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编者按：本文为麦肯锡（mckinsey）报告，新智元编译
原文标题：Advanced driver-assistance systems: Challenges and opportunities ahead
作者：Seunghyuk Choi、FlorianThalmayr、Dominik Wee和Florian Weig
半导体公司可以将ADAS应用带入到一个新的层次，但前提是他们要做好迎接变革的准备。
高级驾驶员辅助系统（ADAS），主要用于监视、预警、刹车以及导向等任务，其需求预计将在未来十年保持增长，保护驾驶员并减少事故的安全措施既有法规方面的要求，又有消费者的关注，二者正是这一增长的主要推动力。举例来说，欧盟和美国均强制性要求所有机动车在2020年前配备自主紧急刹车系统和前方碰撞预警系统。一项最近的麦肯锡调查也显示汽车购买者对于那些提供了辅助驻车系统或后方盲点监视之类的功能，舒适性和经济性并重的ADAS系统越来越感兴趣。
尽管ADAS应用尚处在发展初期，原始设备制造商（OEM）及其供应商已经意识到这些应用可能会最终成为决定汽车品牌差异化的主要功能，并能成为他们重要的创收来源。今天ADAS系统所采用的技术亦可被应用于制造无人驾驶车辆，而这一领域恰恰是OEM厂商和包括Google在内的新近进入汽车领域的高科技公司所共同关注的研发焦点。如果无人驾驶汽车上市，那么先行采用了ADAS技术的车辆将处于有利地位。
许多半导体公司，包括那些传统上并未涉足汽车领域的公司，现在都在提供ADAS产品或者正在开发这类产品。然而对于这些新技术，还存在着很大的市场不确定性，其中的一个因素是，让电脑控制或辅助控制导向等重要驾驶功能对于这样的先进技术消费者会作何反应？在本文的第一部分，我们将探讨一些有关ADAS最为迫切的问题，涉及未来的需求、技术挑战以及竞争格局等问题。本文的第二部分将从半导体公司的角度审视ADAS，探讨公司如何通过将其解决方案拓展到硬件以外的领域、与OEM厂商直接合作以及依靠安全和防护功能让自己的技术获得差异化竞争优势，从而获得更高的收益。
尽管ADAS技术有着改变汽车行业的潜力，但是根据多方测算，这一领域目前的年销售额大概在50亿到80亿美元之间，这样的规模与其他汽车系统相比还很不起眼。例如，2015年车载音响和资讯系统的销售额大约在300亿美元的规模，而车内环境调节系统则大约是600亿美元。造成这个问题的部分原因在于许多ADAS应用技术目前还处在调试阶段或者尚未上市；而另外一些方案则价格昂贵主要应用于高端车型上。但是抑制需求的最重要原因之一可能是缺乏消费者认知度。在麦肯锡最近对五个国家的4500名汽车购买者进行的在线调查显示，许多受访者对ADAS技术并不熟悉，只有很少的购置车辆配备了这项技术（图1）。对于这项调查结果有理由持乐观态度，因为数据显示对于那些购买了配置ADAS系统的买家，再次购买率非常高，达到了87%到89%。这表明一旦消费者了解了ADAS系统，他们会优先选择配置了这些功能的车型。
图1：许多汽车购买者对高级驾驶员辅助系统尚缺乏了解
1.来自中国、德国、日本、韩国以及美国的4500位汽车购买者参与了这项在线调查。
2.从消费者决策流程的一个阶段转换到下一个阶段的购买者百分比
3.所有近期汽车购买者中达到某一特定决策阶段的百分比。由于取整的原因，数字相加可能与总数不一致。
4.包括表示一定会购买或可能会购买带有ADAS功能的汽车的购买者。
