5G和边缘计算为汽车半导体带来的的新机遇和挑战

随着网联汽车生态系统的发展，它将影响多个价值链，包括汽车、电信、软件和半导体。麦肯锡在最近一份报告中，探讨了汽车行业发生的变化，特别是5G和边缘计算的增长可能带来的机会。麦肯锡还研究了半导体企业在未来几年可能获得的价值，如果企业愿意以新的眼光看待他们的产品、能力、组织和运营能力，以及他们进入市场的方法。

01 、汽车软件和电子设备的新时代

四个众所周知的技术趋势已经成为汽车工业创新的主要驱动因素：自动驾驶、连接、电气化和共享——如汽车共享服务（图1）。这些被统称为ACES趋势，它们将对计算和移动网络需求产生重大影响。自动驾驶的效果可能最大，因为它需要更高的车载计算能力来实时分析大量传感器数据。其他自动驾驶技术、OTA更新和第三方服务集成也需要汽车内外的高性能和智能连接。同样，越来越严格的车辆安全要求更快、更可靠的移动网络和极低的延迟。

有了ACES功能，行业参与者现在有三种主要的切入点：车载、云和边缘（图2）。

为了确保技术案例满足可行性，公司必须决定在何处以及如何在可用的计算资源之间平衡云、边、端。这可以满足日益严格的安全需求，并交付更好的用户体验。为了平衡云、边、端，可能需要考虑多个因素，但有四个因素可能特别重要。首先是安全问题，因为对乘客安全至关重要的功能需要极快的反应时间。其他需要考虑的因素包括延迟、计算复杂度和数据传输的需求，这取决于数据的类型、数量和异构性。

如今，网联汽车通常依赖于车载计算或云计算来处理。例如，导航系统可以容忍相对较高的延迟，并可能在云中更好地运行。OTA更新通常通过云数据中心交付，并在干扰最小的情况下通过Wi-Fi下载，而信息娱乐内容源自云，并在车机端进行缓冲，以提供更好的用户体验。相比之下，自动紧急制动系统（AEBS）等事故预防工作需要非常低的延迟和高水平的计算能力，这可能意味着它们最好在车辆上处理。 在计算和连接方面的进步有望实现许多新的和先进的汽车用例（图4）。这些发展可能会改变云边端之间的侧重点。特别重要的是，5G移动网络的推出可能允许更多的边缘处理。鉴于这些相关技术的重要性，我们详细探讨了它们的特点，重点探讨了汽车应用。

02 、5G和边缘计算的好处

5G技术有望提供高带宽、低延迟、可靠性和分布式功能，更好地满足联网汽车的需求。它对汽车应用的好处主要有三个方面： 增强型移动宽带（EMBB）：5G可能提供更快、更统一的用户体验，速度可达每秒10千兆比特，比4G技术快5到10倍。这可能增强高带宽应用，如车内信息娱乐、车辆远程操作和实时人机界面渲染。

大规模物联网（IoT）：通过每平方公里支持多达100万个连接，5G网络可以有效地支持来自道路上的汽车、连接的基础设施端点和终端用户设备的大量并发连接。这可能会消除汽车和其他设备由于大量连接而无意中与移动网络断开连接的可能性。 超低延迟通信（URLLC）：从理论上讲，5G的延迟可以降低到1毫秒，是4G的5到15倍。这意味着5G可以将高速和高可靠性结合起来，无需在两者之间进行权衡。这对于自动驾驶车辆的目标跟踪、智能电网关键基础设施的保护和控制，以及航空和机器人等应用的远程控制和过程自动化都很重要。

这些好处可能有助于在汽车行业中更多地使用边缘应用程序。非安全关键的功能应用，例如信息娱乐和智能交通管理，可能会开始从终端或云端转移到边缘。最终，5G连接可以减少延迟，使某些安全关键功能可以开始通过边缘基础设施得到增强，而不仅仅是依赖于机载系统。

