導 讀

 

百年汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷大變革時(shí)代，汽車(chē)向電動(dòng)化、智能化轉化是大勢所趨，根據海思在2021中國汽車(chē)半導體產(chǎn)業(yè)大會(huì )發(fā)布的數據，預計2027年汽車(chē)半導體市場(chǎng)總額將接近1000億美元。而我國作為汽車(chē)制造大國，同樣對汽車(chē)半導體需求旺盛，預計到2025年市場(chǎng)總額將達到137億美元。

 

分開(kāi)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)化方面，汽車(chē)電動(dòng)化最受益的是功率半導體，尤其是IGBT，預計到2025年全球新能源汽車(chē)IGBT規模接近40億美元，中國達22億美元。

 

智能化方面，當前汽車(chē)智能化處于0-1階段，自動(dòng)駕駛、智能座艙等對汽車(chē)感知器件、運算能力、數據量需求日益提升，汽車(chē)控制芯片、存儲芯片、模擬芯片、傳感器成長(cháng)空間廣闊。

 

展望未來(lái)，功能集中已然成為汽車(chē)芯片行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著(zhù)汽車(chē)進(jìn)入了電動(dòng)化+智能網(wǎng)聯(lián)的時(shí)代，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能化、自動(dòng)駕駛四個(gè)領(lǐng)域趨勢帶來(lái)了新的半導體需求，也為國內新進(jìn)芯片企業(yè)進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域帶來(lái)全新的產(chǎn)業(yè)機遇。

 

1.汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)鏈剖析

 

汽車(chē)芯片的產(chǎn)業(yè)鏈中，上游一般為基礎半導體材料(硅片、光刻膠、CMP拋光液等)、制造設備和晶圓制造流程(芯片 設計、晶圓代工和封裝檢測)；中游一般指汽車(chē)芯片制造環(huán)節，包括智能駕駛芯片制造(GPU芯片、FPGA芯片、ASIC  芯片)，輔助駕駛系統芯片制造(ADAS芯片)、車(chē)身控制芯片制造(MCU芯片)等；下游包含了汽車(chē)車(chē)載系統制造、車(chē)用儀表制造以及整車(chē)制造環(huán)節。

 

 

上游：半導體材料和設備是產(chǎn)業(yè)鏈基石 

 

半導體材料和設備是半導體產(chǎn)業(yè)鏈的基石。在國家鼓勵半導體材料國產(chǎn)化的政策導向下，本土半導體材料廠(chǎng)商不斷提升半導體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導體廠(chǎng)商的壟斷格局。中國半導體材料市場(chǎng)規模逐年增長(cháng)，預 計2022年中國半導體材料市場(chǎng)規模將達127億美元。而硅晶圓作為制造芯片的基本材料，在產(chǎn)業(yè)中同樣扮演著(zhù)舉足輕重的地位。預計2022年，我國晶圓制造行業(yè)市場(chǎng)規 模將超3000億元的市場(chǎng)規模。同時(shí)，芯片設計行業(yè)已經(jīng)成為國內半導體產(chǎn)業(yè)中最具發(fā)展活力的領(lǐng)域之一，預計2022 年，市場(chǎng)規模將達4765.2億元。

 

中游：汽車(chē)芯片制造為重要一環(huán)

 

從市場(chǎng)規模來(lái)看，在汽車(chē)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的影響下，汽車(chē)芯片市場(chǎng)整體呈現增長(cháng)趨勢。根據海思在2021中國汽車(chē)半導體產(chǎn)業(yè)大會(huì )發(fā)布的數據，2021年全球汽車(chē)半導體市場(chǎng)約為505億美元，預計2027 年汽車(chē)半導體市場(chǎng)總額將接近1000億美元，2022-2027年增速保持在30%以上。而我國作為汽車(chē)制造大國，對汽車(chē)半導體需求旺盛，預計到2025年將達到137億美元，年均復合增長(cháng)率達3.03%。

 

 

根據Strategy Analytics數據，在傳統燃油車(chē)中，MCU價(jià)值占比最高，達到23%；其次為功率半導體，達到21%；傳感器排名第三，占比為13%。而在純電動(dòng)車(chē)型中，由于動(dòng)力系統由內燃機過(guò)渡為電驅動(dòng)系統，傳統機械結構的動(dòng)力系統被電動(dòng)機和電控系統取代，致使功率半導體使用量大幅提升，占比達到55%，其次為MCU，達到11%；傳感器占比為7%。

