汽車無線通信芯片—車規AEC-Q100認證

1. 無線通信芯片介紹

隨著信息、計算和芯片技術的迅速發展，外界信息交互需求日益增長，車內電子系統數量不斷增加，汽車電子系統變得越來越復雜，各個系統間的信息傳遞需要通信網絡的有力支撐。根據通信連接形態的不同，汽車通信應用分為無線通信和有線通信。無線通信主要用于實現V2V（汽車與汽車互聯）、或者V2X（汽車與用戶設備互聯，或汽車與其它設備，如通信基站和衛星的通信等連接）。有線通信主要用于車內設備之間的各種數據傳輸。

汽車通信示意圖

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

無線通信按照傳輸距離可劃分為廣域網通信和局域網通信。廣域網通信包括移動蜂窩網絡通信、衛星GNSS通信；局域網通信包括V2X直連通信、藍牙、Wi-Fi、UWB等。無線通信支持通信速率從1Mbps到數Gbps。

2. 各類無線通信芯片

（1）移動蜂窩芯片

蜂窩移動通信（Cellular Mobile Communication）采用蜂窩無線組網方式，在終端和網絡設備之間通過無線通道連接起來，進而實現用戶在活動中可相互通信。主要特征是終端的移動性，并具有越區切換和跨本地網自動漫游功能。蜂窩通信從20世紀80年代至今，已經發展到第五代（5G）。

與手機移動通信類似，汽車移動通信通過接入通信基站實現信息的發送和接收。移動蜂窩芯片是負責車與基站通信的芯片，其根據移動通信制式劃分為2G/3G/4G/5G移動蜂窩芯片。目前，汽車移動通信應用比較廣的是4G，5G的滲透率也正在快速提升。相比于舊的版本，5G通信芯片在傳輸速率、低延時、可靠性等性能上都有較大提升。

2G/3G/4G/5G移動蜂窩芯片對比

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

移動蜂窩通信芯片按照數據收發流程對應的功能，分為基帶芯片和射頻芯片，基帶芯片負責信號調制/解調，主要分為5個子模塊：CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器、接口模塊。蜂窩基帶芯片通常與應用處理器集成在SoC中。射頻芯片負責數據的發送/接收，將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形， 并通過天線諧振發送出去。射頻芯片分為射頻前端和射頻收發器，其中射頻前端包括功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、射頻開關（Switch）、天線調諧開關（Tuner）等。移動蜂窩通信芯片制程上已經實現5nm量產，正在向3nm/2nm節點發展。

移動蜂窩芯片根據整車實際需要，一般需要1顆芯片可選擇被集成到TBOX、車機或車身獨立網關等控制器中。移動蜂窩芯片的應用賦予汽車網聯化功能，實現了車輛信息娛樂和遠程控制，極大的改善用戶體驗，其主要功能應用包括OTA升級、高精地圖下載/導航、緊急呼叫、遙控泊車、遠程診斷、互聯網娛樂應用等功能。

（2）V2X直連通信芯片

V2X直連通信主流采用C-V2X技術，包含LTE-V2X技術和NR-V2X技術，是基于LTE/NR蜂窩網通信技術演進形成的車用無線通信技術，用于實現車輛與周圍的車、人、基礎設施等全方位連接和通信，滿足低時延、高可靠等特殊嚴苛的技術要求，賦能汽車智能化和網聯化變革，V2X可以感知到視距外行人、車輛、交通信號燈等信息，協助感知、高精定位、規劃、決策、控制等，提高車輛的智能化等級。

V2X通信示意

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

V2X直連通信芯片是用來對遠車、路及其他交通參與者信息進行處理交互的芯片。V2X直連通信芯片包括外掛和集成兩種，目前除以色列Autotalks外，主流路線均選擇將V2X直連通信與蜂窩通信功能集成。全球一般采用5.9GHz ITS頻段作為V2X直連通信頻段，中國于2017年分配了5905-5925MHz作為LTE-V2X專用通信頻段，目前國內尚未規定NR-V2X專用頻段