来源麦肯锡公司-来源：2015麦肯锡联网汽车问卷调查。
尽管不同的行业专家对于2015ADAS市场的销售额和增长持不同的观点，但是多数人预计从2015至2020年这一领域的年增长率将超过10%。例如，一位著名的分析师预测在此周期中增长率将达到16%，而另一位分析师则预测增长率将达到29%（图2）。这意味着这一领域将享有汽车及相关行业的最高增长率。但是即便该技术正在趋向于成为标配，汽车的基本价格将继续保持相对稳定（复合年增长率大约为1%），半导体公司和其他供应商将面临OEM厂商和客户希望ADAS的成本保持低位的压力。因此，我们预测ADAS销售额的增长将以落后于出货量增长率的速度增长。
图2：一直到2020年高级驾驶员辅助系统可望呈现出强劲的增长势头。
高级驾驶员辅助系统的全球销售额预测，单位：十亿美金
1.包括自动紧急刹车系统、自适应巡航控制、前方碰撞预警、车道偏离预警、驻车辅助系统、后方监视系统、夜视系统、驾驶员监视系统（如疲劳驾驶）以及交通信号识别系统。
2.还包括自适应前灯和平视显示器。
3.多方测算表明2015年的销售额将在50亿到80亿美元之间。
4.Strategy Analytics和TechNavio用于推导出2020市场规模的2018-19复合年增长率
5.由于取整的原因，数字相加可能与总数不一致。
麦肯锡公司|来源：IHS、SBD、StrategyAnalytics、TechNavio;麦肯锡分析报告
一个可能影响ADAS上升的因素是这项技术的发展速度。尽管近些年半导体公司和其他厂商已经取得了重要的进展，但是需要改进的空间依然很大。例如，前方碰撞预警系统在车辆高速行驶时识别物体依然十分困难。如图3所示，一个典型的ADAS方案需要集成许多项技术，但是目前面临最多挑战的四大技术是：处理器、传感器、软件算法和地图。
图3：在高级驾驶员辅助系统中的四大控制点对于无人驾驶和区别产品性能方面最为关键。
联网：车辆间以及车辆与基础设施间的互联网连接（数据云）。
执行机构：根据计算结果快速动作。
地图：存储和更新地理及基础设施信息
处理器（ECU/MCU）：处理决策所需的数据
传感器：感知外部数据
中间件：软件算法
电子控制单元（ECU）和微控制单元（MCU）对于包括无人驾驶在内的多数ADAS方案都是基本的部分。ADAS系统要想发展，处理器需要更高的性能，而实现方式可以是多核架构和更高的运行频率，还有更低的能耗需求。
这些设备负责采集车辆周围环境的信息，例如，行人和正在驶来的汽车。多数设备的测量范围和信号带宽都是有限的，这就让区分“有用信号”（例如，路上的障碍物）和系统“干扰”十分困难。而传感器要想在雨天和雾天这样的非理想环境下追踪移动物体就更为困难了。
许多业界厂商正在尝试改善某一单独种类的传感器。他们同时也在尝试通过更好的传感器融合优化系统性能，即协同使用来自多种传感器的数据。在硬件方面，传感器之间的通讯是个重大挑战，因为这需要更高的带宽以及避免网络过载的解决方案。
厂商们正在通过优化分区和系统架构的分布方式来解决这一问题。在软件方面，图像和非图像数据的融合更加具有挑战性。一些OEM厂家和第一层供应商正在与学术机构合作解决这一问题，例如，戴姆勒公司正在与卡尔斯鲁厄理工学院和乌尔姆大学进行合作。
现今传感器有限的功能和高成本可能是ADAS继续发展的最大限制。不过，许多公司在这两个方面都取得了进展。一个例子是，Mobileye和许多新兴公司都在试图改进基于摄像头的解决方案，这种技术传统上在暴风雨天气或其他能见度较低的环境下识别障碍物都存在困难。如果基于摄像头的解决方案能够在功能上赶上雷达和激光雷达，则将因其低廉的成本而主导ADAS市场。而同时采用激光和摄像头的一体式解决方案也可能会很流行，因为这样的解决方案比只采用雷达或激光雷达的解决方案便宜。这是一个很重要的进展，因为专家相信只有当业界拥有一种与其他传感器完全集成的经济型激光雷达系统时，半无人驾驶才可能成为现实。
