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編者按：本文為麥肯錫（mckinsey）報告，新智元編譯
原文標題：Advanced driver-assistance systems: Challenges and opportunities ahead
作者：Seunghyuk Choi、FlorianThalmayr、Dominik Wee和Florian Weig
半導體公司可以將ADAS應用帶入到一個新的層次，但前提是他們要做好迎接變革的準備。
高級駕駛員輔助系統（ADAS），主要用于監視、預警、剎車以及導向等任務，其需求預計將在未來十年保持增長，保護駕駛員并減少事故的安全措施既有法規方面的要求，又有消費者的關注，二者正是這一增長的主要推動力。舉例來說，歐盟和美國均強制性要求所有機動車在2020年前配備自主緊急剎車系統和前方碰撞預警系統。一項最近的麥肯錫調查也顯示汽車購買者對于那些提供了輔助駐車系統或后方盲點監視之類的功能，舒適性和經濟性并重的ADAS系統越來越感興趣。
盡管ADAS應用尚處在發展初期，原始設備制造商（OEM）及其供應商已經意識到這些應用可能會最終成為決定汽車品牌差異化的主要功能，并能成為他們重要的創收來源。今天ADAS系統所采用的技術亦可被應用于制造無人駕駛車輛，而這一領域恰恰是OEM廠商和包括Google在內的新近進入汽車領域的高科技公司所共同關注的研發焦點。如果無人駕駛汽車上市，那么先行采用了ADAS技術的車輛將處于有利地位。
許多半導體公司，包括那些傳統上并未涉足汽車領域的公司，現在都在提供ADAS產品或者正在開發這類產品。然而對于這些新技術，還存在著很大的市場不確定性，其中的一個因素是，讓電腦控制或輔助控制導向等重要駕駛功能對于這樣的先進技術消費者會作何反應？在本文的第一部分，我們將探討一些有關ADAS最為迫切的問題，涉及未來的需求、技術挑戰以及競爭格局等問題。本文的第二部分將從半導體公司的角度審視ADAS，探討公司如何通過將其解決方案拓展到硬件以外的領域、與OEM廠商直接合作以及依靠安全和防護功能讓自己的技術獲得差異化競爭優勢，從而獲得更高的收益。
盡管ADAS技術有著改變汽車行業的潛力，但是根據多方測算，這一領域目前的年銷售額大概在50億到80億美元之間，這樣的規模與其他汽車系統相比還很不起眼。例如，2015年車載音響和資訊系統的銷售額大約在300億美元的規模，而車內環境調節系統則大約是600億美元。造成這個問題的部分原因在于許多ADAS應用技術目前還處在調試階段或者尚未上市；而另外一些方案則價格昂貴主要應用于高端車型上。但是抑制需求的最重要原因之一可能是缺乏消費者認知度。在麥肯錫最近對五個國家的4500名汽車購買者進行的在線調查顯示，許多受訪者對ADAS技術并不熟悉，只有很少的購置車輛配備了這項技術（圖1）。對于這項調查結果有理由持樂觀態度，因為數據顯示對于那些購買了配置ADAS系統的買家，再次購買率非常高，達到了87%到89%。這表明一旦消費者了解了ADAS系統，他們會優先選擇配置了這些功能的車型。
圖1：許多汽車購買者對高級駕駛員輔助系統尚缺乏了解
1.來自中國、德國、日本、韓國以及美國的4500位汽車購買者參與了這項在線調查。
2.從消費者決策流程的一個階段轉換到下一個階段的購買者百分比
3.所有近期汽車購買者中達到某一特定決策階段的百分比。由于取整的原因，數字相加可能與總數不一致。
4.包括表示一定會購買或可能會購買帶有ADAS功能的汽車的購買者。