 

 

MCU：汽車(chē)ECU核心

 

MCU（Microcontroller Unit）即微控制器，也被稱(chēng)為單片機，是將計算機所包含的CPU、存儲器、I/O 端口、串行口、定時(shí)器、中斷系統、特殊功能寄存器等集成在一顆芯片上，將其應用在不同產(chǎn)品里，從而實(shí)現對產(chǎn)品的運算和控制。車(chē)載MCU是汽車(chē)電子控制單元（ECU）的核心部件，負責各種信息的運算處理，主要用于車(chē)身控制、駕駛控制、信息娛樂(lè )和駕駛輔助系統。

 

汽車(chē)電子化程度的加速驅動(dòng)MCU市場(chǎng)需求的增長(cháng)，汽車(chē)端成為全球MCU最大的應用市場(chǎng)。通常汽車(chē)中一個(gè)ECU負 責一個(gè)單獨的功能，配備一顆MCU，也會(huì )出現一個(gè)ECU配備兩顆MCU的情況，而與傳統燃油車(chē)相比，新能源車(chē)豐富功能提高，對MUC性能、功耗、數量的需求都有所提升。

 

 

 

 

車(chē)載MCU分類(lèi)及應用

 

車(chē)載MCU可分為8位、16位及32位。車(chē)載MCU位數越多對應結構越復雜，處理能力越強，可實(shí)現的功能越多。從不同位數MCU規模占比來(lái)看，32位MCU憑借優(yōu)異的性能及逐步降低的成本占據主導地位，銷(xiāo)售額占比已經(jīng)從2010年的38.11%提升2021年的65.83%，未來(lái)隨著(zhù)汽車(chē)電子電控功能的日趨復雜，疊加電子電氣架構集中化的趨勢，車(chē)載MCU中32位占比有望進(jìn)一步提高，從而帶動(dòng)行業(yè)整體ASP提升。

 

 

 

 

車(chē)規級MCU市場(chǎng)規模預測 

 

隨著(zhù)新能源汽車(chē)滲透率不斷上漲，全球車(chē)規級MCU市場(chǎng)規模也隨之增長(cháng)。2020年全球車(chē)用MCU市場(chǎng)規模為62億美元。2021年，汽車(chē)MCU需求旺盛，市場(chǎng)規模大幅增長(cháng)23%，達到76.1億美元；預計2025年，市場(chǎng)規模預計將達到近120 億美元，對應2021-2025年復合平均增速為14.1%。 

 

我國車(chē)規級MCU市場(chǎng)規模同樣保持穩定增長(cháng)，2021年我國車(chē)規級MCU市場(chǎng)規模達30.01億美元，同比增長(cháng)13.59%， 預計2025年市場(chǎng)規模將達42.74億美元。

 

 

SoC：異構集成揚帆起航

 

汽車(chē)電子功能依賴(lài)于車(chē)載芯片實(shí)現，隨著(zhù)ADAS的落地和L3及以上級別自動(dòng)駕駛的成熟，傳統中央計算CPU無(wú)法滿(mǎn)足智能汽車(chē)的算力需求，將CPU與GPU、FPGA、ASIC等通用/專(zhuān)用芯片異構融合、集合AI加速器的系統級芯片（SoC）應運而生，主要分為智能座艙及自動(dòng)駕駛芯片。 

 

根據IHS數據，預計2025年全球汽車(chē)SoC市場(chǎng)規模將達到82億美元，并且L3級別以上自動(dòng)駕駛預計2025年之后開(kāi) 始大規模進(jìn)入市場(chǎng)，配套高算力、高性能SoC芯片將會(huì )帶來(lái)極高附加值，有望帶動(dòng)主控芯片市場(chǎng)快速擴容。

 

 

 

 

智能座艙芯片：未來(lái)“一芯多屏”技術(shù)的強支撐

 

據國際電子商情，預計全球智能座艙市場(chǎng)在2022年將達到438億美元。隨著(zhù)智能座艙從電子座艙逐步演化為第三 生活空間，“一芯多屏”的座艙方案成為未來(lái)趨勢。

