汽車智能化為車規(guī)級芯片帶來的發(fā)展與變化

汽車“三化”提速，車載芯片得到廣泛應(yīng)用

隨著電動化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化的提速，汽車芯片廣泛應(yīng)用在動力系統(tǒng)、車身、座艙、底盤和安全等諸多領(lǐng)域。

汽車芯片種類較為龐雜，主要分四類：

一是功能芯片，主要是指MCU（微控制器芯片）和存儲器，其中MCU負(fù)責(zé)具體控制功能的實現(xiàn)，承擔(dān)設(shè)備內(nèi)多種數(shù)據(jù)的處理診斷和運算；

二是主控芯片，在智能座艙、自動駕駛等關(guān)鍵控制器中承擔(dān)核心處理運算任務(wù)的SoC，內(nèi)部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列運算單元；

三是功率半導(dǎo)體，主要是IGBTs和MOSFETs；

四是傳感器芯片，包括導(dǎo)航、CIS和雷達(dá)等。

車規(guī)級芯片開發(fā)、認(rèn)證和導(dǎo)入測試周期長，上車門檻高

相比于消費級芯片，車規(guī)級芯片驗證周期較長（3-5年），進入Tier1或車廠需要進行嚴(yán)苛的認(rèn)證工作。認(rèn)證工作主要有兩項：1）北美汽車產(chǎn)業(yè)所推的AEC-Q100（IC）；2）符合零失效（ZeroDefect）的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 16949 規(guī)范。

整體來看，汽車芯片主要關(guān)注三個方面：1）可靠性要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括AEC-Q100、IATF 16949規(guī)范、各國法規(guī)及車廠要求等；2）設(shè)計壽命，20年以上；3）高安全性要求， 包括功能安全國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262、ISO 21448預(yù)期功能安全、ISO21434等。

汽車功能芯片以成熟工藝為主，主控芯片在持續(xù)追求高端制程

不同汽車芯片對工藝的要求存在較大差異。

1）功能芯片主要是依靠成熟制程。汽車芯片由于不受空間限制，高集成度的要求并不是非常緊迫，而且主要功能芯片用在發(fā)電機、底盤、安全等低算力領(lǐng)域，安全性、可靠性和低成本成為主要考慮因素，成熟工藝正好符合此類芯片的需求。

因此，我們看到，汽車上大部分所需芯片的制造技術(shù)是15 年前或更早的。為了進一步降低成本，芯片行業(yè)在2000年之后開始使用300 毫米晶圓，但大部分舊的200 毫米的生產(chǎn)線仍在繼續(xù)使用。

2）主控芯片持續(xù)向高端制程邁進。近年來，隨著汽車智能化的發(fā)展，更高級別的自動駕駛對高算力的急迫需求，正在推動著汽車算力平臺制程向7納米及以下延伸。

汽車芯片以Tier2的身份參與市場，與Tier1和主機廠關(guān)系牢固

汽車芯片廠商一般作為Tier2（二級供應(yīng)商）參與整個汽車供應(yīng)鏈，傳統(tǒng)芯片（功能芯片）廠商競爭格局相對穩(wěn)定，英飛凌、恩智浦、瑞薩、意法半導(dǎo)體、TI等公司位居市場前列，在MCU、功率半導(dǎo)體、傳感器等細(xì)分賽道上，都有著自己的專長，與Tier1（一級供應(yīng)商）形成了牢固的供應(yīng)關(guān)系。

近年來，隨著自動駕駛對算力要求的提升，大算力尤其是AI芯片需求上升，智能計算、消費級賽道的玩家開始進入該領(lǐng)域，我國一些創(chuàng)業(yè)企業(yè)在該領(lǐng)域也有了一席之地。

汽車芯片占全球半導(dǎo)體應(yīng)用的12%，MCU和模擬電路等占比居前

整體規(guī)?？?，汽車芯片占整個集成電路市場的10%上下。據(jù)SIA數(shù)據(jù)顯示，2020年汽車芯片收入規(guī)模達(dá)到501億美元，同比下降0.3%，占整個芯片市場的比重為12%。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，MCU、模擬電路占比居前。據(jù)ICVTank數(shù)據(jù)顯示，2019年全球汽車芯片中，MCU占比達(dá)到30%，模擬電路占29%，傳感器約為17%，邏輯電路占10%，分立器件和存儲器市場份額均為7%。市場格局變化不大。

MCU是功能芯片的主角，新能源汽車中應(yīng)用明顯增多

MCU是把中央處理器、存儲、定時器、輸入輸出接口集成在同一個芯片上的微控制單元，也稱單片機。MCU主要用于自動控制的產(chǎn)品和設(shè)備，可應(yīng)用于工業(yè)、汽車、通訊與計算機、消費類電子領(lǐng)域。其中，汽車是MCU最大的應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)汽車單車會平均用到70個左右，而新能源汽車則需要用到300多個，應(yīng)用領(lǐng)域包括ADAS、車身、底盤及安全、信息娛樂、動力系統(tǒng)等，幾乎無處不在。

汽車MCU將延續(xù)較快增長，市場格局固化且難以改變

汽車MCU將延續(xù)較快增長。IC Insights統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年全球車用MCU市場規(guī)模為62億美元。2021年，汽車MCU需求旺盛，市場規(guī)模大幅增長23%，達(dá)到76.1億美元；2025年，市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到近120億美元，對應(yīng)2021-2025年復(fù)合平均增速為14.1%，該復(fù)合增速明顯高于未來三年整體MCU市場的增速8%。

車載MCU群雄割據(jù)的局面在持續(xù)。不同廠商的產(chǎn)品難以相互替代，很大一部分原因是，MCU產(chǎn)品架構(gòu)具有獨特性，找到第二家產(chǎn)品進行替換的可能性不大，這也給整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來了潛在的風(fēng)險。

