一文看懂汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈中車載MCU分類及應(yīng)用

百年汽車行業(yè)正在經(jīng)歷大變革時代，汽車向電動化、智能化轉(zhuǎn)化是大勢所趨，根據(jù)海思在2021中國汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計2027年汽車半導(dǎo)體市場總額將接近1000億美元。而我國作為汽車制造大國，同樣對汽車半導(dǎo)體需求旺盛，預(yù)計到2025年市場總額將達到137億美元。

分開來說，電動化方面，汽車電動化最受益的是功率半導(dǎo)體，尤其是IGBT，預(yù)計到2025年全球新能源汽車IGBT規(guī)模接近40億美元，中國達22億美元。

智能化方面，當前汽車智能化處于0-1階段，自動駕駛、智能座艙等對汽車感知器件、運算能力、數(shù)據(jù)量需求日益提升，汽車控制芯片、存儲芯片、模擬芯片、傳感器成長空間廣闊。

展望未來，功能集中已然成為汽車芯片行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著汽車進入了電動化+智能網(wǎng)聯(lián)的時代，車聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能化、自動駕駛四個領(lǐng)域趨勢帶來了新的半導(dǎo)體需求，也為國內(nèi)新進芯片企業(yè)進入汽車領(lǐng)域帶來全新的產(chǎn)業(yè)機遇。

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汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈剖析

汽車芯片的產(chǎn)業(yè)鏈中，上游一般為基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料(硅片、光刻膠、CMP拋光液等)、制造設(shè)備和晶圓制造流程(芯片 設(shè)計、晶圓代工和封裝檢測)；中游一般指汽車芯片制造環(huán)節(jié)，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(tǒng)芯片制造(ADAS芯片)、車身控制芯片制造(MCU芯片)等；下游包含了汽車車載系統(tǒng)制造、車用儀表制造以及整車制造環(huán)節(jié)。

上游：半導(dǎo)體材料和設(shè)備是產(chǎn)業(yè)鏈基石?

半導(dǎo)體材料和設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石。在國家鼓勵半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局。中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，預(yù) 計2022年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)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)中同樣扮演著舉足輕重的地位。預(yù)計2022年，我國晶圓制造行業(yè)市場規(guī) 模將超3000億元的市場規(guī)模。同時，芯片設(shè)計行業(yè)已經(jīng)成為國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最具發(fā)展活力的領(lǐng)域之一，預(yù)計2022 年，市場規(guī)模將達4765.2億元。

中游：汽車芯片制造為重要一環(huán)

從市場規(guī)模來看，在汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的影響下，汽車芯片市場整體呈現(xiàn)增長趨勢。根據(jù)海思在2021中國汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年全球汽車半導(dǎo)體市場約為505億美元，預(yù)計2027 年汽車半導(dǎo)體市場總額將接近1000億美元，2022-2027年增速保持在30%以上。而我國作為汽車制造大國，對汽車半導(dǎo)體需求旺盛，預(yù)計到2025年將達到137億美元，年均復(fù)合增長率達3.03%。

根據(jù)Strategy Analytics數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)燃油車中，MCU價值占比最高，達到23%；其次為功率半導(dǎo)體，達到21%；傳感器排名第三，占比為13%。而在純電動車型中，由于動力系統(tǒng)由內(nèi)燃機過渡為電驅(qū)動系統(tǒng)，傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的動力系統(tǒng)被電動機和電控系統(tǒng)取代，致使功率半導(dǎo)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（Microcontroller Unit）即微控制器，也被稱為單片機，是將計算機所包含的CPU、存儲器、I/O 端口、串行口、定時器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器等集成在一顆芯片上，將其應(yīng)用在不同產(chǎn)品里，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品的運算和控制。車載MCU是汽車電子控制單元（ECU）的核心部件，負責各種信息的運算處理，主要用于車身控制、駕駛控制、信息娛樂和駕駛輔助系統(tǒng)。

汽車電子化程度的加速驅(qū)動MCU市場需求的增長，汽車端成為全球MCU最大的應(yīng)用市場。通常汽車中一個ECU負 責一個單獨的功能，配備一顆MCU，也會出現(xiàn)一個ECU配備兩顆MCU的情況，而與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源車豐富功能提高，對MUC性能、功耗、數(shù)量的需求都有所提升。

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車載MCU分類及應(yīng)用

車載MCU可分為8位、16位及32位。車載MCU位數(shù)越多對應(yīng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，處理能力越強，可實現(xiàn)的功能越多。從不同位數(shù)MCU規(guī)模占比來看，32位MCU憑借優(yōu)異的性能及逐步降低的成本占據(jù)主導(dǎo)地位，銷售額占比已經(jīng)從2010年的38.11%提升2021年的65.83%，未來隨著汽車電子電控功能的日趨復(fù)雜，疊加電子電氣架構(gòu)集中化的趨勢，車載MCU中32位占比有望進一步提高，從而帶動行業(yè)整體ASP提升。

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車規(guī)級MCU市場規(guī)模預(yù)測?