 

順應智能座艙多傳感器融合、多模交互及多場(chǎng)景化模式發(fā)展的演進(jìn)趨勢，作為處理中樞的座艙SoC需要不斷發(fā)展突破。因此，座艙SoC的算力將不斷提升，據IHS Markit，預計2024年座艙NPU算力需求將是2021年的十倍， CPU算力需求是2022年的3.5倍。同時(shí)，芯片本身也將朝小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。

 

 

 

自動(dòng)駕駛芯片：算力基礎決定自動(dòng)駕駛高度

 

自動(dòng)駕駛芯片一方面需要滿(mǎn)足更高的安全等級，另一方面隨著(zhù)自動(dòng)駕駛等級的提升，對自動(dòng)駕駛芯片運算能力的要求也不斷提升。只具備CPU處理器的芯片難以滿(mǎn)足算力需要，自動(dòng)駕駛芯片會(huì )往集成CPU+XPU的異構式SoC方向發(fā)展，XPU包括GPU/FPGA/ASIC等。

 

GPU、FPGA、ASIC各有所長(cháng)，GPU適合數據密集型應用進(jìn)行計算和處理，FPGA通過(guò)冗余晶體管和連線(xiàn)實(shí)現邏輯可編輯，而ASIC是面向特定用戶(hù)的算法需求設計的專(zhuān)用芯片。NPU作為ASIC的一種，在電路層模擬神經(jīng)元，通過(guò)突觸權重實(shí)現存儲和計算一體化。一條指令即可完成GPU上百條 指令的功能，提高運行效率。NPU目前已經(jīng)被多家廠(chǎng)商廣泛采用，若未來(lái)自動(dòng)駕駛算法實(shí)現統一，ASIC/NPU有望 成為最高效的自動(dòng)駕駛芯片解決方案。

 

 

 

 

功率半導體：電能轉換與電路控制的核心器件

 

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等?？煞譃楣β蔍C和功率分立器件兩大類(lèi)，二者集成為功率模塊（包MOSFET/IGBT模塊，IPM模塊，PIM模塊）。

 

 

功率半導體在各類(lèi)汽車(chē)半導體產(chǎn)品中受益最大

 

根據Strategy Analytics數據，受益于汽車(chē)電動(dòng)化趨勢，功率半導體的使用量增幅高達四倍以上，在各類(lèi)汽車(chē)半 導體產(chǎn)品中受益最大。

 

預計2025年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達到2240萬(wàn)輛，功率半導體市場(chǎng)規模將突破100億美元，而中國新能源汽車(chē)功率半導體市場(chǎng)2025年則將達到61.39億美元，保持20%以上的增長(cháng)速度。

 

 

IGBT是當前新能源車(chē)中應用最廣的功率器件

 

當前MOSFET、IGBT已廣泛應用于車(chē)上，SiC基MOS同樣得到小規模應用。其中，IGBT適宜中高壓領(lǐng)域，是當前新能源車(chē)中應用最廣的功率器件，預計到2025年全球新能源汽車(chē)IGBT規模接近40億美元，中國達22億美元。

 

而SiC MOSFET高壓下性能優(yōu)越，未來(lái)隨著(zhù)SiC成本下降以及800v高壓平臺架構的應用，SiC MOSFET有望迎來(lái)規模上車(chē)。根據Yole數據，預計到2025年新能源車(chē)將貢獻15.53億美元的SiC功率市場(chǎng)，年復合增長(cháng)率達 38%。

 

 

 

 

模擬芯片：覆蓋整車(chē)核心板塊

 

按功能劃分，模擬芯片分為電源管理芯片和信號鏈芯片。電源管理芯片是所有電子產(chǎn)品和設備的電能供應中樞和紐帶。信號鏈則是擁有對模擬信號進(jìn)行收發(fā)、轉換、放大、過(guò)濾等處理能力的集成電路。

 

模擬芯片在新能源汽車(chē)充電樁、電池管理、車(chē)載充電、動(dòng)力系統等方面均有所應用，預計車(chē)載模擬芯片將成為模擬芯片所有下游應用領(lǐng)域中增速最快的方向。根據IC Insights數據，2022年市場(chǎng)規模將達到137.75億美元，占總體規模 的16.6%，同比增速達到17%。

