在汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的驅(qū)動(dòng)之下，車規(guī)級(jí)芯片迎來發(fā)展機(jī)遇。相較于傳統(tǒng)燃油車，電動(dòng)車、智能車所需的芯片數(shù)量成倍提升，汽車中芯片的成本占比也不斷提高。無論對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、還是汽車產(chǎn)業(yè)而言，車規(guī)級(jí)芯片都將成為新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。本文對(duì)車規(guī)級(jí)芯片的行業(yè)概況、規(guī)模、趨勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)格局、壁壘等進(jìn)行梳理和分析。

  文章核心觀點(diǎn)速覽

  ——車規(guī)級(jí)芯片市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)化加速——主控芯片和功率芯片是價(jià)值和技術(shù)創(chuàng)新的重地——行業(yè)壁壘高，先發(fā)優(yōu)勢(shì)很重要。空間有限，格局漸成，初創(chuàng)需謹(jǐn)慎，重點(diǎn)關(guān)注已認(rèn)證、已上車的中后期企業(yè)。

  市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)加速

  車規(guī)級(jí)芯片就是用于汽車的半導(dǎo)體產(chǎn)品，在電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

  傳統(tǒng)汽車向智能電動(dòng)汽車的發(fā)展可以類比傳統(tǒng)手機(jī)向智能手機(jī)的發(fā)展：

  1、從簡(jiǎn)單的邏輯處理發(fā)展至復(fù)雜邏輯→大數(shù)據(jù)量的功能性處理;

  2、沒有應(yīng)用開發(fā)生態(tài)→開放API和生態(tài)

  3、應(yīng)用功能固化→軟件新功能開發(fā)

  4、軟件不可迭代→軟件快速迭代和部署

  這種產(chǎn)業(yè)變革升級(jí)，以及相關(guān)國(guó)家政策，帶動(dòng)了作為汽車“神經(jīng)末梢”的芯片快速發(fā)展，量?jī)r(jià)齊升。根據(jù)機(jī)構(gòu)測(cè)算，新能源汽車所需要的芯片數(shù)量在1000-2000顆左右，單車的芯片成本在786-859美元之間，是傳統(tǒng)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(shù)量有可能繼續(xù)提高。

  車規(guī)級(jí)芯片的需求、規(guī)模與汽車的需求和銷量直接相關(guān)：

  →以2020年傳統(tǒng)汽車銷量7276萬臺(tái)測(cè)算，新能源汽車324萬臺(tái)測(cè)算，全球需要的車規(guī)級(jí)芯片為439億顆/每年，市場(chǎng)規(guī)模約339億美元。→預(yù)計(jì)2026年傳統(tǒng)汽車銷量6780萬臺(tái)測(cè)算，新能源汽車4420萬臺(tái)測(cè)算，全球需要的車規(guī)級(jí)芯片增加為903億顆/每年，市場(chǎng)規(guī)模約655億美元。

  →預(yù)計(jì)2035年傳統(tǒng)汽車銷量2400萬臺(tái)測(cè)算，新能源汽車9600萬臺(tái)測(cè)算，全球需要的車規(guī)級(jí)芯片增加為1285億顆/每年，市場(chǎng)規(guī)模約893億美元。

  根據(jù)Omdia統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)車規(guī)級(jí)芯片市場(chǎng)規(guī)模占全球市場(chǎng)比重約27.2%。未來隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車銷量的高增長(zhǎng)、滲透率不斷提升，這個(gè)占比有望持續(xù)提高，中國(guó)將成為車規(guī)級(jí)芯片的最大市場(chǎng)。

  但是作為全球最大的車規(guī)芯片市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的自供率不足5%，呈現(xiàn)出海外大廠壟斷格局。極低的自供率，以及這兩年眾多原因?qū)е碌摹捌嚾毙尽爆F(xiàn)象，也將推動(dòng)中國(guó)車規(guī)芯片市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。在2021年3月，車規(guī)級(jí)芯片的交付周期約為18周，僅一年，這個(gè)周期就增長(zhǎng)為26周。這個(gè)現(xiàn)象也進(jìn)一步導(dǎo)致了新能源汽車減產(chǎn)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)今年1-4月累計(jì)減產(chǎn)新能源車約7萬輛。從這個(gè)角度看，車規(guī)級(jí)芯片是具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的產(chǎn)品，是雙碳和新能源車政策驅(qū)動(dòng)的部件之一，國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。