运行在ECU和MCU上，算法负责使用来自传感器的输入数据实时合成车辆周围的环境信息（在传感器已经完成的处理之上并进一步进行处理）。随后算法将向驾驶员提供输出信息或者指示系统将如何主动干预车辆的控制。这将需要一些最为复杂的车载软件集成，因为算法指定的诸如采取紧急刹车之类的操作对于确保安全极为关键。
为了配合传感器融合应用，业界将从运行在一个单一ADAS专用ECU上的嵌入式软件过渡到运行在一组集中式ECU或MCU上的多个软件平台。为了适应传感器融合算法的灵活集成，这些软件平台将更加抽象化。业界厂商正在重点开发此类的算法，以便更加精确地合成传感器数据并更加有效地进行处理，因为这将避免数据过载或延缓。另一个需要优先解决的问题是创建各种算法，在各种不同的环境下，如周边出现两车碰撞时，实现更加安全的车辆导航并更加准确地预测所有可能的人类行为（包括潜在的非理性反应）。
当不在GPS覆盖区域时，如在隧道中行驶时，详尽准确的地图系统有助于避免事故。这些系统还存储着地理和基础设施的信息，可自动进行更新，并能与车载传感器进行通讯确定汽车的准确位置。汽车行业的OEM厂商和其他厂商都在寻找建立和维护地图的低成本方式。一些最新的解决方案包括部署配备了3D激光和360度高分辨率摄像头的“地图测绘车”。地图开发厂商还在尝试利用来自FedEx等商业车队上的传感器数据以及来自驾驶员的GPS数据。
许多厂商都意识到在未来五年中立法机构将要求车辆安装特定的ADAS装置，同时他们也希望为把握未来的增长机会而做好准备。这样的举动将为汽车行业带来前所未有的变革。首先，更有实力的高科技公司，包括半导体厂商，即便以前并未涉足过汽车行业，也正在积极地追逐ADAS机会。例如，英特尔、NVIDIA、松下、高通、三星和索尼等公司都在追逐这样的机会，包括与传感器有关的机会、ECU和MCU、系统、芯片上的系统等领域。不仅如此，许多新兴的公司高科技和汽车行业的中小公司都正在努力获取市场份额。这些公司包括GestureTek、Hawk-EyeInnovations和IntelliVision，这些公司都在图像处理领域和计算机影像领域有所专长。
另一类积极的参与者则是OEM厂商，他们曾经是汽车领域创新的主力军，现在他们则更愿意与在开发ADAS系统上拥有技术优势的半导体公司和其他第二层供应商合作。类似的，第一层和第二层的供应商也都在积极地寻求购并机会以确保其能够拥有ADAS所需的所有能力，包括软件能力。
半导体公司已经从ADAS领域获得了一些有限的销售额，在2015年不到20亿美元，这虽然与汽车电子系统上290亿美元的销售额相比还显得微不足道，但是这一领域可望取得快速增长。为了能够把握住全部的价值，半导体公司必须选择参与竞争的适当领域、方式和时机（换而言之，他们必须决定自己是充当先行者还是快速跟进者）。
这可能需要他们重新审视其专注在硬件上的产品定位，因为延伸到软件领域将带来更多的机会，同时还需要他们制定出与OEM厂商合作的新型战略。当市场进入更为快速的增长阶段，那些快速做出反应并成为ADAS厂商的公司可能会获得最大的收益。