目前大多数汽车应用程序都倾向于只依赖于云、边、端的其中一个。未来，他们可能会将边缘计算与端或云处理相结合，以提供更高的性能。例如，智能交通管理系统可以利用外部数据（例如，其他车辆的遥测数据、实时交通监控、地图和相机图像）增强车辆的传感器数据，从而改善车载决策。数据可以存储在多个位置，然后由交通管理软件融合。与安全相关的最终决定将在车辆上做出。最终，可能需要跨车辆、边缘基础设施和云管理大量实时和非实时数据，以实现高级功能。因此，边缘和云之间的数据交换必须是无缝的。

03、不断变化的行业动态和新的机遇

不断发展的汽车价值链将为行业内和外部技术参与者提供许多新的机会。到2030年，网联汽车应用创造的总价值可能超过5500亿美元，而2020年约为640亿美元（图5）。

互联性的增加为整个汽车价值链的参与者提供了改善运营和客户服务的机会。以汽车的预测性维护为例，售后市场的维护和维修现在主要包括遵循固定的间隔维护计划或反应性维护/维修。在特定时期内需要维修的车辆数量很少可见，这导致了服务调度、更换部件订购和库存等方面的效率低下。利用远程汽车诊断技术进行预测性维修，可以为OEM和经销商提供启动和管理维修流程的机会，从而改善流程。

先进网联汽车应用的推出速度在很大程度上取决于5G和边缘计算的可用性。多种因素汇聚在一起加速了这一进程。由于消费者和行业应用的激增，对这些关键功能的需求正在上升。在短期内，可以通过增强4G现有服务来产生价值，包括导航和路由、智能停车、集中和自适应交通控制，以及对司机、乘客或座舱的监控。

我们预计，更大的5G和边缘技术的可用性可能会扩大新兴应用的列表（技术上和财务上），以指数方式提升边缘价值。展望2030年，我们估计约30%的价值可能由5G和边缘实现（2020年为5%），这与我们关于先进连接的跨部门报告基本一致。 传统参与者进入邻近领域，以及来自传统上不在汽车价值链中的行业的新参与者，如通信系统供应商（CSPs）、超大规模计算企业和软件开发人员，都可以加速价值创造。英特尔、英伟达和台积电等厂商都在增加汽车软件功能，从而带来更大的协同效应和垂直整合效益。除了加速价值创造之外，新进入者可能会争夺更大份额的总价值。

预计汽车硬件价值链将根据OEM的类型而分化。传统汽车制造商及其价值链预计将继续基于现有能力发挥完善的硬件开发作用。汽车、零部件、设备和用于从汽车到云的各种应用程序的芯片可能继续主要由专门生产这些的公司生产。非传统或有发展潜力的汽车厂商可以与老牌汽车整车厂合作开发汽车平台，并利用整车厂的服务或Magna Steyr等合同制造商的服务来完成传统的价值链。

老牌企业可能会寻求通过扩大核心业务、提升技术栈或扩大价值链来增加市场份额。例如，为汽车原始设备制造商创造先进的芯片组是半导体制造商的核心业务，但他们也可以通过提供终端和边缘软件系统或为汽车原始设备制造商提供以软件为中心的解决方案来获取额外的价值。同样，为了获取额外价值，超大规模计算企业可以创建终端用户服务，例如为汽车OEM厂商提供的信息娱乐应用程序或为合同制造商提供的软件平台。

04 、新兴生态系统原型

当玩家采取战略行动去提升自己在市场中的地位时，我们便能够期待着两种类型的玩家生态系统的形成。在一个封闭的生态系统中，成员资格受到限制，专有标准可能由单个参与者定义，就像大众汽车一样，也可能由一群原始设备制造商定义。任何公司都可以加入的开放生态系统，通常支持一套民主化的全球标准，并向共同的技术堆栈演进。在极端的例子中——存在公共接口和真正开放的标准——每个参与者可能都在自己的领域，专注于自己的核心能力。 混合生态系统也将存在。遵循这种模式的玩家应该在系统的基础上混合使用开放和封闭的元素。例如，这可能适用于具有特定专业知识或核心能力的整车厂和价值链供应商的系统。