V2X直連通信芯片可根據整車實際需要，集成到TBOX或者智能座艙域控制器中，一般為1顆。LTE-V2X主要實現基本安全應用、交通效率類提升和部分自動駕駛業務，通過提供增強的行車環境感知能力，避免大多數碰撞事故。NR-V2X面向更高需求的應用，通過更靈活的設計，支持低時延和高可靠性要求的V2X業務，最終支撐實現完全自動駕駛。NR-V2X是LTE-V2X的技術增強和補充，并在將來與LTE-V2X長期共存、針對不同用例提供服務。

（3）藍牙芯片

藍牙技術由美國藍牙技術聯盟制定并發布，可實現短距離內設備之間點對點或點對多點的短距離數據交換。藍牙技術采用2.4GHz頻段通信，傳輸速率最大超過20Mbps，具有功耗低、自組網和成本低的優勢，適合覆蓋距離在300米以內、數據傳輸量較小的通信。

藍牙芯片是一種集成藍牙功能的電路集合，主流制程一般為28nm，包括無線射頻單元、基帶域鏈路控制單元、鏈路管理單元等，通過無線連接將固定和移動信息設備組成個人局域網，實現設備之間無線互連通信。根據藍牙傳輸標準劃分，藍牙芯片可分為常規藍牙芯片及BLE（低功耗藍牙）芯片。

①常規藍牙芯片泛指支持藍牙協議在4.0以下的芯片，采用SBC編碼格式，常被用于傳輸音頻、文件等場景，功耗較高。

②BLE芯片指支持藍牙協議4.0或更高的模，采用LC3編碼格式，常被用于設備匹配、數據同步、定位等場景，具有低功耗及低延遲優勢。

車載藍牙系統以藍牙芯片為底層硬件基礎，一般集成在車機系統內，通過無線短距通信與用戶手機相連，實現免提通話、車載藍牙娛樂、藍牙車輛遠程狀況診斷、汽車藍牙防盜和車輛進出控制等功能。

①藍牙免提通話功能利用手機作為網關，通過藍牙無線音頻傳輸實現手機到藍牙耳機或者藍牙音箱的聲音無線轉換，實現解放雙手，降低交通肇事隱患的目的。

②車載藍牙娛樂功能利用車載音響播放藍牙立體聲流媒體音樂，提升用戶車內娛樂體驗。

③藍牙車輛遠程狀況診斷功能依靠藍牙遠程技術對車輛相關功能模塊具體運行情況進行實時監測，同時利用設定算法判斷系統出現運行故障的原因與故障類型，將故障診斷代碼上傳到車載運行系統存儲器中。

④汽車藍牙防盜功能指汽車處于設防狀態時，藍牙感應功能會自動連接汽車車主監控終端，一旦車輛狀態出現變化或者遭受盜竊，將會自動報警；

⑤車輛進出控制功能利用藍牙定位感知特性支持智能手機數字鑰匙功能，實現鎖定和解鎖車門。

（4）WIFI芯片

WIFI芯片情況表

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Wi-Fi 是基于IEEE802.11標準的無線短距通信技術，由Wi-Fi 聯盟所持有。Wi-Fi從誕生到現在已經發展了多個版本。目前，中國汽車行業Wi-Fi設備仍然以Wi-Fi 5產品為主，Wi-Fi6將有望從2022年開始逐步提升。下一代的版本是Wi-Fi7，預計2024年正式發布。

相比藍牙，Wi-Fi具有傳輸距離遠、速率快、同時連接設備多、受眾范圍大等優點。Wi-Fi芯片的主要參數或評價指標包括：

·Wi-Fi版本/標準

·工作頻段及對應帶寬

·MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) or SISO(Single-Input Single-Output)

·是否支持實時雙頻

·OFDMA

·發射功率

·封裝方式和尺寸

·低功耗

·工作溫度

·可靠性，是否滿足AECQ100 或其它汽車工業標準

·安全性設計，包括功能安全ISO26262

·支持信息安全

車載Wi-Fi目前的主要功能是面向座艙內的駕乘人員提供無線接入服務，用于信息娛樂、移動辦公等。根據整車實際需要，可選擇被集成到TBOX、車機/座艙域控制器、網關等控制器中。