我们采用了一种综合考虑各种不同因素的模型来研究半导体公司截至到2025年的ADAS硬件机会，其中考虑到了预期终端市场采用的因素以及系统和组件的价格侵蚀因素。我们发现总体销售额将保持稳定增长，到2025年将达到46亿至53亿美元。驻车辅助系统可能为半导体厂商带来最大的销售额，随后是自动紧急刹车系统、自适应巡航控制系统和前方碰撞预警系统。对于系统组件，如图4所示，最佳机会出现在处理器领域（预期将创造占总销售额37%的收入）和光学半导体（20%）领域。
图4：对于半导体公司，处理器和光学半导体预计将在2025年构成ADAS领域的大部分硬件销售额。
1.由于取整的原因，数字相加可能与总数不一致
2.自动紧急刹车、自适应巡航控制和前方碰撞预警。
3.包括后方监视系统和交通信号识别系统等
由于处理器和传感器预计将占据销售额的大部分，因此半导体公司不妨考虑通过提供有特色的产品在这些领域参与竞争。虽然硬件依然占据了销售额的主要部分，但作为补充，半导体公司仍可以通过将产品方案延伸到软件和算法领域从而获利。
处理器的改进。那些在消费电子、移动设备、数据处理等近似领域拥有经验的厂商，可能在改进处理器的性能这一最具卖点的领域处于有利地位。这是因为将快速的处理器应用在非常小的细分领域上，这需要在研发和制造上投入巨大的资金。单凭汽车市场本身的销售业绩无法负担这样规模的投资，因此半导体公司可能需要同时从其他领域获得合理的投资回报。不仅如此，在近似领域有相关经验的厂商可能能够将他们的一些现有产品加以改进就应用到ADAS领域从而缩短研发周期。例如，NVIDIA公司将其最初开发用于游戏设备、智能手机和平板电脑的Tegra平台加以改进用于汽车系统上。
传感器的改进。现有的传感器种类很多，但是有三种对于ADAS领域非常重要。
第一种也是最经济的选择是采用光学传感器并基于摄像头的解决方案。这些传感器的用途非常多可以用在非常广泛的ADAS功能上，但是它们的局限在于很容易受到不良天气状况和环境的影响。光学传感器和基于摄像头的解决方案还需要非常复杂的软件算法来识别行人和其他车辆等物体。
第二个类别是激光雷达系统，这种方案使用一种扫描激光来生成环境的3D图像。与光学传感器不同，激光雷达对于气候条件并不敏感并且可以直接提供车辆周围物体的位置。但是具备最大扫描范围（车辆各个方向上的100米距离）的激光雷达系统非常大通常需要外置安装。尽管在过去十年间价格已经从数万美元下降至1万美元以内，但是这些设备的部署费用依然太高，要想在ADAS领域获得应用仍需进一步的降价。扫描范围比较有限的激光雷达系统，例如，探测一个方向上十米以内的障碍物的系统，已经集成到了一些车辆上。例如，大陆公司提供短程激光雷达已经有一段时间了。
最后，ADAS还经常会集成使用范围从20到80GHz电磁波的短程或长程雷达确定物体的距离、速度和方向。这些传感器在恶劣的天气条件下相比于其他类型的传感器能够更好地工作，但是它们通常在测量距离和角度上有所局限。例如，长程雷达可以探测最远达250米外的障碍物，但是测量角度非常窄。因此，自适应巡航控制系统往往会将长程雷达与测量角度更宽的短程雷达配合使用。
尽管传感器所产生的销售额不及处理器，但是半导体公司可能会更倾向于这一领域，因为规模对于传感器相对没有那么重要，而且这一领域也更易于细分产品。事实上，由于在不同ADAS用途中需要的传感器性能级别和信号处理能力都不同，很多传感器都需要针对不同用途进行专门设计。对于传感器，半导体公司如果在近似行业拥有经验将处于有利地位，例如，在消费电子市场上有互补性金属氧化半导体图像传感器的研发经验，因为这将有利于产品的开发。在改进产品时的一大挑战是定制产品来满足特定的汽车需求，包括用于安全用途。