來源麥肯錫公司-來源：2015麥肯錫聯網汽車問卷調查。
盡管不同的行業專家對于2015ADAS市場的銷售額和增長持不同的觀點，但是多數人預計從2015至2020年這一領域的年增長率將超過10%。例如，一位著名的分析師預測在此周期中增長率將達到16%，而另一位分析師則預測增長率將達到29%（圖2）。這意味著這一領域將享有汽車及相關行業的最高增長率。但是即便該技術正在趨向于成為標配，汽車的基本價格將繼續保持相對穩定（復合年增長率大約為1%），半導體公司和其他供應商將面臨OEM廠商和客戶希望ADAS的成本保持低位的壓力。因此，我們預測ADAS銷售額的增長將以落后于出貨量增長率的速度增長。
圖2：一直到2020年高級駕駛員輔助系統可望呈現出強勁的增長勢頭。
高級駕駛員輔助系統的全球銷售額預測，單位：十億美金
1.包括自動緊急剎車系統、自適應巡航控制、前方碰撞預警、車道偏離預警、駐車輔助系統、后方監視系統、夜視系統、駕駛員監視系統（如疲勞駕駛）以及交通信號識別系統。
2.還包括自適應前燈和平視顯示器。
3.多方測算表明2015年的銷售額將在50億到80億美元之間。
4.Strategy Analytics和TechNavio用于推導出2020市場規模的2018-19復合年增長率
5.由于取整的原因，數字相加可能與總數不一致。
麥肯錫公司|來源：IHS、SBD、StrategyAnalytics、TechNavio;麥肯錫分析報告
一個可能影響ADAS上升的因素是這項技術的發展速度。盡管近些年半導體公司和其他廠商已經取得了重要的進展，但是需要改進的空間依然很大。例如，前方碰撞預警系統在車輛高速行駛時識別物體依然十分困難。如圖3所示，一個典型的ADAS方案需要集成許多項技術，但是目前面臨最多挑戰的四大技術是：處理器、傳感器、軟件算法和地圖。
圖3：在高級駕駛員輔助系統中的四大控制點對于無人駕駛和區別產品性能方面最為關鍵。
聯網：車輛間以及車輛與基礎設施間的互聯網連接（數據云）。
執行機構：根據計算結果快速動作。
地圖：存儲和更新地理及基礎設施信息
處理器（ECU/MCU）：處理決策所需的數據
傳感器：感知外部數據
中間件：軟件算法
電子控制單元（ECU）和微控制單元（MCU）對于包括無人駕駛在內的多數ADAS方案都是基本的部分。ADAS系統要想發展，處理器需要更高的性能，而實現方式可以是多核架構和更高的運行頻率，還有更低的能耗需求。
這些設備負責采集車輛周圍環境的信息，例如，行人和正在駛來的汽車。多數設備的測量范圍和信號帶寬都是有限的，這就讓區分“有用信號”（例如，路上的障礙物）和系統“干擾”十分困難。而傳感器要想在雨天和霧天這樣的非理想環境下追蹤移動物體就更為困難了。
許多業界廠商正在嘗試改善某一單獨種類的傳感器。他們同時也在嘗試通過更好的傳感器融合優化系統性能，即協同使用來自多種傳感器的數據。在硬件方面，傳感器之間的通訊是個重大挑戰，因為這需要更高的帶寬以及避免網絡過載的解決方案。
廠商們正在通過優化分區和系統架構的分布方式來解決這一問題。在軟件方面，圖像和非圖像數據的融合更加具有挑戰性。一些OEM廠家和第一層供應商正在與學術機構合作解決這一問題，例如，戴姆勒公司正在與卡爾斯魯厄理工學院和烏爾姆大學進行合作。
現今傳感器有限的功能和高成本可能是ADAS繼續發展的最大限制。不過，許多公司在這兩個方面都取得了進展。一個例子是，Mobileye和許多新興公司都在試圖改進基于攝像頭的解決方案，這種技術傳統上在暴風雨天氣或其他能見度較低的環境下識別障礙物都存在困難。如果基于攝像頭的解決方案能夠在功能上趕上雷達和激光雷達，則將因其低廉的成本而主導ADAS市場。而同時采用激光和攝像頭的一體式解決方案也可能會很流行，因為這樣的解決方案比只采用雷達或激光雷達的解決方案便宜。這是一個很重要的進展，因為專家相信只有當業界擁有一種與其他傳感器完全集成的經濟型激光雷達系統時，半無人駕駛才可能成為現實。
