汽車產業多年來一直被CASE所驅動，即連網化(Connected)、自主/自動化(Autonomous/Automated)、共享(Shared)和電氣化(Electric)。在這四個發展趨勢中，連網化與電氣化已成為現今車輛產業的研發主力，而「智慧連網車輛」(Connected Vehicles，CV)則是融合資訊與通訊、網際網路、人工智慧(AI)、大數據(Big Data)，以及道路交通等產業跨界轉型的新興領域，從而打造當今車輛成為結合雲端、各種感測器及精密機械與尖端電子軟硬體的複雜系統，不僅衍生出各種創新車聯網(IoV)應用，帶來了無限商機，並為未來的自動駕駛車奠下堅實的發展基礎。
外貿協會祕書長邱輝立表示，現今，汽車產業正快速的變化，車聯網是永續智慧城市發展幾個面向中的智慧交通的重要一環。透過5G、資通訊(ICT)與人工智慧…等技術，串接人車路，讓交通更智慧化、更安全，漸少事故的發生，進而創造無限的可能。
根據工研院IEK預估，2026年車聯網的市場規模將達到205億美元，車電人工智慧市場規模預估在2030年達到745億美元；2028年時連網車輛將貢獻全球汽車電子市場約4,000億美元的規模，屆時，汽車電子也將佔整車50%以上的成本。但如果沒有通訊技術的支援，車聯網的發展將是窒礙難行。
原因在於，在車聯網的應用架構中，通訊技術可以說是連接車內與車外，駕駛、乘客、其他車輛、行人與基礎設施、雲端運算和服務的關鍵；不僅如此，車輛的各種智慧化演進所需的感測器、人工智慧系統的分析與回饋，以及各種資料的流通，通訊技術更是不可或缺。因此，若是沒有各種車內外的有線與無線技術，車輛依然是普通車輛，甚至近幾年因環保而相當夯的電動車，也只是把油電系統替換為電力驅動系統，但卻沒有「智慧」的電動車。
車內與車外所需的通訊技術不同，根據應用需求、傳輸資料量與距離的不同，各類通訊技術皆有其最合適的「安身」之所。
有線網路連結車內ECU
車輛在電子化發展開始時，隨著車內電子控制單元(ECU)數量的資加，資料傳輸量也開始大幅攀升。而為降低車子整體的重量，目前多以控制區域網路(CAN)、區域互連網路(LIN)、FlexRay等連接技術，透過一線多用的方式，進一步減少纜線的使用，除為車輛「瘦身」，還可簡化整車配置。
．車用乙太網路成主流
不過，隨著車輛智慧升級，汽車搭載和需處理的資料量與日俱增，傳統常見的CAN或LIN，已難以支應頻寬需求，促使車用乙太網路(Ethernet)逐漸躍升為主流。據悉，目前IEEE所批准的車載乙太網路標準為100BASE-T1，通訊速率是原有CAN Bus的200~300倍。
品勛科技技術協理林文生表示，現在車內通訊走向乙太網路，原因就在車內資料傳輸量比過往更大，100BASE-T1本身對所謂訊號的散射或抑制雜訊干擾的能力也相對較佳，因而常用於車用領域。另外，林文生並提到當前的車內架構，連接裝置單元越來越多，以測試的角度來說，現在主要是針對測試傳輸訊號品質，包括線材的部分是否會有損失或干擾等，透過網路分析儀與訊號產生器，即可針對發送(Tx)、接收(Rx)、連接線、佈線(Trace)等部分直接完成測試。
智慧車輛需融合各種技術。
(來源：品勛科技)
．閘道器推動車輛EEA轉型
「CASE」近年成為汽車產業界轉型的四大方向，瑞薩電子資深業務經理陳伯瀚指出，這個趨勢即便歷經新冠肺炎，由於大家生活方式的轉變而讓許多需求持續往前進，「CASE的演進影響到汽車的未來架構，尤其是汽車電子電氣架構(EEA)。」
EEA演進。
(來源：瑞薩電子)