  主控和功率芯片價(jià)值最高

  根據(jù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，車規(guī)級(jí)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(chǔ)芯片，其中主控芯片和功率芯片的價(jià)值占比最大，兩者合計(jì)占汽車半導(dǎo)體成本50%甚至更高。

  主控芯片就是汽車電子系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)計(jì)算、分析、輸出、控制。當(dāng)前汽車中最主要使用的控制芯片是單片微型計(jì)算機(jī)MCU，它是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，每輛車所需的MCU平均在70顆以上。為了應(yīng)對(duì)日趨復(fù)雜的執(zhí)行任務(wù)，MCU逐漸從8位發(fā)展到16位，再到當(dāng)下的32位，已廣泛應(yīng)用于儀表盤控制、車身控制、引擎控制、多媒體系統(tǒng)等。全球汽車MCU的市場(chǎng)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(gòu)鞏固地位。

  盡管寬位不斷提高，但MCU簡(jiǎn)單的架構(gòu)仍然無法支持多任務(wù)和復(fù)雜數(shù)據(jù)，這推動(dòng)了系統(tǒng)級(jí)芯片SoC在汽車上的應(yīng)用。相較于MCU，SoC的架構(gòu)中還包括了復(fù)雜的外設(shè)、音頻處理器、圖像處理器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器等，這類芯片是智能座艙和自動(dòng)駕駛趨勢(shì)下的控制核心。隨著自動(dòng)駕駛算力需求的指數(shù)化提升，SoC的技術(shù)難度和價(jià)值量也會(huì)遠(yuǎn)超MCU，將涌現(xiàn)出更多機(jī)會(huì)。

  功率芯片是新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)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(xù)流二極管芯片通過特殊的工藝封裝成的模塊化半導(dǎo)體芯片，由于制造工藝非常復(fù)雜，只有少數(shù)大品牌具備制造這種芯片的能力。

  IGBT在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電池、空調(diào)控制等模塊上均有應(yīng)用，例如充電時(shí)，IGBT把220V標(biāo)準(zhǔn)交流電轉(zhuǎn)換成電池需要的直流電，當(dāng)在行駛狀態(tài)下，IGBT再將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供給交流電機(jī)。同時(shí)，IGBT還需要實(shí)時(shí)調(diào)控全車電壓。另外，它可以根據(jù)油門輸入大小以及車輛的狀態(tài)調(diào)節(jié)整車輸出功率。

  當(dāng)前比亞迪半導(dǎo)體是目前國(guó)內(nèi)唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，在1200V等級(jí)的大功率IGBT器件領(lǐng)域，完成了設(shè)計(jì)、流片、封裝的一體化發(fā)展，正在沖刺上市。除了比亞迪，士蘭微、華潤(rùn)微、斯達(dá)半導(dǎo)和華微電子等企業(yè)也在IGBT設(shè)計(jì)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(dǎo)體有望在功率器件上發(fā)揮重大作用。第三代半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、高抗輻射能力等特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)硅晶半導(dǎo)體，SiC可以減少50%電能轉(zhuǎn)換損耗，提升續(xù)航、安全性，最終綜合提升整車的性價(jià)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(tǒng)硅基IGBT車型有明顯提升。

  當(dāng)前SiC襯底的成本、難度和技術(shù)壁壘較高，國(guó)內(nèi)天科合達(dá)、天岳先進(jìn)和泰科天潤(rùn)等企業(yè)是SiC襯底的第一梯隊(duì)。天科合達(dá)在國(guó)內(nèi)率先研制出6英寸的SiC襯底，于2021年開始建設(shè)生產(chǎn)線;天岳先進(jìn)于2022年開始試生產(chǎn);泰科天潤(rùn)具備SiC功率器件的核心工藝和設(shè)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(chǔ)芯片的價(jià)值占比、迭代難度、緊迫性較小一些，但需求也很旺盛，國(guó)產(chǎn)替代空間也很大。