（5）GNSS 導航芯片

GNSS導航定位系統包括美國GPS系統、俄羅斯Glonass系統、歐洲Galileo和中國“北斗”系統，在頻段上，GNSS包括L1：1575.42MHz、L2：1227.6MHz和L5：1176.45MHz三種頻段，其中，L2一般用于軍用場合。

GNSS導航芯片是導航終端的核心，其定位精度、功耗、體積等方面的性能直接影響導航系統的運行表現。GNSS芯片包括基帶芯片和射頻芯片，射頻芯片負責接收信號，基帶芯片負責對接收到的基帶信號進行解碼，主流GNSS芯片均采用基帶和射頻芯片集成的方式。GNSS芯片配合算法共同決定了GNSS系統的導航定位精度，目前，主流GNSS芯片均支持GPS/Glonass/Galieo/北斗多模和L1/L5雙頻制式，主流制程一般在14nm-28nm，定位精度已提升至亞米級甚至厘米級。

汽車GNSS芯片主要用于導航定位、緊急援助、車隊管理（包括保險）以及智能駕駛，一般集成在V2X（OBU）、TBOX或車機中，隨著智能網聯汽車的快速發展，基于衛星的定位可為多傳感器數據融合提供重要基礎和支撐，GNSS芯片在汽車領域的滲透率不斷提升。

（6）UWB芯片

UWB，為超寬帶無線通信技術（Ultra Wide Band），通過發送和接收具有納秒或皮秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而在3.1~10.6GHz頻段上具有500MHz以上量級帶寬。UWB通信具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點，實驗室理想情況可以實現10cm左右的高精度定位，實際環境精度能達到亞米級。

UWB芯片作為實現UWB功能應用的核心電路集合，目前其主流制程一般在28nm。UWB頻率帶寬較大，脈沖波形非常窄，決定了UWB芯片內部射頻及模擬模塊需要支持更高的帶寬；同時，由于UWB 芯片是利用電磁波的飛行時間來做測距，時間戳要解算得非常準確，芯片信號處理部分不能引入過多的非固定延遲；此外，UWB芯片應用需要有大量工程實例算法迭代，開發難度較大。UWB芯片主要評價指標包括：速率脈沖模式、頻段、功耗、面積、成本等

由于在高精定位、低功耗和安全性方面優于其他技術（Wi-Fi和藍牙），UWB正在成為智能汽車多場景功能落地的關鍵技術支撐，一輛汽車大約需要用5個UWB芯片，可應用于車輛無鑰匙進入等場景的定位輔助、智能尾門功能、汽車雷達活體檢測、自動泊車輔助等，目前多個車企均配備了基于UWB 技術的新一代數字化車鑰匙。

3.無線通信芯片全球市場格局

（1）移動蜂窩芯片

因價格及應用場景發展，當前汽車移動蜂窩通信芯片主要以4G為主，5G芯片滲透率正在快速提升。根據世界移動通信大會（MWC）主辦方GSMA發布《2022中國移動經濟發展》報告顯示，2021年中國新增的5G連接超過2.85億，5G連接總數占全球5G連接的75%；預計到2025年，中國5G連接總數將從2021年的4.88億增至8.92億。根據前瞻產業研究院數據，中國5G芯片市場規模將從2020年的2.41億美元增長到2027年的75.09億美元，年復合增長率達到63.4%。中國5G市場的領先也為4G/5G在汽車領域的應用和普及提供了良好的發展環境，據前瞻產業研究院預計，到 2025 年在5G快速建設與產業鏈成熟度快速提升的推動下，中國車聯網滲透率或提升至77%左右的水平，市場規模有望達到接近萬億級別。預計2025年TBOX裝備率將達85%，5G通信芯片的占比將從2%提升到約29%。