 

 

傳感器芯片：自動(dòng)駕駛催生的剛需

 

汽車(chē)智能傳感器主要包括車(chē)載攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、紅外傳感器、超聲波傳感器等。車(chē)載攝像頭是目前自動(dòng)駕駛中應用最廣泛的傳感器。

 

隨著(zhù)ADAS系統滲透率提升和自動(dòng)駕駛技術(shù)的突破，車(chē)載攝像頭市場(chǎng)將在未來(lái)保持快速增長(cháng)態(tài)勢。預計到2025年全球 車(chē)載攝像頭市場(chǎng)將達1762.6億元，其中中國市場(chǎng)237.2億元。

 

而CIS作為車(chē)載攝像頭的核心部件，將受益于汽車(chē)智能化下ADAS滲透率提升快速增長(cháng)。據ICV Tank數據，2021年全球車(chē)載CIS總收入38.1億美元，預計2026年有望達90.7億美元，CAGR為18.94%。

 

 

 

 

存儲芯片：從GB到TB

 

存儲芯片，又稱(chēng)半導體存儲器，是指利用電能方式存儲信息的半導體介質(zhì)設備，其存儲與讀取過(guò)程體現為電子的存 儲或釋放。在車(chē)載市場(chǎng)中的應用主要包括DRAM（DDR、LPDDR）、和NAND（e.MMC和UFS等）。 

 

在汽車(chē)電動(dòng)化和智能化的趨勢推動(dòng)下，疊加上產(chǎn)業(yè)升級帶來(lái)汽車(chē)格局重塑機遇，汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)將成為一個(gè)高成長(cháng)的半導體細分賽道，根據IHS的數據，2020年全球汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模約40億美元，2025年預計達82億美元。

 

 

目前主流智能汽車(chē)的自動(dòng)駕駛技術(shù)仍處于1/2級，預計在2030年自動(dòng)駕駛將會(huì )發(fā)展至L4和L5等高等級。中短期來(lái)看，在電動(dòng)化取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，和L4/L5獲得實(shí)質(zhì)性突破的前夜，ADAS升級和車(chē)內體驗是汽車(chē)存儲現階段增長(cháng)核心。

 

長(cháng)期來(lái)看，自動(dòng)駕駛技術(shù)升級帶來(lái)車(chē)規存儲的帶寬持續高增長(cháng)是長(cháng)期趨勢，未來(lái)汽車(chē)存儲將由GB級走向TB級別。以 美光預測的ADAS為例，Level 5與Level 1相比，帶寬提高20倍，DRAM容量提高8倍，NAND容量提高125倍，達到 TB級別。

 

 

下游：新能源車(chē)發(fā)展勢頭強勁

 

2021年以來(lái)我國新能源車(chē)滲透率持續走高，2022年1-7月，新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別為327.9萬(wàn)輛和319.4萬(wàn)輛，同比均 增長(cháng)1.2倍，市場(chǎng)占有率為22.1%。在汽車(chē)電動(dòng)化趨勢日漸明確的背景下，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量持續增長(cháng)，滲透率不斷提高，將持續打開(kāi)汽車(chē)芯片的增長(cháng)空間。

 

 

汽車(chē)芯片行業(yè)競爭格局

 

從全球市場(chǎng)競爭格局來(lái)看，國際廠(chǎng)商在車(chē)規級半導體領(lǐng)域中占據領(lǐng)先地位，車(chē)規級半導體國產(chǎn)化率較低。

 

根據Omdia統計，2020年全球前五大廠(chǎng)商包括英飛凌、恩智、瑞薩、德州儀器、意法半導體，前25強中聞泰科技 名列第19位，是中國唯一一家上榜的公司。

 

從國內競爭來(lái)看，近年來(lái)，外部收購、成熟企業(yè)布局車(chē)規半導體業(yè)務(wù)、以及新興領(lǐng)域創(chuàng )業(yè)，成為目前支撐我國汽車(chē) 半導體發(fā)展的主要路徑。2019年，聞泰科技收購安世半導體一舉成為國內最大的汽車(chē)半導體公司。