運行在ECU和MCU上，算法負責使用來自傳感器的輸入數據實時合成車輛周圍的環境信息（在傳感器已經完成的處理之上并進一步進行處理）。隨后算法將向駕駛員提供輸出信息或者指示系統將如何主動干預車輛的控制。這將需要一些最為復雜的車載軟件集成，因為算法指定的諸如采取緊急剎車之類的操作對于確保安全極為關鍵。
為了配合傳感器融合應用，業界將從運行在一個單一ADAS專用ECU上的嵌入式軟件過渡到運行在一組集中式ECU或MCU上的多個軟件平臺。為了適應傳感器融合算法的靈活集成，這些軟件平臺將更加抽象化。業界廠商正在重點開發此類的算法，以便更加精確地合成傳感器數據并更加有效地進行處理，因為這將避免數據過載或延緩。另一個需要優先解決的問題是創建各種算法，在各種不同的環境下，如周邊出現兩車碰撞時，實現更加安全的車輛導航并更加準確地預測所有可能的人類行為（包括潛在的非理性反應）。
當不在GPS覆蓋區域時，如在隧道中行駛時，詳盡準確的地圖系統有助于避免事故。這些系統還存儲著地理和基礎設施的信息，可自動進行更新，并能與車載傳感器進行通訊確定汽車的準確位置。汽車行業的OEM廠商和其他廠商都在尋找建立和維護地圖的低成本方式。一些最新的解決方案包括部署配備了3D激光和360度高分辨率攝像頭的“地圖測繪車”。地圖開發廠商還在嘗試利用來自FedEx等商業車隊上的傳感器數據以及來自駕駛員的GPS數據。
許多廠商都意識到在未來五年中立法機構將要求車輛安裝特定的ADAS裝置，同時他們也希望為把握未來的增長機會而做好準備。這樣的舉動將為汽車行業帶來前所未有的變革。首先，更有實力的高科技公司，包括半導體廠商，即便以前并未涉足過汽車行業，也正在積極地追逐ADAS機會。例如，英特爾、NVIDIA、松下、高通、三星和索尼等公司都在追逐這樣的機會，包括與傳感器有關的機會、ECU和MCU、系統、芯片上的系統等領域。不僅如此，許多新興的公司高科技和汽車行業的中小公司都正在努力獲取市場份額。這些公司包括GestureTek、Hawk-EyeInnovations和IntelliVision，這些公司都在圖像處理領域和計算機影像領域有所專長。
另一類積極的參與者則是OEM廠商，他們曾經是汽車領域創新的主力軍，現在他們則更愿意與在開發ADAS系統上擁有技術優勢的半導體公司和其他第二層供應商合作。類似的，第一層和第二層的供應商也都在積極地尋求購并機會以確保其能夠擁有ADAS所需的所有能力，包括軟件能力。
半導體公司已經從ADAS領域獲得了一些有限的銷售額，在2015年不到20億美元，這雖然與汽車電子系統上290億美元的銷售額相比還顯得微不足道，但是這一領域可望取得快速增長。為了能夠把握住全部的價值，半導體公司必須選擇參與競爭的適當領域、方式和時機（換而言之，他們必須決定自己是充當先行者還是快速跟進者）。
這可能需要他們重新審視其專注在硬件上的產品定位，因為延伸到軟件領域將帶來更多的機會，同時還需要他們制定出與OEM廠商合作的新型戰略。當市場進入更為快速的增長階段，那些快速做出反應并成為ADAS廠商的公司可能會獲得最大的收益。