陳伯瀚表示，現在汽車偏好減少線束，如何減少因為數據產生而不造成ECU或線束增加，就是EEA上必須改變，要解決一般消費者的里程焦慮、思考如何讓車變輕，衍生出的挑戰跟需求也造就大家EEA架構的轉變。他進一步指出，當架構從分散化轉為集中化，ECU變為域控制器(Domain Control Unit，DCU)或區域控制器(Zone Control Unit，ZCU)，因為需要實現不同訊號間的傳遞，還需要閘道器。
陳伯瀚表示，該解決方案收到大量訊號並經由乙太網路進到閘道器，會幫用戶連結到車上重要的零組件，如先進駕駛輔助系統(ADAS)、車身控制器(Body Control Module，BCM)等，不同傳輸協議間要做到運算及溝通，閘道器就非常重要，也因應新EEA架構下的閘道器，瑞薩開發了R-Car S4解決方案，目前跟日本前幾大的一級供應商(Tier 1)都已經有相關佈局。
事實上，除了車輛內部的乙太網路外，連接車輛內部使用者可「看見」的裝置系統，如車載資通訊娛樂系統、車載充電器(OBC)、無線充電…等，則可能由藍牙(Bluetooth)、USB Type-C、Qi無線充電…等技術主導。藉此打造智慧座艙、豐富的車內娛樂系統，讓駕駛與乘客皆能享受到各種新穎的車聯網應用服務。
無線技術串聯車外人車及基礎設施
要打造全方位的智慧連網車輛，開創車聯網應用服務，僅是著重在車內子系統或各控制域之間的資訊快速傳遞，是不夠的。更重要的是要配合車外的通訊技術，真正將人車與路旁基礎設施的溝通由單向變為雙向，才能把「智慧」深植於車輛內部。
德凱(DEKRA) EMC/RF法規資深總監蕭鴻凱表示，身為自駕車與智慧連網車輛基礎的ADAS，由超音波(Ultrasound)、光達(LiDAR)、GNSS、攝影機、雷達，以及DSRC/C-V2X各種技術組成；另外，還有應用於車門遙控的NFC及定位的UWB等。
ADAS組成關鍵技術。
(來源：德凱)
目前，5G C-V2X可以說是最受矚目的車外通訊技術。工研院IEK指出，據Goldman Sachs預估，2020年全球汽車V2X市場規模為7.9億美元，2035年可望突破324億美元；2020~2035年複合成長率將達28%。此外，從今年的CES及MWC兩大展會中，晶片、模組、軟體到車廠皆不約而同推出全系列C-V2X相關佈局計畫，重要性可見一斑。
而雷達與光達則是因為相當於車輛的眼睛，加上特斯拉執行長Elon Musk的「加持」，使其備受矚目。蕭鴻凱指出，雖然攝影機可完全呈現人眼所見事物，但易受外在不良環境，如濃霧、大雨…等影響清晰度，因此賦予可呈現3D或最新4D成像的雷達與光達切入市場的契機。
德州儀器(TI)半導體EP (embedded Porocessor)行銷與資深應用工程師劉旻利認為，Wi-Fi 6由於解決了過往Wi-Fi技術高耗電、多裝置間易互相干擾的缺點，因此在車聯網車外應用中也可望佔有一席之地。舉例來說，若具車聯網功能的電動車需要充電時，駕駛即可透過Wi-Fi 6連接雲端平台，即時搜尋附近的充電樁在何處；不僅如此，智慧交通基礎設施之一的充電樁內建Wi-Fi 6技術時，也可為其建立雲端連結，將車輛充電度數、車主訊息與費用支付…等資訊傳送給雲端中控台。
透過Wi-Fi 6，充電樁也能啟用雲端連接。
(來源：德州儀器)
此外，若要簡化充電樁辨識車輛與車主身分的過程，充電樁亦可內建藍牙技術，車主僅需將智慧型手機與充電樁配對連線，充電樁即可「認出」是哪位使用者的車輛使用了充電樁為愛車充電。劉旻利指出，為了讓現有的智慧交通基礎設施具備連網的功能，德州儀器也推出新的結合Wi-Fi 6和藍牙5.3技術的CC3301產品，除了高傳輸速率、低功耗等特性外，還兼具低成本優勢，以期可進一步擴大Wi-Fi 6在整個物聯網應用市場的範疇。