进入软件领域可能会比较困难，因为半导体公司往往在软件领域缺乏专长。为了竞争，他们也许需要在内部发展软件专长或者通过与具备必要能力的相关厂商进行购并来达到这一目的。
半导体公司应当考虑将非半导体产品与硬件进行捆绑，这既包括软件（例如，驱动程序、操作系统应用以及编码器等），也包括用于实时处理传感器数据的算法。这样的捆绑可能会比改善内存或中央处理器性能这样的纯硬件改进带来更多的附加值。并且，半导体公司还可尝试提供更多的模块或集成解决方案，例如，芯片上的系统。OEM厂商可能会倾向于包括软件、通过单一组件实现的解决方案这样的模块或集成解决方案，因为这样的解决方案能够提供更好的性能，节省实施成本，并且可以减少他们对第一层供应商的依赖性。
汽车市场的变革为半导体公司带来了新的机遇，但是同时其竞争也必将是十分激烈的。三个因素对于赢得市场份额非常关键：与OEM厂商的稳固关系，与价值链上其他厂商的合作，在安全和防护功能上的产品特色。
与OEM厂商的稳固关系。尽管OEM厂商早已非常依赖于第一层供应商提供创新型组件，他们还是非常愿意在ADAS开发中充当更为主动的角色的。事实上，OEM厂商最终会成为主导方，因为运行在完全无人驾驶的车辆上的各种系统必须密切协同工作。如果OEM主导ADAS的开发，那么他们将获得从不同第一层供应商中选择最佳子系统（包括传感器和通用控制系统）的自主性，而不必依赖于单一的供应方。主导ADAS的开发还有利于确保OEM厂商无论是在有人还是无人驾驶的车辆上更好地实现不同于竞争对手的产品功能。
开发出创新型ADAS技术的需求促使OEM厂商与第二层供应商更加密切地开展合作，因而让这些供应商在车辆的设计和制造过程中充当更加重要的角色。OEM厂商的具体协作需求会因公司和用途不同而不同，因此半导体公司应当准备好提供不同类型的支持。例如，他们可能会积极帮助OEM进行集成，辅助定制集成系统的开发，或者为系统性能的优化提供支持。
能够与OEM厂商建立稳固关系的半导体厂商将会处于有利地位，而那些能够在靠近其合作伙伴的地点提供或外派现场工程师的厂商也将处于有利地位。公司还可通过在行业展览上展示他们的能力或者上门为OEM厂商提供开发支持建立新的合作关系。
贯穿供应链的多重合作。众多非传统汽车厂商和中小企业现在也在试图在ADAS领域获利。半导体公司可以与这些厂商寻求多重合作，即使他们可能是竞争对手或者客户。例如，他们可以通过与在汽车领域有着丰富经验的杰出软件厂商建立合作关系来作为其硬件知识的补充。在一些情况下，两个或多个半导体公司可能会开展合作。例如，RenesasElectronics在娱乐信息和ADAS领域与超过150家公司有着合作关系，其中就包括了其他半导体厂商。通过与多家厂商合作，半导体公司可能开发出更高质量的解决方案，让他们有别于竞争对手的产品。他们还可节约成本，优化资源的使用并缩短上市时间。一方面很多半导体公司可能会选择与有实力的现有厂商合作，他们同时还可考虑与能够提供强大解决方案的新兴企业合作。
在安全和防护功能上独树一帜。ADAS技术已经对安全性有着很高的要求，并且随着各种应用对车辆的主动控制越来越强，这些要求还会越来越高。事实上，很多未来的ADAS技术将会达到汽车安全完整性等级D，组件或系统在出现故障的情况下如果有致伤或致死的危险将无法获得这一等级的认证。ADAS的防护要求也是最高级别的，因为一旦黑客入侵导向、刹车或其他车辆功能，其结果可能是灾难性的。在定位、开锁和启动车辆等非ADAS汽车系统上已经有了一些非常著名的黑客攻击案例。
