在汽車電動化、智能化、網聯化和共享化的驅動之下，車規級芯片迎來發展機遇。相較于傳統燃油車，電動車、智能車所需的芯片數量成倍提升，汽車中芯片的成本占比也不斷提高。無論對于半導體產業、還是汽車產業而言，車規級芯片都將成為新的利潤增長點。本文對車規級芯片的行業概況、規模、趨勢、競爭格局、壁壘等進行梳理和分析。

  文章核心觀點速覽

  ——車規級芯片市場穩步增長，國產化加速——主控芯片和功率芯片是價值和技術創新的重地——行業壁壘高，先發優勢很重要。空間有限，格局漸成，初創需謹慎，重點關注已認證、已上車的中后期企業。

  市場穩步增長，國產加速

  車規級芯片就是用于汽車的半導體產品，在電動化、智能化、網聯化、共享化等各個領域發揮重要作用。

  傳統汽車向智能電動汽車的發展可以類比傳統手機向智能手機的發展：

  1、從簡單的邏輯處理發展至復雜邏輯→大數據量的功能性處理;

  2、沒有應用開發生態→開放API和生態

  3、應用功能固化→軟件新功能開發

  4、軟件不可迭代→軟件快速迭代和部署

  這種產業變革升級，以及相關國家政策，帶動了作為汽車“神經末梢”的芯片快速發展，量價齊升。根據機構測算，新能源汽車所需要的芯片數量在1000-2000顆左右，單車的芯片成本在786-859美元之間，是傳統燃油汽車的兩倍以上，并且隨著汽車科技的配置增高，電子控制單元的增多，芯片需求數量有可能繼續提高。

  車規級芯片的需求、規模與汽車的需求和銷量直接相關：

  →以2020年傳統汽車銷量7276萬臺測算，新能源汽車324萬臺測算，全球需要的車規級芯片為439億顆/每年，市場規模約339億美元。→預計2026年傳統汽車銷量6780萬臺測算，新能源汽車4420萬臺測算，全球需要的車規級芯片增加為903億顆/每年，市場規模約655億美元。

  →預計2035年傳統汽車銷量2400萬臺測算，新能源汽車9600萬臺測算，全球需要的車規級芯片增加為1285億顆/每年，市場規模約893億美元。

  根據Omdia統計，2019年中國車規級芯片市場規模占全球市場比重約27.2%。未來隨著國內新能源汽車銷量的高增長、滲透率不斷提升，這個占比有望持續提高，中國將成為車規級芯片的最大市場。

  但是作為全球最大的車規芯片市場，國內的自供率不足5%，呈現出海外大廠壟斷格局。極低的自供率，以及這兩年眾多原因導致的“汽車缺芯”現象，也將推動中國車規芯片市場的國產化進程。在2021年3月，車規級芯片的交付周期約為18周，僅一年，這個周期就增長為26周。這個現象也進一步導致了新能源汽車減產，根據統計，中國今年1-4月累計減產新能源車約7萬輛。從這個角度看，車規級芯片是具有國家戰略意義的產品，是雙碳和新能源車政策驅動的部件之一，國產化勢在必行。

  主控和功率芯片價值最高

  根據應用環節，車規級芯片可以分為五大類：主控芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器芯片和存儲芯片，其中主控芯片和功率芯片的價值占比最大，兩者合計占汽車半導體成本50%甚至更高。

  主控芯片就是汽車電子系統的大腦，負責計算、分析、輸出、控制。當前汽車中最主要使用的控制芯片是單片微型計算機MCU，它是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，并將內存、計數器、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，每輛車所需的MCU平均在70顆以上。為了應對日趨復雜的執行任務，MCU逐漸從8位發展到16位，再到當下的32位，已廣泛應用于儀表盤控制、車身控制、引擎控制、多媒體系統等。全球汽車MCU的市場幾乎被瑞薩電子、恩智浦和英飛凌壟斷，并且巨頭們還在不斷并購鞏固地位。

  盡管寬位不斷提高，但MCU簡單的架構仍然無法支持多任務和復雜數據，這推動了系統級芯片SoC在汽車上的應用。相較于MCU，SoC的架構中還包括了復雜的外設、音頻處理器、圖像處理器和神經網絡處理器等，這類芯片是智能座艙和自動駕駛趨勢下的控制核心。隨著自動駕駛算力需求的指數化提升，SoC的技術難度和價值量也會遠超MCU，將涌現出更多機會。

  功率芯片是新能源汽車動力系統的核心部件，目前最常用的是絕緣柵雙極型晶體管IGBT，它是用絕緣柵雙極型晶體芯片與續流二極管芯片通過特殊的工藝封裝成的模塊化半導體芯片，由于制造工藝非常復雜，只有少數大品牌具備制造這種芯片的能力。