隨著新能源汽車滲透率不斷上漲，全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模也隨之增長。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%，達到76.1億美元；預(yù)計2025年，市場規(guī)模預(yù)計將達到近120 億美元，對應(yīng)2021-2025年復(fù)合平均增速為14.1%。?

我國車規(guī)級MCU市場規(guī)模同樣保持穩(wěn)定增長，2021年我國車規(guī)級MCU市場規(guī)模達30.01億美元，同比增長13.59%， 預(yù)計2025年市場規(guī)模將達42.74億美元。

SoC：異構(gòu)集成揚帆起航

汽車電子功能依賴于車載芯片實現(xiàn)，隨著ADAS的落地和L3及以上級別自動駕駛的成熟，傳統(tǒng)中央計算CPU無法滿足智能汽車的算力需求，將CPU與GPU、FPGA、ASIC等通用/專用芯片異構(gòu)融合、集合AI加速器的系統(tǒng)級芯片（SoC）應(yīng)運而生，主要分為智能座艙及自動駕駛芯片。?

根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，預(yù)計2025年全球汽車SoC市場規(guī)模將達到82億美元，并且L3級別以上自動駕駛預(yù)計2025年之后開 始大規(guī)模進入市場，配套高算力、高性能SoC芯片將會帶來極高附加值，有望帶動主控芯片市場快速擴容。

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智能座艙芯片：未來“一芯多屏”技術(shù)的強支撐

據(jù)國際電子商情，預(yù)計全球智能座艙市場在2022年將達到438億美元。隨著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趨勢。

順應(yīng)智能座艙多傳感器融合、多模交互及多場景化模式發(fā)展的演進趨勢，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(jù)IHS Markit，預(yù)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，芯片本身也將朝小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。

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自動駕駛芯片：算力基礎(chǔ)決定自動駕駛高度

自動駕駛芯片一方面需要滿足更高的安全等級，另一方面隨著自動駕駛等級的提升，對自動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足算力需要，自動駕駛芯片會往集成CPU+XPU的異構(gòu)式SoC方向發(fā)展，XPU包括GPU/FPGA/ASIC等。

GPU、FPGA、ASIC各有所長，GPU適合數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用進行計算和處理，F(xiàn)PGA通過冗余晶體管和連線實現(xiàn)邏輯可編輯，而ASIC是面向特定用戶的算法需求設(shè)計的專用芯片。NPU作為ASIC的一種，在電路層模擬神經(jīng)元，通過突觸權(quán)重實現(xiàn)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)被多家廠商廣泛采用，若未來自動駕駛算法實現(xiàn)統(tǒng)一，ASIC/NPU有望 成為最高效的自動駕駛芯片解決方案。

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功率半導(dǎo)體：電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心器件

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換等?？煞譃楣β?a target="_blank">IC和功率分立器件兩大類，二者集成為功率模塊（包MOSFET/IGBT模塊，IPM模塊，PIM模塊）。

功率半導(dǎo)體在各類汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品中受益最大

根據(jù)Strategy Analytics數(shù)據(jù)，受益于汽車電動化趨勢，功率半導(dǎo)體的使用量增幅高達四倍以上，在各類汽車半 導(dǎo)體產(chǎn)品中受益最大。

預(yù)計2025年全球新能源汽車銷量將達到2240萬輛，功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將突破100億美元，而中國新能源汽車功率半導(dǎo)體市場2025年則將達到61.39億美元，保持20%以上的增長速度。

IGBT是當前新能源車中應(yīng)用最廣的功率器件

當前MOSFET、IGBT已廣泛應(yīng)用于車上，SiC基MOS同樣得到小規(guī)模應(yīng)用。其中，IGBT適宜中高壓領(lǐng)域，是當前新能源車中應(yīng)用最廣的功率器件，預(yù)計到2025年全球新能源汽車IGBT規(guī)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，未來隨著SiC成本下降以及800v高壓平臺架構(gòu)的應(yīng)用，SiC MOSFET有望迎來規(guī)模上車。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，預(yù)計到2025年新能源車將貢獻15.53億美元的SiC功率市場，年復(fù)合增長率達 38%。

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模擬芯片：覆蓋整車核心板塊

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(shè)備的電能供應(yīng)中樞和紐帶。信號鏈則是擁有對模擬信號進行收發(fā)、轉(zhuǎn)換、放大、過濾等處理能力的集成電路。

模擬芯片在新能源汽車充電樁、電池管理、車載充電、動力系統(tǒng)等方面均有所應(yīng)用，預(yù)計車載模擬芯片將成為模擬芯片所有下游應(yīng)用領(lǐng)域中增速最快的方向。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2022年市場規(guī)模將達到137.75億美元，占總體規(guī)模 的16.6%，同比增速達到17%。

傳感器芯片：自動駕駛催生的剛需

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

隨著ADAS系統(tǒng)滲透率提升和自動駕駛技術(shù)的突破，車載攝像頭市場將在未來保持快速增長態(tài)勢。預(yù)計到2025年全球 車載攝像頭市場將達1762.6億元，其中中國市場237.2億元。

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

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存儲芯片：從GB到TB

存儲芯片，又稱半導(dǎo)體存儲器，是指利用電能方式存儲信息的半導(dǎo)體介質(zhì)設(shè)備，其存儲與讀取過程體現(xiàn)為電子的存 儲或釋放。在車載市場中的應(yīng)用主要包括DRAM（DDR、LPDDR）、和NAND（e.MMC和UFS等）。?