表6描述了每种生态系统模型的优缺点。

05 、价值链动力学

新兴的网联汽车价值链中的公司为五个领域开发产品：道路和物理基础设施、车辆、网络、边缘和云。对于每个域，公司可以提供软件服务、软件平台或硬件（图7）。

随着汽车连接的发展，我们预计硬件和软件将会脱钩。这意味着硬件和软件可以独立开发，每个都有自己的时间轴和生命周期。这一趋势可能会鼓励原始设备制造商和供应商共同定义技术标准，并可能加快创新周期和上市时间。大型跨国半导体公司已经证明，通过硬件和软件开发的解耦和并行化，开发时间可以减少40%。此外，支持这种分离的目标架构具有强大的中间件层，为半导体部门创造价值提供了另一个机会。该中间件层可能由至少两个相互链接的域操作系统组成，它们可以处理各自域的解耦。硬件和软件的脱钩是汽车创新的一个关键方面，它使产品的差异化能力大大倾向于软件。

新的机会。在软件层，公司可以通过几种不同的方式获得价值。在开放的生态系统中，参与者将广泛采用具有相对公共接口的互操作性标准。在这种情况下，公司可能会保持在其传统领域内。例如，半导体厂商可能专注于跨领域和栈层为特定客户生产芯片组，原始设备制造商专注于汽车系统，而CSP则专注于连接层，可能还会专注于边缘基础设施。类似地，超大规模计算企业可能会从云/边缘服务中获取价值。 相比之下，在封闭的生态系统中，公司可能会定义专有的标准和接口，以确保与成员技术的高水平互操作性。例如，在一个封闭的生态系统中，原始设备制造商除了为车辆创建软件服务和平台外，可能还会开发分析、可视化功能，以及专门为自己使用的边缘或云应用程序。汽车差异化的来源可能包括即插即用功能的信息娱乐功能、传感器融合算法等自动驾驶功能和安全功能。

虽然软件是创新的关键推动者，但它引入的漏洞可能会给原始设备制造商带来昂贵的影响，使网络安全成为优先考虑的事项。5G和边缘基础设施结合起来，可能为管理与预防安全事件提供更大的灵活性。

硬件厂商可以利用他们的专业知识来提供先进的软件平台和服务。例如，英伟达已经进入了高级驾驶辅助系统（ADAS）的市场，并通过大量的软件产品来补充其片上系统AI设计能力，这些软件覆盖了整个自动驾驶堆栈——从操作系统和中间件到感知和轨迹规划。

一些公司也在转向不同的堆栈层。以华为为例，该公司传统上是一家网络设备供应商和消费级电气和电子（E&E）设备的生产商，以及边缘和云基础设施的制造商。目前，该公司的目标是各种车辆堆栈层，包括基础车辆操作系统、E&E硬件、汽车专用E&E、软件和电动汽车平台。未来，华为可能会针对边缘和云领域开发车辆、监控传感器、人机界面、应用层以及软件服务和平台。

06 、汽车价值链上的新机遇和新战略

汽车连接性的提高将为半导体公司和汽车价值链上的其他公司带来无数机会。在所有领域，他们都可以从成为解决方案提供者中受益，而不是只专注于软件、硬件或其他组件。当他们向前迈进并试图获取价值时，公司可能会从重新审视其核心战略的要素中受益，包括他们的能力和产品组合。 半导体公司 与物联网和数据中心一样，汽车半导体市场是全球半导体行业中最有前途的细分市场之一。将自己从硬件制造商转变为解决方案提供商的半导体公司可能会发现更容易将自己的业务与竞争对手区分开来。例如，他们可能通过开发针对其系统架构优化的应用软件来赢得客户。半导体公司也可以在编配层找到新的机会，这可能使他们能够平衡端、云和边缘计算之间的侧重。