我們采用了一種綜合考慮各種不同因素的模型來研究半導體公司截至到2025年的ADAS硬件機會，其中考慮到了預期終端市場采用的因素以及系統和組件的價格侵蝕因素。我們發現總體銷售額將保持穩定增長，到2025年將達到46億至53億美元。駐車輔助系統可能為半導體廠商帶來最大的銷售額，隨后是自動緊急剎車系統、自適應巡航控制系統和前方碰撞預警系統。對于系統組件，如圖4所示，最佳機會出現在處理器領域（預期將創造占總銷售額37%的收入）和光學半導體（20%）領域。
圖4：對于半導體公司，處理器和光學半導體預計將在2025年構成ADAS領域的大部分硬件銷售額。
1.由于取整的原因，數字相加可能與總數不一致
2.自動緊急剎車、自適應巡航控制和前方碰撞預警。
3.包括后方監視系統和交通信號識別系統等
由于處理器和傳感器預計將占據銷售額的大部分，因此半導體公司不妨考慮通過提供有特色的產品在這些領域參與競爭。雖然硬件依然占據了銷售額的主要部分，但作為補充，半導體公司仍可以通過將產品方案延伸到軟件和算法領域從而獲利。
處理器的改進。那些在消費電子、移動設備、數據處理等近似領域擁有經驗的廠商，可能在改進處理器的性能這一最具賣點的領域處于有利地位。這是因為將快速的處理器應用在非常小的細分領域上，這需要在研發和制造上投入巨大的資金。單憑汽車市場本身的銷售業績無法負擔這樣規模的投資，因此半導體公司可能需要同時從其他領域獲得合理的投資回報。不僅如此，在近似領域有相關經驗的廠商可能能夠將他們的一些現有產品加以改進就應用到ADAS領域從而縮短研發周期。例如，NVIDIA公司將其最初開發用于游戲設備、智能手機和平板電腦的Tegra平臺加以改進用于汽車系統上。
傳感器的改進。現有的傳感器種類很多，但是有三種對于ADAS領域非常重要。
第一種也是最經濟的選擇是采用光學傳感器并基于攝像頭的解決方案。這些傳感器的用途非常多可以用在非常廣泛的ADAS功能上，但是它們的局限在于很容易受到不良天氣狀況和環境的影響。光學傳感器和基于攝像頭的解決方案還需要非常復雜的軟件算法來識別行人和其他車輛等物體。
第二個類別是激光雷達系統，這種方案使用一種掃描激光來生成環境的3D圖像。與光學傳感器不同，激光雷達對于氣候條件并不敏感并且可以直接提供車輛周圍物體的位置。但是具備最大掃描范圍（車輛各個方向上的100米距離）的激光雷達系統非常大通常需要外置安裝。盡管在過去十年間價格已經從數萬美元下降至1萬美元以內，但是這些設備的部署費用依然太高，要想在ADAS領域獲得應用仍需進一步的降價。掃描范圍比較有限的激光雷達系統，例如，探測一個方向上十米以內的障礙物的系統，已經集成到了一些車輛上。例如，大陸公司提供短程激光雷達已經有一段時間了。
最后，ADAS還經常會集成使用范圍從20到80GHz電磁波的短程或長程雷達確定物體的距離、速度和方向。這些傳感器在惡劣的天氣條件下相比于其他類型的傳感器能夠更好地工作，但是它們通常在測量距離和角度上有所局限。例如，長程雷達可以探測最遠達250米外的障礙物，但是測量角度非常窄。因此，自適應巡航控制系統往往會將長程雷達與測量角度更寬的短程雷達配合使用。
盡管傳感器所產生的銷售額不及處理器，但是半導體公司可能會更傾向于這一領域，因為規模對于傳感器相對沒有那么重要，而且這一領域也更易于細分產品。事實上，由于在不同ADAS用途中需要的傳感器性能級別和信號處理能力都不同，很多傳感器都需要針對不同用途進行專門設計。對于傳感器，半導體公司如果在近似行業擁有經驗將處于有利地位，例如，在消費電子市場上有互補性金屬氧化半導體圖像傳感器的研發經驗，因為這將有利于產品的開發。在改進產品時的一大挑戰是定制產品來滿足特定的汽車需求，包括用于安全用途。