．eSIM可望成為全球快速連網好幫手
如前所述，5G C-V2X蜂巢網路儼然成為車聯網資料遠距傳輸的主力技術。但事實上，全球各地區使用的蜂巢式技術步伐並不一致，涵蓋4G LTE、5G C-V2X…等，如何讓連網車輛可以快速連線，將是製造商須考慮的問題。
台灣大哥大車聯網產品經理吳俊億指出，汽車品牌廠大部分都是走國際市場，如何在當地快速連上網路，讓汽車能展現連網後的優勢，成為車廠的一大課題。例如特斯拉未必在台灣製造、銷售，若要在台灣能夠連網，就需要與電信商合作開啟電信服務，把eSIM切換為當地的APN或門號自動啟用，才能把資料往後台送及做到遠端管理。
吳俊億所提到的eSIM，為數位化的SIM卡，在不同國家移動時，不需要使用漫遊及可快速進入當地數據網路，即便使用率仍相對較低，但近年在業界討論度相當高。至於eSIM對車聯網的價值，吳俊億表示，電信業藉此可以協助汽車做更好的連線，車廠就不必每台車到當地插完SIM卡才能出貨給終端用戶，而是在當地啟用車子，就已經可以連上當地的網路。
台灣大哥大eSIM平台架構。
(來源：台灣大哥大)
車聯網的架構下可分為感知層、網路平台層及應用層，其中在平台層部分是台灣大哥大正積極投入的領域，包括打造連線管理平台(CMP)、裝置管理平台(DMP)及應用管理平台(AEP)等，自主開發的「企業物聯網平台」(IoT-BS)，讓物聯網、車聯網可進行大規模連線管理。吳俊億也提到SDV對未來汽車的重要性，為此CMP平台也搭配有OTA功能，同時搭配「差分技術」，就新舊檔案差異處進行更新，經過跟廠商實際驗證，可解決流量限制及減少下載過程中因檔案過大導致錯誤的發生率，藉以增加OTA成功機率。
認證以確保通訊品質
車聯網涉及的無線技術相當多元，端看應用所需。不過，蕭鴻凱認為，無論ADAS或車聯網使用了哪些有線和無線通訊技術，都需要經過認證，才能確保通訊品質。而各種通訊技術皆有其制定的單位與該依循的標準規範，業者在開發車聯網相關產品時，務必需遵循標準規範進行測試認證的工作，才能順利將產品推向市場。
車聯網涉及的通訊技術標準制定單位。
(來源：德凱)
對於車聯網的測試，林文生表示，目前主流趨勢依循「IEEE 802.11P」及「C-V2X」兩個協定，802.11P為網路通訊的標準，加上802.11P即為車用標準，頻段落在5.8~5.9GHz間，透過一台頻譜分析儀搭配802.11測試的軟體，不只802.11P的部分可以做測試，包括APGN協定亦可進行驗證。其餘遙控鑰匙、胎壓等智慧車輛中從選配變成標準配備的設備，是走ASK/FSK等基本調變，透過數位訊號產生器打出射頻(RF)訊號即可完成測試。
在ADAS與雷達測試的部分，各國都有其須依循的規範。蕭鴻凱說明，歐盟ADAS測試規範主要是EU 2019/2144、應用規則EU 2022/1426，而雷達測試方面，依各地區開放的可使用頻段範圍，FCC (76~81GHz)與NCC (76~7GHz)則各有相關規範…等。由於各國有各自的規範須遵循，內容亦相當繁雜，相關業者在產品開發時，可諮詢第三方認證單位，並在產品開發完成後通過測試認證的程序，如此一來，才可避免產品無法銷售的窘境。
記憶體運算架構加速實現智慧運輸願景