移動蜂窩基帶芯片方面，行業技術壁壘高、研發周期長、資金投入高，經過從2G到5G多年發展后，多家知名企業相繼退出，市場高度集中。從4G基帶芯片市場占比看，高通仍然占據主導地位，三星、華為海思、紫光展銳、聯發科、中興微電子等實力較強。目前5G基帶芯片設計廠商僅有美國高通、聯發科、三星、華為海思、紫光展銳，呈現寡頭壟斷的格局。移動蜂窩射頻芯片方面，國際企業占據主導，Skyworks、Qorvo、博通和 Murata 四家公司占據了85%的市場份額，其余15%的市場為高通、聯發科，紫光展銳、卓勝微等企業。

（2）V2X直連通信芯片

自2017年以來，國家出臺了一系列政策支持車聯網發展，2019年中國V2X市場規模達200億美元，預計到2023年，中國V2X市場規模有望突破500億美元，增速高于全球水平，其主要得益于汽車產業的穩步發展以及車載移動終端的增長需求。到 2025 年，新車基本實現智能化，高級別智能汽車實現規?；瘧?，新一代車用無線通信網絡（5G-V2X）基本滿足智能汽車發展需要。

高通、華為海思、大唐宸芯、Autotalks、中興通訊、紫光展銳等均已推出或規劃相關V2X芯片，高通在技術和成熟度上處于領先。

（3）藍牙芯片

2015~2019年，中國汽車藍牙芯片年復合增長率為16.1%，預計到2023年，車用藍牙設備年出貨量達到1.15億，93%的新出產汽車（包含轎車、卡車和SUV等）都會將藍牙作為標配，車載信息娛樂系統將采用藍牙連接，助力提升車載娛樂體驗。而在汽車制造和后裝解決方案市場，藍牙也將全面滲透，至2023年，全球道路上行駛的汽車中將有半數以上搭載藍牙。另外，隨著藍牙在智能手機中的滲透率達到100%和藍牙導向功能的加入，未來將有越來越多的汽車制造商采用手機來取代目前的汽車鑰匙。預計2023年，密鑰卡、傳感器和其他車載應用等其他用例將占藍牙汽車全部出貨量的24%。

藍牙芯片廠商的經營模式分為IDM模式和Fabless模式。其中90%以上的藍牙芯片廠商的經營模式為Fabless模式。高端藍牙芯片產品由歐美藍牙芯片大廠壟斷，代表性企業包括Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon Lab等，該類企業技術及資源實力雄厚，且具有先發優勢，在全球低功耗藍牙芯片市場份額占據較高的市場份額，企業平均毛利率在45%以上。中國藍牙芯片行業參與者多集中在低端藍牙芯片市場，包括海外廠商、傳統集成電路企業、初創企業，代表性企業包括泰凌微、匯頂科技、桃芯科技、紫光展銳等。

（4）WiFi芯片

萬物互聯時代，全球物聯網設備數量飛速增長，短距無線網絡也同樣得到飛速發展。據統計，2020年全球WIFI芯片市場規模為44億顆，同比上漲4.76%，年均復合增長速度為6.92，還處于穩定增長階段。

當前在汽車領域的應用，主要還是以Wi-Fi5產品為主。隨著Wi-Fi6技術和應用的不斷完善，2020年后，Wi-Fi6的滲透率在快速地提升。根據 Gartner預估，Wi-Fi6到2023年的市場規模將達到52億美元，年均復合增長率為114%，中國聯通預計到2025年Wi-Fi6產品的滲透率將達到90%以上，市場規模有望達到220億美元。

目前，在Wi-Fi的市場領域，主要還是國際產商占據市場主導地位，國內公司主要是華為海思進入市場的前列。

WIFI芯片主要參與者

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（5）GNSS導航芯片

國家不斷出臺相關政策引導北斗導航應用的發展，2022年，工信部出臺《關于大眾消費領域北斗推廣應用的若干意見》，指出要培育北斗大眾消費新應用，重點突破系列關鍵技術，加快推進高精度、低功耗、低成本、小型化的北斗芯片及關鍵元器件研發和產業化，形成北斗與5G、物聯網、車聯網等新一代信息技術融合的系統解決方案。預計從2021年到2031的十年間，全球GNSS接收機的年出貨量將持續增長，從2021年的18億臺套增長至2031年的25億臺套，其中亞太地區仍將是最大市場。（資料來源：《EO and GNSS Market Report（“地球觀測”和“全球衛星導航系統”的市場報告）》）