 

 

 

 

車(chē)規級半導體自主率底的原因

 

從各細分領(lǐng)域來(lái)看，由于設計、生產(chǎn)等方面的技術(shù)差距較大，至今我國未形成具備國際競爭力的汽車(chē)芯片供應商， 不僅在汽車(chē)芯片領(lǐng)域的市場(chǎng)份額較低，自主率也普遍較低。

 

一方面由于車(chē)規級半導體對產(chǎn)品的要求高，企業(yè)需要較長(cháng)時(shí)間的技術(shù)積累和經(jīng)驗沉淀實(shí)現技術(shù)突破，并且認證周期 和供貨周期較長(cháng)，導致車(chē)企與芯片廠(chǎng)商在形成穩定的合作關(guān)系后，就很難在原有車(chē)型上再次更換供應商，形成了業(yè)務(wù)穩定、格局壟斷、關(guān)系牢固的三大競爭壁壘。 

 

而另一方面，整車(chē)廠(chǎng)在認證車(chē)規級半導體的新供應商時(shí)，通常會(huì )要求其產(chǎn)品擁有一定規模的上車(chē)數據，國產(chǎn)廠(chǎng)商缺乏應用及試驗平臺，在車(chē)規級半導體正常供給的狀態(tài)下較難尋得突破。

 

 

 

2.我國汽車(chē)芯片行業(yè)發(fā)展趨勢預測

 

雖然自動(dòng)駕駛的技術(shù)方案和算法尚未定型，應用于自動(dòng)駕駛的芯片構型也尚未固化，但汽車(chē)芯片作為汽車(chē)智能計算平臺的核心硬件已成為行業(yè)共識。未來(lái)，我國汽車(chē)芯片行業(yè)將呈以下發(fā)展趨勢：

 

1.功能集中已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展趨勢 

 

無(wú)論是自動(dòng)駕駛還是智能座艙領(lǐng)域，功能集 中已然成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著(zhù)傳感 器數量和種類(lèi)逐漸增多，將不同功能的計算芯片集成到一塊板子上，對各傳感器的原始 感知信息實(shí)行后端融合計算成為必然選擇。同時(shí)ECU模塊也將逐漸集成合并，形成集中 運算的車(chē)載計算平臺。 

 

2.進(jìn)口替代已經(jīng)逐步實(shí)現 

 

目前國內在半導體領(lǐng)域有所突破，雖然在汽 車(chē)級半導體仍處于弱勢地位，但隨著(zhù)國內上 市公司收購整合全球主要半導體企業(yè)，比如聞泰科技收購安世半導，韋爾股份收購豪威科技。通過(guò)并購疊加內生發(fā)展，中國汽車(chē)級半導體有望獲得大的突破，逐步實(shí)現進(jìn)口替代。

 

 

3.汽車(chē)智能化+電動(dòng)化推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈重構

 

隨著(zhù)汽車(chē)進(jìn)入了電動(dòng)化+智能網(wǎng)聯(lián)的時(shí)代，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能化、自動(dòng)駕駛四個(gè)領(lǐng)域趨勢帶來(lái)了新的半導體需求，也為國內新進(jìn)芯片企業(yè)進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域帶來(lái)全新的產(chǎn)業(yè)機遇。OEM+Tier1+Tier2原有金字塔格局有望被打破，智能車(chē)軟件會(huì )逐步走 向平臺+生態(tài)模式，形成新一代汽車(chē)生態(tài)體系。

 

4.軟硬結合、服務(wù)能力將成為廠(chǎng)商比拼關(guān)鍵 

 

綜合考慮整車(chē)項目開(kāi)發(fā)流程與芯片設計開(kāi)發(fā)流程，未來(lái)汽車(chē)芯片廠(chǎng)商在產(chǎn)業(yè)合作中，將與主機廠(chǎng)建立更多前端溝通，挖掘市場(chǎng)真實(shí)需求，提高產(chǎn)品定義與設計前瞻性，芯片廠(chǎng)商將進(jìn)一步提升自身的算法與軟件技術(shù)積累與理解，優(yōu)秀的服務(wù)能力將成 為面對主機場(chǎng)差異化需求時(shí)的關(guān)鍵競爭優(yōu)勢。