当半导体公司审查他们目前的产品时，他们可能会发现他们可以扩大他们的软件业务，并生产更多的特定用途的芯片，如先进的驾驶辅助系统的微控制器，智能座舱和电源控制系统，通过利用他们在汽车行业和边缘和云计算方面的经验，大规模生产。除了软件之外，半导体公司可能还会找到多种机会，包括与计算能力更高的更先进节点和效率更高的芯片组相关的机会。 半导体公司可以通过与高度关注汽车应用的超大规模计算企业和边缘技术企业建立战略伙伴关系，来利用其边缘和云能力。 一级供应商 一级供应商可以考虑集中精力，使其成为“0.5级”系统集成商。另一个重大转变是，他们可以利用现有的能力和资产为新车开发操作系统、ADAS、自动驾驶和人机界面软件。

为了生产汽车计算生态系统中新兴的产品，一级供应商可能会考虑招聘能看到更大前景、能够更好地设计出符合终端用户期望的产品的全栈员工。他们也可以考虑把重点放在低成本国家和高增长市场上，这些市场有价格差异化、定制化或规格较低的产品，这些产品已经在高成本经济体中得到了检验。 原始设备制造商 原始设备制造商可以利用5G技术，通过将业务和伙伴关系模式转向服务解决方案，从而利用颠覆性优势。他们还可以利用现有的资产和能力来构建封闭或开放的生态系统应用程序，或者专注于高质量的合同制造。主要的OEM高增长产品可能包括与移动性、共享移动性和电池相关的服务模式。在寻求与其他新的和现有的价值链参与者的合作时，原始设备制造商需要记住两件事：填补人才和能力的差距（例如，在芯片开发方面），有效地管理多样化的投资组合。

CSP CSP必须保持网络投资与汽车价值链的发展同步，以确保充分的5G/边缘服务可用性。为此，他们可能需要与进入这一领域的汽车OEM或超大规模计算企业建立合作关系。为了达到最佳效果，CSP将确保其核心连接资产能够满足V2X应用需求，并创建支持高度自动驾驶的路线图。然而，对于CSP来说，连接性本身只占整体价值的一小部分，公司将从扩大其产品组合中受益，包括基于边缘的基础设施即服务和平台即服务。

超大规模计算 超大规模计算企业可以通过快速行动，与各种价值链参与者合作，测试和验证跨领域的优先用例，从而取得进展。他们还可以与行业参与者建立合作关系，在其核心云和新兴边缘领域推动特定于汽车的标准。为了确定他们所有的潜在机会以及最有吸引力的机会，公司应该首先分析他们现有的资产和能力，比如他们现有的云基础设施和服务。他们还将受益于调整他们的云和边缘产品组合，或扩展云可用性区域，覆盖V2X用例推出和现实测试的领先位置。如果超大规模计算企业想要在汽车价值链中增加他们的云和边缘产品，他们可以考虑一系列的合作伙伴关系，比如与原始设备制造商进行测试和验证。

5G和边缘计算的好处是真实的，而且很快就会到来，但没有哪一家公司能独自做到这一点。如今，许多汽车公司的技术路线图中并没有明确指出已经出现的大规模机遇，也不是每个人都在抓住它们。 建立伙伴关系和生态系统，将网联汽车推向市场并获取价值是至关重要的，一些半导体公司已经在与原始设备制造商和价值链上的其他企业建立牢固的关系。汽车行业的ACES趋势发展迅速，半导体公司必须迅速行动，寻找机会，完善现有战略。这些努力不仅有助于提高他们的利润，还可以让一级汽车制造商和原始设备制造商缩短产品和服务的上市时间，这将加速智能汽车的采用——这对所有人都有利。

审核编辑：郭婷