最近有关联网汽车的麦肯锡报告印证了消费者对于ADAS无人驾驶汽车产品安全性的担忧。当被问及无人驾驶，几乎半数的受访者都表达了对于控制车辆的电脑的不信任，38%的人表示了对黑客攻击的担忧。不过，有超过半数的受访者表示如果能够消除他们的顾虑，他们将愿意使用无人驾驶的车辆（图5）。
图5：尽管对于无人驾驶有所保留，有超过半数的受访驾驶员表示如果能够消除他们的顾虑，他们会选择使用这一技术。
1.基于对于中国、德国、日本和韩国汽车购买者（n=3500）的问卷调查；在发表之时，来自美国受访者对此问题的数据尚无法获得。
麦肯锡公司|来源：2015麦肯锡联网汽车问卷调查
由于安全和防护问题可能会叫停ADAS市场，对于半导体公司，熟悉汽车安全完整性级别风险分析手段并在产品开发的早期加以运用，进而消除任何潜在的组件或系统级别的故障，将非常有好处。随着产品开发的进行，半导体公司可能需要进行广泛的测试，评估ADAS组件和整个系统在不同环境和操作条件下的安全性。
无人驾驶需要依靠云数据、车辆间通讯以及车辆与基础设施之间的通讯支持。因此，ADAS系统必须直接链接到车辆的通讯模块才能实现完全的无人驾驶。尽管这些模块有着内在的安全连接，额外的保护措施仍有必要。高级硬件防火墙，集成网络级别的防护元素（例如，加密芯片）以及对虚拟化技术的支持，也都是半导体公司让产品在防护方面实现差异化的机会。
一些半导体公司在进入ADAS市场上犹豫不决，因为该技术尚未成为主流。尽管他们的顾虑情有可原，我们的调查显示尽早进入会带来长期的好处。
先行者将有机会塑造整个行业，例如，帮助建立技术标准或者定义基础系统设计构架。并且较早确立其ADAS技术知识产权的公司可能有机会长期收取专利费用，就像Bosch公司在创立控制器区域网络总线系统时那样，该系统在很多年的时间里都是汽车行业的标准。由于ADAS技术解决方案的数量有限，快速的跟进者可能会发现最佳的思路都已经申请了专利。那些试图开发创新解决方案的厂商也不得不遵从由早期厂商所制定的技术标准和系统架构，即便这些标准和架构对于他们自己的产品并非最优。想想在电信行业的情形吧，高通公司作为先行者，成功地将其很多自有技术加入到了无线通讯领域的LTE标准。其他公司现在都必须遵从这些标准，而高通公司则为其技术收取专利费用。
从客户群体和行业的角度考虑尽早进入也是有意义的。OEM厂商目前需要筛选其供应商并对供应商划分优先级别，由于汽车设计的周期漫长，因而当销售量增长时先行者可能会处于获利的有利地位。由于OEM厂商和第一层供应商可能会在他们开发完全无人驾驶的下一代车型（此类车型可望在2025至2030年间获得更大的市场）时依然选择可靠的知名供应商，先行者也会因此获得长期的优势。这并非断言快速跟进者无法取得成功，只是与那些较早开始积极追踪ADAS机会的厂商相比，他们可能会面临更多的困难并且获利相对较少。
ADAS应用可能代表了汽车领域下一个重要商机，而半导体公司处于把握这一机会的有利地位。他们一向为OEM厂商看重的技术专长将比以往更加重要，特别是当他们可以提供能够改善系统级能力的组件和解决方案时。但是对半导体公司同样重要的是，通过扩展软件和集成能力并且制定与OEM厂商和整个价值链上各厂商的新型合作战略来改进其传统的业务模式适应这一领域的需要。那些在目前ADAS市场尚处于发展初期时就果断采取行动的公司将可能脱颖而出成为赢家。
作者介绍
Seunghyuk Choi是麦肯锡首尔办公室的副主管
Florian Thalmayr是慕尼黑办公室的咨询顾问
Dominik Wee是慕尼黑办公室的主管
Florian Weig是慕尼黑办公室的董事
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