在汽車電動化和智能化的趨勢推動下，疊加上產(chǎn)業(yè)升級帶來汽車格局重塑機遇，汽車存儲芯片市場將成為一個高成長的半導(dǎo)體細分賽道，根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，2020年全球汽車存儲芯片市場規(guī)模約40億美元，2025年預(yù)計達82億美元。

目前主流智能汽車的自動駕駛技術(shù)仍處于1/2級，預(yù)計在2030年自動駕駛將會發(fā)展至L4和L5等高等級。中短期來看，在電動化取得實質(zhì)性進步，和L4/L5獲得實質(zhì)性突破的前夜，ADAS升級和車內(nèi)體驗是汽車存儲現(xiàn)階段增長核心。

長期來看，自動駕駛技術(shù)升級帶來車規(guī)存儲的帶寬持續(xù)高增長是長期趨勢，未來汽車存儲將由GB級走向TB級別。以 美光預(yù)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：新能源車發(fā)展勢頭強勁

2021年以來我國新能源車滲透率持續(xù)走高，2022年1-7月，新能源汽車產(chǎn)銷分別為327.9萬輛和319.4萬輛，同比均 增長1.2倍，市場占有率為22.1%。在汽車電動化趨勢日漸明確的背景下，新能源汽車銷量持續(xù)增長，滲透率不斷提高，將持續(xù)打開汽車芯片的增長空間。

汽車芯片行業(yè)競爭格局

從全球市場競爭格局來看，國際廠商在車規(guī)級半導(dǎo)體領(lǐng)域中占據(jù)領(lǐng)先地位，車規(guī)級半導(dǎo)體國產(chǎn)化率較低。

根據(jù)Omdia統(tǒng)計，2020年全球前五大廠商包括英飛凌、恩智、瑞薩、德州儀器、意法半導(dǎo)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(nèi)競爭來看，近年來，外部收購、成熟企業(yè)布局車規(guī)半導(dǎo)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 半導(dǎo)體發(fā)展的主要路徑。2019年，聞泰科技收購安世半導(dǎo)體一舉成為國內(nèi)最大的汽車半導(dǎo)體公司。

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車規(guī)級半導(dǎo)體自主率底的原因

從各細分領(lǐng)域來看，由于設(shè)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芯片供應(yīng)商， 不僅在汽車芯片領(lǐng)域的市場份額較低，自主率也普遍較低。

一方面由于車規(guī)級半導(dǎo)體對產(chǎn)品的要求高，企業(yè)需要較長時間的技術(shù)積累和經(jīng)驗沉淀實現(xiàn)技術(shù)突破，并且認證周期 和供貨周期較長，導(dǎo)致車企與芯片廠商在形成穩(wěn)定的合作關(guān)系后，就很難在原有車型上再次更換供應(yīng)商，形成了業(yè)務(wù)穩(wěn)定、格局壟斷、關(guān)系牢固的三大競爭壁壘。?

而另一方面，整車廠在認證車規(guī)級半導(dǎo)體的新供應(yīng)商時，通常會要求其產(chǎn)品擁有一定規(guī)模的上車數(shù)據(jù)，國產(chǎn)廠商缺乏應(yīng)用及試驗平臺，在車規(guī)級半導(dǎo)體正常供給的狀態(tài)下較難尋得突破。

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我國汽車芯片行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測

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

功能集中已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展趨勢?

無論是自動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。隨著傳感 器數(shù)量和種類逐漸增多，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 感知信息實行后端融合計算成為必然選擇。同時ECU模塊也將逐漸集成合并，形成集中 運算的車載計算平臺。?

進口替代已經(jīng)逐步實現(xiàn)?

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

汽車智能化+電動化推動產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)

隨著汽車進入了電動化+智能網(wǎng)聯(lián)的時代，車聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能化、自動駕駛四個領(lǐng)域趨勢帶來了新的半導(dǎo)體需求，也為國內(nèi)新進芯片企業(yè)進入汽車領(lǐng)域帶來全新的產(chǎn)業(yè)機遇。OEM+Tier1+Tier2原有金字塔格局有望被打破，智能車軟件會逐步走 向平臺+生態(tài)模式，形成新一代汽車生態(tài)體系。

軟硬結(jié)合、服務(wù)能力將成為廠商比拼關(guān)鍵?

綜合考慮整車項目開發(fā)流程與芯片設(shè)計開發(fā)流程，未來汽車芯片廠商在產(chǎn)業(yè)合作中，將與主機廠建立更多前端溝通，挖掘市場真實需求，提高產(chǎn)品定義與設(shè)計前瞻性，芯片廠商將進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 為面對主機場差異化需求時的關(guān)鍵競爭優(yōu)勢。

編輯：黃飛

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