國外導航芯片產業發展較早，技術積累深厚，已發展成為較為穩定和成熟的產業。美國GPS系統起步較早，博通、高通、德州儀器、SiRF等美國公司積累了大量技術及經驗，市場占有率較高，如SiRF公司的GPS芯片產量占全球GPS芯片出貨量的70%、博通的導航元器件銷售額位列世界前三。與此同時，歐洲在導航芯片領域也有較強的實力，U-blox占據歐洲高端GNSS芯片大部分市場份額。

根據相關統計，目前國內共有包括華大北斗、北斗星通、華為海思、紫光展銳、千尋在內的40余家企業從事GNSS芯片的研發，國內主要GNSS導航芯片廠商基于傳統導航芯片領域不斷向汽車領域滲透。

（6）UWB芯片

根據ABI research的數據，全球出貨的所有UWB設備總數將從2019年的1.09億臺增長到2025年的10億臺以上。到2025年，全球總共將有36億臺UWB設備出貨。

目前，整個UWB產業鏈處于發展早期階段，從當前的UWB芯片競爭格局看，美國射頻巨頭Qorvo旗下的Decawave占據了95%以上的市場份額，蘋果、恩智浦也開始涉足UWB芯片領域，在汽車領域得到快速應用。國內如紐瑞芯科技、長沙馳芯半導體、精位科技均推出了商用UWB芯片，但目前主要針對消費電子領域應用，在汽車電子領域應用較少。

4. 國產通信類芯片發展情況

（1）移動蜂窩芯片和V2X直連通信芯片

國內蜂窩通信技術以及芯片能力技術儲備較充分，在國際上位居前列。汽車領域的蜂窩通信集成SoC市場呈開放競爭狀態，典型的汽車蜂窩聯網芯片平臺包括高通推出的驍龍4G汽車平臺和5G汽車平臺，海思巴龍和麒麟設計能力追平國際水平，短期受限于生產制造影響國內供應，長期看風險可控，同時，紫光展銳也在積極規劃研發與高通對標的汽車芯片。

無論是高通還是國內自主移動蜂窩芯片，均已經被多個國際汽車廠商采用，相關產品已經商用。國內移動蜂窩芯片在設計上存在較強的應用潛力，但從長期發展來看，受限于當前國際形勢以及全球半導體產能短缺影響，需要解決制造方面的問題。

在V2X直連通信芯片方面，目前國內均采用與移動蜂窩芯片集成的方式，國內華為、大唐已經推出量產的LTE-V2X直連通信芯片，處于國際前沿水平。

（2）藍牙芯片

中國藍牙芯片行業參與者多集中在低端藍牙芯片市場，利潤空間較小，中國本土低端藍牙芯片供應商通過購買CEVA協議棧，或采用CEVA成熟IP，針對國際大廠產品做兼容，協議棧的兼容性以及應用層的經驗不多。為打破高端藍牙芯片市場壟斷局面，部分中國本土藍牙芯片廠商積極布局高端藍牙芯片市場，以桃芯科技、恒玄科技、珠海炬芯和紫光展銳為代表的中國本土企業有望打破中國高端藍牙芯片市場被歐美廠商壟斷局面。

（3）Wi-Fi芯片

目前，Wi-Fi芯片的競爭很激烈，很多本土設計開發Wi-Fi芯片的企業成立時間短，更多的選擇從消費類或工業IoT市場出發，能提供車規類Wi-Fi芯片的比較少，是***要解決的主要領域之一。

車用Wi-Fi芯片更多應用于車內熱點AP，手機連接投屏，軟件升級等座艙的功能應用，工作環境相對寬松，車企及零部件企業可考慮評估工業類的芯片，在零部件組件上增加防護措施，進而考慮選擇工業類的Wi-Fi芯片。