進入軟件領域可能會比較困難，因為半導體公司往往在軟件領域缺乏專長。為了競爭，他們也許需要在內部發展軟件專長或者通過與具備必要能力的相關廠商進行購并來達到這一目的。
半導體公司應當考慮將非半導體產品與硬件進行捆綁，這既包括軟件（例如，驅動程序、操作系統應用以及編碼器等），也包括用于實時處理傳感器數據的算法。這樣的捆綁可能會比改善內存或中央處理器性能這樣的純硬件改進帶來更多的附加值。并且，半導體公司還可嘗試提供更多的模塊或集成解決方案，例如，芯片上的系統。OEM廠商可能會傾向于包括軟件、通過單一組件實現的解決方案這樣的模塊或集成解決方案，因為這樣的解決方案能夠提供更好的性能，節省實施成本，并且可以減少他們對第一層供應商的依賴性。
汽車市場的變革為半導體公司帶來了新的機遇，但是同時其競爭也必將是十分激烈的。三個因素對于贏得市場份額非常關鍵：與OEM廠商的穩固關系，與價值鏈上其他廠商的合作，在安全和防護功能上的產品特色。
與OEM廠商的穩固關系。盡管OEM廠商早已非常依賴于第一層供應商提供創新型組件，他們還是非常愿意在ADAS開發中充當更為主動的角色的。事實上，OEM廠商最終會成為主導方，因為運行在完全無人駕駛的車輛上的各種系統必須密切協同工作。如果OEM主導ADAS的開發，那么他們將獲得從不同第一層供應商中選擇最佳子系統（包括傳感器和通用控制系統）的自主性，而不必依賴于單一的供應方。主導ADAS的開發還有利于確保OEM廠商無論是在有人還是無人駕駛的車輛上更好地實現不同于競爭對手的產品功能。
開發出創新型ADAS技術的需求促使OEM廠商與第二層供應商更加密切地開展合作，因而讓這些供應商在車輛的設計和制造過程中充當更加重要的角色。OEM廠商的具體協作需求會因公司和用途不同而不同，因此半導體公司應當準備好提供不同類型的支持。例如，他們可能會積極幫助OEM進行集成，輔助定制集成系統的開發，或者為系統性能的優化提供支持。
能夠與OEM廠商建立穩固關系的半導體廠商將會處于有利地位，而那些能夠在靠近其合作伙伴的地點提供或外派現場工程師的廠商也將處于有利地位。公司還可通過在行業展覽上展示他們的能力或者上門為OEM廠商提供開發支持建立新的合作關系。
貫穿供應鏈的多重合作。眾多非傳統汽車廠商和中小企業現在也在試圖在ADAS領域獲利。半導體公司可以與這些廠商尋求多重合作，即使他們可能是競爭對手或者客戶。例如，他們可以通過與在汽車領域有著豐富經驗的杰出軟件廠商建立合作關系來作為其硬件知識的補充。在一些情況下，兩個或多個半導體公司可能會開展合作。例如，RenesasElectronics在娛樂信息和ADAS領域與超過150家公司有著合作關系，其中就包括了其他半導體廠商。通過與多家廠商合作，半導體公司可能開發出更高質量的解決方案，讓他們有別于競爭對手的產品。他們還可節約成本，優化資源的使用并縮短上市時間。一方面很多半導體公司可能會選擇與有實力的現有廠商合作，他們同時還可考慮與能夠提供強大解決方案的新興企業合作。
在安全和防護功能上獨樹一幟。ADAS技術已經對安全性有著很高的要求，并且隨著各種應用對車輛的主動控制越來越強，這些要求還會越來越高。事實上，很多未來的ADAS技術將會達到汽車安全完整性等級D，組件或系統在出現故障的情況下如果有致傷或致死的危險將無法獲得這一等級的認證。ADAS的防護要求也是最高級別的，因為一旦黑客入侵導向、剎車或其他車輛功能，其結果可能是災難性的。在定位、開鎖和啟動車輛等非ADAS汽車系統上已經有了一些非常著名的黑客攻擊案例。