  模擬芯片主要分為信號(hào)鏈芯片和電源管理芯片。信號(hào)鏈芯片是電子智能化的橋梁，將傳感器探測(cè)到的真實(shí)世界的物理、化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)，并通過放大、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，用于電子控制單元處理。電源管理芯片具有穩(wěn)壓、防擊穿、電流保護(hù)、恒流驅(qū)動(dòng)等作用。當(dāng)前模擬芯片在國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)格局較分散，但是總體的梯隊(duì)趨勢(shì)已經(jīng)比較明晰，關(guān)注現(xiàn)有企業(yè)的裝車進(jìn)程是重點(diǎn)。

  傳感器芯片的成長(zhǎng)直接受驅(qū)于MEMS傳感器和智能傳感器裝車的增量。當(dāng)前眾多傳感器企業(yè)已經(jīng)開始自己布局傳感器芯片，追求產(chǎn)業(yè)鏈融合，可見傳感器芯片本身有一定的價(jià)值量，但是單獨(dú)做傳感器芯片的節(jié)點(diǎn)價(jià)值不大。

  存儲(chǔ)芯片的發(fā)展趨勢(shì)就是更大的帶寬與容量，讓汽車能夠存儲(chǔ)更多的信息和數(shù)據(jù)，并且在存儲(chǔ)和讀取時(shí)有更快的速度。當(dāng)前國(guó)內(nèi)北京君正和兆易創(chuàng)新的存儲(chǔ)芯片產(chǎn)品已經(jīng)在多家車企批量采用，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些成熟企業(yè)在帶寬和容量上的突破。

  高壁壘，重先發(fā)優(yōu)勢(shì)

  總體來看，車規(guī)級(jí)芯片在生產(chǎn)流程上與消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)芯片大致相同，都是經(jīng)過設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、測(cè)試這四大流程。但是在產(chǎn)品性能上，搭載于汽車、與道路安全息息相關(guān)的車規(guī)級(jí)芯片，要求高出很多。

  車規(guī)級(jí)芯片的高性能要求主要體現(xiàn)在環(huán)境、可靠性和供貨周期三個(gè)方面：

  →環(huán)境：汽車行駛的外部溫差較大，對(duì)芯片的寬溫控制性能有較高要求，車規(guī)級(jí)芯片一般要求溫度承受區(qū)間達(dá)到-40℃~150℃，而消費(fèi)級(jí)芯片溫度承受區(qū)間一般僅為0-70℃。此外，在對(duì)抗?jié)穸取⒎蹓m、鹽堿自然環(huán)境、有害氣體侵蝕等方面，車規(guī)級(jí)芯片也有更高要求。

  →可靠性：整車設(shè)計(jì)壽命通常在15年及以上，遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子產(chǎn)品的壽命需求，所以車規(guī)級(jí)芯片的壽命要求更長(zhǎng);在失效率方面，整車廠對(duì)車規(guī)級(jí)芯片的要求通常是零失效;在安全性方面，汽車電子具有遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子、工業(yè)電子的高功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

  →供貨周期要求：車規(guī)級(jí)芯片的供應(yīng)周期需要覆蓋整車的全生命周期，供應(yīng)需要可靠、一致且穩(wěn)定，對(duì)企業(yè)供應(yīng)鏈配置和管理方面提出了較高要求。

  除了產(chǎn)品性能，車規(guī)級(jí)芯片的準(zhǔn)入門檻、認(rèn)證門檻也很高。車規(guī)級(jí)芯片企業(yè)在進(jìn)入整車廠或Tier1的供應(yīng)鏈體系前，需符合質(zhì)量管理體系IATF16949和可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q系列等，還需要較長(zhǎng)時(shí)間完成相關(guān)測(cè)試并向整車廠提交測(cè)試文件。在完成這些車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證和審核后，還需經(jīng)歷嚴(yán)苛的應(yīng)用測(cè)試驗(yàn)證和1-2年的上車驗(yàn)證，才能進(jìn)入汽車前裝供應(yīng)鏈，并且僅為二供或三供，供應(yīng)量需要一段時(shí)間逐步提升。

  綜上，車規(guī)級(jí)芯片是一個(gè)很重視先發(fā)優(yōu)勢(shì)的行業(yè)，跨界布局的企業(yè)會(huì)很費(fèi)力，初創(chuàng)企業(yè)在具備上車能力之前也將經(jīng)歷很長(zhǎng)的空窗期。