以下是部分國內Wi-Fi物聯網芯片企業及產品。

部分國內Wi-Fi物聯網芯片企業及產品

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（4）GNSS導航芯片

國際主流芯片廠商發展較早，利用相對優勢打開雙模芯片市場。***廠商在早期面臨人才不足、核心技術被高通、博通等公司壟斷的困境。

經過近幾年的發展，華大北斗、北斗星通、華為海思、紫光展銳等國內企業逐步突破技術瓶頸后來居上，芯片和解決方案能力已經在全球范圍嶄露頭角總體性能達到甚至優于國際同類產品，全面實現國產應用，從產業鏈源頭支撐中國北斗GNSS系統建設。當前，北斗導航芯片全部實現國產，模塊累計銷量已突破8000萬片，高精度板卡和天線銷量已占據國內30%和90%的市場份額，并輸出到100余個國家和地區，在“一帶一路”沿線國家開拓市場。國內華大北斗主要從事導航定位芯片、衛星定位、定位算法的研發工作，主要面向汽車互聯和智能終端等領域，目前華大北斗的GNSS芯片已經實現了厘米級的定位精度。紫光展銳推出了高性能、高集成度、全國產自研的雙頻衛星定位導航授時芯片，支持GPS/北斗/GLONASS/Galileo等全球主流導航系統，具有小尺寸、低功耗、抗干擾等特性，且支持車規標準。此外，北斗星通、武漢夢芯科技等均推出了基于國內北斗定位系統的GNSS導航芯片，我國在GNSS導航芯片上已基本實現自主可控，全球競爭力加速提升。

國產GNSS芯片概覽

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（5）UWB芯片

在汽車UWB芯片上，車規級UWB芯片關鍵技術基本被國外壟斷，國內廠商目前大部分采用恩智浦通信協議轉用的方式，未來需要重點突破。

無線通信芯片需要通過的車規AEC-Q100認證

對于車載通信芯片，通常需要符合AEC-Q100的相關認證要求。這意味著在設計和制造這些芯片時，遵循了AEC-Q100的測試方法和指南，能夠確保產品在汽車環境中的穩定運行，滿足可靠性和耐久性的要求。

此外，值得注意的是，AEC-Q100認證并非僅適用于射頻芯片，它還涵蓋了汽車電子系統中的其他元器件。因此，車輛制造商在選擇車載通信芯片時，通常會優先考慮符合AEC-Q100認證的產品，以確保整個汽車電子系統的質量和可靠性。

車規認證之AEC-Q100

汽車電子委員會(AEC- Automotive Electronics Council)由克萊斯勒(Chrysler) 、福特(Ford) 和通用汽車公司(General Motors)成立，旨在制定電氣元件的通用質量標準。第一版AEC標準是1994年推出的，100針對集成電路，101針對分離元件，102針對光電元件，104針對MCM模塊，200針對被動元件。

AEC-Q100標準地位

AEC-Q100作為目前應用最為廣泛和基本的車規級，它近乎強制，而功能安全并非強制，僅為建議性。

AEC-Q100 環境運行溫度范圍標準

溫度范圍是AEC-Q100核心標準之一。

AEC-Q100 關鍵測試類別包括：

1） AcceleratedEnvironment Stress （加速環境壓力）

2） Accelerate LifetimeSimulation （加速壽命仿真）

3） Packaging/Assembly （封裝/組裝）

4） Die Fabrication （芯片制程）

5） ElectricalVerification （電氣驗證）

6） Defect Screening （不良品篩選）

7） Cavity PackageIntegrity （腔體封裝完整性）

華碧實驗室AEC-Q100測試流程及說明

AEC-Q100認證流程

AEC-Q100環境壓力測試

AEC-Q100 加速壽命模擬測試

AEC-Q100封裝完整性測試

華碧實驗室是國內領先的集檢測、鑒定、認證和研發為一體的第三方檢測與分析的新型綜合實驗室，擁有豐富的車規級電子認證經驗，已成功幫助300多家企業順利通過AEC-Q系列認證，通過AEC-Q100對每一個芯片個案進行嚴格的質量與可靠度確認。