最近有關聯網汽車的麥肯錫報告印證了消費者對于ADAS無人駕駛汽車產品安全性的擔憂。當被問及無人駕駛，幾乎半數的受訪者都表達了對于控制車輛的電腦的不信任，38%的人表示了對黑客攻擊的擔憂。不過，有超過半數的受訪者表示如果能夠消除他們的顧慮，他們將愿意使用無人駕駛的車輛（圖5）。
圖5：盡管對于無人駕駛有所保留，有超過半數的受訪駕駛員表示如果能夠消除他們的顧慮，他們會選擇使用這一技術。
1.基于對于中國、德國、日本和韓國汽車購買者（n=3500）的問卷調查；在發表之時，來自美國受訪者對此問題的數據尚無法獲得。
麥肯錫公司|來源：2015麥肯錫聯網汽車問卷調查
由于安全和防護問題可能會叫停ADAS市場，對于半導體公司，熟悉汽車安全完整性級別風險分析手段并在產品開發的早期加以運用，進而消除任何潛在的組件或系統級別的故障，將非常有好處。隨著產品開發的進行，半導體公司可能需要進行廣泛的測試，評估ADAS組件和整個系統在不同環境和操作條件下的安全性。
無人駕駛需要依靠云數據、車輛間通訊以及車輛與基礎設施之間的通訊支持。因此，ADAS系統必須直接鏈接到車輛的通訊模塊才能實現完全的無人駕駛。盡管這些模塊有著內在的安全連接，額外的保護措施仍有必要。高級硬件防火墻，集成網絡級別的防護元素（例如，加密芯片）以及對虛擬化技術的支持，也都是半導體公司讓產品在防護方面實現差異化的機會。
一些半導體公司在進入ADAS市場上猶豫不決，因為該技術尚未成為主流。盡管他們的顧慮情有可原，我們的調查顯示盡早進入會帶來長期的好處。
先行者將有機會塑造整個行業，例如，幫助建立技術標準或者定義基礎系統設計構架。并且較早確立其ADAS技術知識產權的公司可能有機會長期收取專利費用，就像Bosch公司在創立控制器區域網絡總線系統時那樣，該系統在很多年的時間里都是汽車行業的標準。由于ADAS技術解決方案的數量有限，快速的跟進者可能會發現最佳的思路都已經申請了專利。那些試圖開發創新解決方案的廠商也不得不遵從由早期廠商所制定的技術標準和系統架構，即便這些標準和架構對于他們自己的產品并非最優。想想在電信行業的情形吧，高通公司作為先行者，成功地將其很多自有技術加入到了無線通訊領域的LTE標準。其他公司現在都必須遵從這些標準，而高通公司則為其技術收取專利費用。
從客戶群體和行業的角度考慮盡早進入也是有意義的。OEM廠商目前需要篩選其供應商并對供應商劃分優先級別，由于汽車設計的周期漫長，因而當銷售量增長時先行者可能會處于獲利的有利地位。由于OEM廠商和第一層供應商可能會在他們開發完全無人駕駛的下一代車型（此類車型可望在2025至2030年間獲得更大的市場）時依然選擇可靠的知名供應商，先行者也會因此獲得長期的優勢。這并非斷言快速跟進者無法取得成功，只是與那些較早開始積極追蹤ADAS機會的廠商相比，他們可能會面臨更多的困難并且獲利相對較少。
ADAS應用可能代表了汽車領域下一個重要商機，而半導體公司處于把握這一機會的有利地位。他們一向為OEM廠商看重的技術專長將比以往更加重要，特別是當他們可以提供能夠改善系統級能力的組件和解決方案時。但是對半導體公司同樣重要的是，通過擴展軟件和集成能力并且制定與OEM廠商和整個價值鏈上各廠商的新型合作戰略來改進其傳統的業務模式適應這一領域的需要。那些在目前ADAS市場尚處于發展初期時就果斷采取行動的公司將可能脫穎而出成為贏家。
作者介紹
Seunghyuk Choi是麥肯錫首爾辦公室的副主管
Florian Thalmayr是慕尼黑辦公室的咨詢顧問
Dominik Wee是慕尼黑辦公室的主管
Florian Weig是慕尼黑辦公室的董事
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