32位車載MCU是主流產(chǎn)品，未來占比還將繼續(xù)擴大

車載MCU按照位寬劃分，主要包括8位、16位和32位三類產(chǎn)品。其中，8位主要應(yīng)用于一些簡單場景的控制，比如空調(diào)、風(fēng)扇、雨刷器、車窗等；32位則主要面向的是對自動化、算力、實時性要求比較高的領(lǐng)域，占比接近80%，是主流；16位性能和成本處于中間位置，主要應(yīng)用于動力和安全領(lǐng)域。

從產(chǎn)品趨勢上看，未來32位產(chǎn)品占比還將繼續(xù)提升，主要是對16位產(chǎn)品的替代。隨著汽車對精細(xì)化控制需求的增加，32位產(chǎn)品在傳動和安全在經(jīng)過一段時間驗證之后，占比還會上升。

座艙芯片將支持“一芯多屏”，智能化提升將帶動芯片需求

智能座艙芯片主要支持信息娛樂和儀表盤，參與者相對較多。

智能座艙滲透率的提升將為座艙SOC提供增長動力。據(jù)IHS統(tǒng)計，全球市場及中國市場的智能座艙新車滲透率逐年遞增，預(yù)計2025年將分別增長至59.4%、75.9%。從趨勢上看，座艙芯片將重點向“一芯多屏”方向發(fā)展，即一塊大芯片同時為液晶儀表盤、信息娛樂屏等提供支撐。芯片本身也將朝著小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。

自動駕駛芯片參與者增多，大算力、開放化成為趨勢

自動駕駛的核心是人工智能算法的應(yīng)用，對自動駕駛主控芯片的要求主要是足夠強的算力，一般都是采用CPU+加速芯片的模式進行異構(gòu)計算。

自動駕駛芯片的供應(yīng)方式可分為軟硬件一體式方案和軟硬件分離的開放式方案，開放式方案受歡迎程度在上升。

傳感器在中高速、低速自動駕駛場景都在應(yīng)用

工況的不同需要選擇不同的傳感器：

1）行車主要運行工況為中高速，需要選用檢測距離較遠(yuǎn)的傳感器。目前應(yīng)用的傳感器主要有：攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。

2）泊車運行在低速，一般選用檢測距離10m內(nèi)傳感器。目前應(yīng)用傳感器主要有：雷達(dá)、攝像頭。

攝像頭是車上應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，其核心是COMS圖像傳感器（CIS）。相比于消費級CIS，車載CIS需要解決更多的出行工況的具體問題，比如高動態(tài)范圍、LED燈頻閃、低照和安全性保證等。目前，安森美、韋爾股份在這個市場上處于領(lǐng)先地位。

車載CIS受益于自動駕駛落地，市場規(guī)模將快速提升

車載CIS是ADAS的核心傳感器，可以彌補雷達(dá)在物體識別上的缺陷，也是最接近人類視覺的傳感器，其在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。CIS從早期用于行車記錄、倒車影像、泊車環(huán)視等場景，正逐步延伸到智能座艙內(nèi)行為識別和ADAS輔助駕駛，應(yīng)用潛力開始凸顯。

由于新增了自動駕駛功能，汽車的攝像頭需求量將快速增加，相應(yīng)CIS的需求量也將明顯提升。如果在2023年能夠?qū)崿F(xiàn)L3以上級自動駕駛的落地，單車攝像頭數(shù)量有望上升到11目到16目左右。結(jié)合全球每年8000萬到1億輛的汽車銷量，攝像頭需求量最多可能在16億顆左右，CIS均價可能在5美金以上，市場規(guī)?？赡苓_(dá)到80億-100億美元。

功率半導(dǎo)體：IGBT應(yīng)用廣泛，本土廠商正在發(fā)力

功率半導(dǎo)體是新能源汽車中使用最多的半導(dǎo)體器件之一。新能源車電池普遍使用高壓電路，對電池輸出的高電壓進行電壓變化的需求大幅上升，因此需要大量DC/AC逆變器、變壓器、整流器等大量用到功率半導(dǎo)體。其中，IGBT下游應(yīng)用中，30%來自于新能源汽車。

隨著國內(nèi)新能源車滲透率的提升，IGBT等功率半導(dǎo)體的需求也將實現(xiàn)快速增長。國內(nèi)廠商如時代電氣、比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)、新潔能等廠商正在加快在這個領(lǐng)域發(fā)力。

總結(jié)：汽車芯片供應(yīng)鏈將重塑

隨著汽車“三化”的推進、汽車電子電氣架構(gòu)的升級，以及新能源汽車的占比在迅速提升，汽車芯片的需求隨之持續(xù)增加。缺芯之后，車廠開始嘗試改變傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈合作模式，不完全依托以前的Tier1去維系與芯片廠商的關(guān)系，選擇與芯片廠商直接合作，共同研發(fā)設(shè)計、制造和封裝芯片，提高對整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈的掌控能力。同時，主流芯片制造商也在大幅擴產(chǎn)，預(yù)計可以提升中長期的供應(yīng)能力，但短期壓力仍難以緩解。

貞光科技深耕汽車電子、工業(yè)及軌道交通領(lǐng)域十余年，為客戶提供車規(guī)MCU、車規(guī)電容、車規(guī)電阻、車規(guī)晶振、車規(guī)電感、車規(guī)連接器等車規(guī)級產(chǎn)品和汽車電子行業(yè)解決方案，成立于2008年的貞光科技是三星、VIKING、紫光芯能、基美、國巨、泰科、3PEAK思瑞浦等國內(nèi)外40余家原廠的授權(quán)代理商。

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