众多并不断增加的硅元件。事实上，当今车辆的核心是数以千计的半导体芯片，它们充当车辆的眼睛、耳朵和大脑——感知环境、做出决策并控制行动。现代的汽车可能拥有8000个或更多的半导体芯片¹⁰，和100多个电子控制单元，目前占总车辆成本的35％以上——预计到2030年这一数字将增加到50％¹¹。 Gartner的报告称汽车行业将在到2024年的未来四年期间经历最高的半导体复合增长率，达到9.3%¹²。

对于汽车中安装的数千个芯片有一个简单的事实：它们一定不能出故障。然而，今天汽车装配线上超过一半的半导体故障（所谓的0km故障）都可以追溯到半导体制造工艺中出现的缺陷¹³。当然，任何行驶中发生故障的芯片都会导致昂贵的召回和保修维修，也会损伤汽车制造商的品牌形象，最坏的情况，还可能导致人身伤害甚至生命损失。SEMI一直积极倡导整个汽车供应链的可追溯性标准。PEER集团的产品传播者及SEMI标准可追溯性委员会的积极参与者Doug Suerich说：“归根结底，这是一个安全问题。我们需要能够在整个供应链中收集数据，以便我们追踪可靠性问题的来源、分析数据并针对那些对安全性至关重要的应用程序采取纠正措施。汽车、医疗和航空航天设备需要能够运行五年、十年甚至更长时间。这对于半导体行业来说，意味着重新定义良率¹⁴。”

KLA 在汽车市场中的作用

这就让我们把视线转向KLA，这个工艺控制和良率管理的领导者，以及该公司在这个行业中的关键角色。2019年5月，KLA成为第一家被汽车电子委员会（AEC）接纳成为准会员的半导体设备公司，该组织为汽车行业的电子元件制订规格标准。我们非常高兴在密歇根州安娜堡成立第二个北美总部。紧邻美国汽车工业的中心，我们在不断扩大以人工智能为重点的研发计划。

今天半导体需求高涨，其中大部分是由通信和消费电子产品驱动——这通常被认为是一个“好问题”——但已经引起了一些供应链问题，并影响了汽车、个人电脑、家用电器等的生产。许多晶圆厂已经在以100%的产能运行，不能通过简单地增加晶圆而增产；计划中的新晶圆厂和扩建也无法在短期内解决这个问题。提供更多功能（和可靠）芯片给汽车制造商的一个可能是在那些制造这些紧俏芯片的晶圆厂中提高其最终测试良率。

今天，KLA 的检测、量测、数据分析和创新的芯片筛选解决方案正在帮助汽车IC制造商改进工艺控制方法并提高良率。我们帮助芯片制造商实施零缺陷策略，通过在线检测和发现潜在的可靠性缺陷来优化汽车电子产品的可靠性，避免高故障可能性的芯片离开晶圆厂。我们与多家半导体制造商和OEM汽车制造商合作，并提供了独特的工艺控制和筛选策略，用以提高芯片质量、晶圆厂产出良率、可靠性并降低总成本。

参考资料：  

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