  IGBT在驅動系統、轉向系統、電池、空調控制等模塊上均有應用，例如充電時，IGBT把220V標準交流電轉換成電池需要的直流電，當在行駛狀態下，IGBT再將電池輸出的直流電轉換成交流電供給交流電機。同時，IGBT還需要實時調控全車電壓。另外，它可以根據油門輸入大小以及車輛的狀態調節整車輸出功率。

  當前比亞迪半導體是目前國內唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的企業，在1200V等級的大功率IGBT器件領域，完成了設計、流片、封裝的一體化發展，正在沖刺上市。除了比亞迪，士蘭微、華潤微、斯達半導和華微電子等企業也在IGBT設計上不斷地突破，供貨量一直在提升。

  除了IGBT，以碳化硅為代表的第三代半導體有望在功率器件上發揮重大作用。第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點，相較于傳統硅晶半導體，SiC可以減少50%電能轉換損耗，提升續航、安全性，最終綜合提升整車的性價比。以配備了SiC電控核心的蔚來ET7為例，850的最大扭矩以及480的最大功率，較智己L7和極氪001等傳統硅基IGBT車型有明顯提升。

  當前SiC襯底的成本、難度和技術壁壘較高，國內天科合達、天岳先進和泰科天潤等企業是SiC襯底的第一梯隊。天科合達在國內率先研制出6英寸的SiC襯底，于2021年開始建設生產線;天岳先進于2022年開始試生產;泰科天潤具備SiC功率器件的核心工藝和設備能力。

  相較于主控芯片和功率芯片，模擬芯片、傳感器芯片和存儲芯片的價值占比、迭代難度、緊迫性較小一些，但需求也很旺盛，國產替代空間也很大。

  模擬芯片主要分為信號鏈芯片和電源管理芯片。信號鏈芯片是電子智能化的橋梁，將傳感器探測到的真實世界的物理、化學信號轉化為模擬的電信號，并通過放大、數字信號轉換，用于電子控制單元處理。電源管理芯片具有穩壓、防擊穿、電流保護、恒流驅動等作用。當前模擬芯片在國內的競爭格局較分散，但是總體的梯隊趨勢已經比較明晰，關注現有企業的裝車進程是重點。

  傳感器芯片的成長直接受驅于MEMS傳感器和智能傳感器裝車的增量。當前眾多傳感器企業已經開始自己布局傳感器芯片，追求產業鏈融合，可見傳感器芯片本身有一定的價值量，但是單獨做傳感器芯片的節點價值不大。

  存儲芯片的發展趨勢就是更大的帶寬與容量，讓汽車能夠存儲更多的信息和數據，并且在存儲和讀取時有更快的速度。當前國內北京君正和兆易創新的存儲芯片產品已經在多家車企批量采用，應重點關注這些成熟企業在帶寬和容量上的突破。

  高壁壘，重先發優勢

  總體來看，車規級芯片在生產流程上與消費級、工業級芯片大致相同，都是經過設計、晶圓制造、封裝、測試這四大流程。但是在產品性能上，搭載于汽車、與道路安全息息相關的車規級芯片，要求高出很多。

  車規級芯片的高性能要求主要體現在環境、可靠性和供貨周期三個方面：

  →環境：汽車行駛的外部溫差較大，對芯片的寬溫控制性能有較高要求，車規級芯片一般要求溫度承受區間達到-40℃~150℃，而消費級芯片溫度承受區間一般僅為0-70℃。此外，在對抗濕度、粉塵、鹽堿自然環境、有害氣體侵蝕等方面，車規級芯片也有更高要求。

  →可靠性：整車設計壽命通常在15年及以上，遠高于消費電子產品的壽命需求，所以車規級芯片的壽命要求更長;在失效率方面，整車廠對車規級芯片的要求通常是零失效;在安全性方面，汽車電子具有遠高于消費電子、工業電子的高功能安全標準。

  →供貨周期要求：車規級芯片的供應周期需要覆蓋整車的全生命周期，供應需要可靠、一致且穩定，對企業供應鏈配置和管理方面提出了較高要求。

  除了產品性能，車規級芯片的準入門檻、認證門檻也很高。車規級芯片企業在進入整車廠或Tier1的供應鏈體系前，需符合質量管理體系IATF16949和可靠性標準AEC-Q系列等，還需要較長時間完成相關測試并向整車廠提交測試文件。在完成這些車規級標準規范的認證和審核后，還需經歷嚴苛的應用測試驗證和1-2年的上車驗證，才能進入汽車前裝供應鏈，并且僅為二供或三供，供應量需要一段時間逐步提升。

  綜上，車規級芯片是一個很重視先發優勢的行業，跨界布局的企業會很費力，初創企業在具備上車能力之前也將經歷很長的空窗期。