實現未來的「智慧運輸」(Intelligent Mobility)必須透過遠端連網，以及人工智慧，加上整體車用E/E結構日趨複雜，意味著需要全新的運算架構以及支援更高的記憶體效能與容量。
旺宏電子(Macronix)產品行銷處專案副處長周志鴻指出，車輛產業預計將在2030年進入全新世代——未來的車子並不只是裝上4個輪子的智慧型手機，其複雜度更像是在「連網伺服器裝上4個輪子」(Mobile Server on Wheels)，並持續朝向四大趨勢前進：自動駕駛、電氣化、軟體為中心(software-centric)，以及架構轉型。
隨著車輛控制元件日益複雜，車用E/E架構正從傳統ECU過渡到目前以功能為導向的DCU，並持續朝向ZCU以及未來的車輛伺服器架構演進。核心的晶片製程節點也從ECU架構的40/28nm演進到1xnm (DCU)、ZCU (1x~)以及終極的5nm以下(L5自動駕駛)。其中，搭載的MCU、DRAM等處理速度越來越快，記憶體容量與效能也必須隨之提升。周志鴻預計當進展到5nm節點時，車用快閃記憶體(flash)將隨之進展到GHz等級，支援LPDDR4介面。
快閃記憶體實現「以記憶體為中心」的全新運算架構。
(來源：旺宏電子)
因應車輛對於功能需求增加，業界需要新的架構來克服傳統運算結構的問題。周志鴻說，透過Flash實現「以記憶體為中心」的運算(Memory-Centric Computing)架構，有助於取代處理器來因應大部份的重覆運算，其餘需要判斷的部份再透過DRAM傳送至處理器進行運算。此外，還需要Gb級NOR提供高效能、低功耗、高可靠以及處理大數據和OTA。
為此，旺宏電子致力於研發3D技術，「開發中的32L 3D NOR樣片基本上達到了2D NOR同級規格，可在相同面積密度達到更高7倍的容量，支援工業與AEC等級的高可靠性，能夠滿足智慧運輸對於車用與通訊的容量要求。」
台灣在車聯網產業的機會與挑戰
雖然車聯網發展似乎沒有電動車來的火熱，但台灣先進車用技術發展協會(TADA)秘書長沈舉三認為，在汽車產業進行CASE轉變的同時，每個轉變有不同的進程及困難度，亦非同時開展，但不容易置疑的是，這些轉變皆帶來更多ICT與半導體產業的新契機。更值得注意的是，無論電動車或是一般油電車，車輛的智慧化、連網化都是必然的趨勢。在此其中台灣廠商的機會與挑戰在哪裡？
現階段智慧車產業發展關鍵議題。
(來源：台灣先進車用技術發展協會)
沈舉三表示，車輛電氣化發展正夯，不過，台灣業者卻對電池的製造方面不熟悉，掌握度也不高。因此他建議，除了造車之外，「用車」是台灣業者可以關注的部分。所謂的「用車」，亦即駕駛、乘客如何使用車輛，甚至車廠也能賦予其車款有哪些功能可滿足使用者所需，而這就和車聯網相關應用的建立有關。
在智慧移動的時代中，造車+用車的結合趨勢已定，因此會需要相當多的數位科技，這即是台灣業者的機會所在。沈舉三也建議，台灣業者需由現階段智慧車產業發展關鍵議題著手，促成電子業與汽車業者的融合，發揮產業綜效；須不斷強化先進技術，以因應車用系統架構持續進化的趨勢；聚焦產官學研資源、有效跨業分工整合；積極培育並導入智慧車產業未來所需人才及資源，以及掌握全球汽車供應鏈變化、推廣台灣智慧車夥伴形象。最後，在業者自己能做的之外，強化並聚焦政府協助資源，以從「造車」擴展到「車的智慧科技應用」方向發展。
本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2023年5月號
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