我们必须知道的汽车“芯”机会_风闻

汽车芯片，一个让人熟悉又有些陌生的东西，在汽车走向智能化的今天，显得越来越重要。因为疫情原因，2020年底开始汽车行业爆发严重的芯片短缺问题，直到今年也仍然未得到全面解决。但从另一方面，即使在武汉、上海爆发严重疫情期间，当地的半导体企业仍然想方设法保持不停工、稳生产，可见半导体在如今科技和工业供应体系中的重要地位。通过以下几个方面，回顾一下关于汽车芯片，那些需要我们了解的知识。

汽车芯片的发展状态

我们知道，当前消费电子已先一步进入了智能时代，而汽车行业正面临着智能化的产业变革和升级，整体可以类比从功能机到智能机的这一过程。叠加政策端碳中和的推动、电动化浪潮的兴起，新能源汽车将继续目前的快速增长势头，并逐步走向智能化，可以想象，汽车智能终端将成为智能时代的非常重要的一种神经末梢。而汽车芯片是助力汽车步入智能时代的核心器件，从物理世界的感知到物理世界的表达，汽车作为智能终端，将需要具备四种基础能力：联接能力、感知能力、表达能力以及计算能力，这四种能力都是需要大量的芯片来支撑和实现。

**同时，随着电动化、信息娱乐、自动驾驶等的不断应用，汽车电子成本占到整车成本的比例不断提升。**根据智研咨询统计，汽车电子的成本占整车成本比例已经从上世纪70年代的4%，成长到2020年的30%左右，预计到2030年汽车电子价值可占整车价值的50%。2021全球汽车电子市场约2700亿美元，预计2027年可达4000亿美金，其中汽车半导体市场约505亿美元，预计2027年可达1000亿美元。

与传统汽车相比，新能源汽车的各类芯片使用数量显著增多，比如电源管理芯片、主控芯片、传感器芯片、图像处理芯片、等等，应用都大幅提升。根据广汽研究院的测算，传统汽车使用的芯片数量一般为400-700 个，而新能源汽车装配的芯片数量可达500-800 个，有的甚至超过1000个。由此，随着新能源汽车的销量增长，汽车芯片的使用量也快速增高。以2020 年传统汽车销量7276 万台、和新能源汽车324 万台测算，汽车芯片需求量为439 亿颗/年，2026 年按照传统汽车销量6780 万台、新能源汽车4420 万台测算，则需求汽车芯片近千亿颗/年。

从汽车芯片的产业链来看，上游是基础半导体材料、制造设备、晶圆制造；中游则是汽车芯片制造、智能驾驶芯片制造、辅助驾驶系统芯片制造、车身控制芯片制造、等等；下游是汽车车载系统制造和车用仪表制造（Tier1供应商），最后到整车制造商（一个汽车芯片的产业链如下图）。

从汽车芯片厂商来看，长期以来汽车芯片市场一直被英飞凌、恩智浦、德州仪器、瑞萨、意法半导体等汽车芯片巨头所垄断，**外来者鲜有机会可以入局。**但随着汽车加速进入智能化时代，汽车芯片市场的格局正在被打破。尤其是特斯拉FSD芯片的推出，一场围绕高级别自动驾驶的商业大战已经打响，英特尔、英伟达、高通等新进入者已经逐步抢占到新市场领域的先机（全球性的汽车芯片厂商详见下图）。

汽车芯片的分类

汽车芯片从应用环节可以分为 5 大类：主控芯片、功率芯片、传感器芯片、存储芯片、信号与接口芯片。

（1）主控芯片：主要用于计算分析和决策，可以分为功能芯片MCU和主控芯片SOC。MCU 指的是芯片级芯片，一般只包含 CPU 一个处理单元（即MCU=CPU+存储+接口单元）。而 SOC指的是系统级芯片，一般包含多个处理单元（即SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+存储+接口单元）。

（2）功率芯片：主要用于保证和调节能源传输 。可以细分为①电源芯片：DCDC,LDO,PMU 等；②驱动芯片：高低边驱动、HBD 等；③功率放大器：音频功放等；④功率模组：IGBT、组合 MOS 等；⑤其他：eFUSE、理想二极管控制器。

（3）传感器芯片：主要用于探测、感受外界信号、物理条件或化学组成，并将探知的信息转变为电信号或其他所需形式传递给其他设备。可以细分为 ①雷达传感器：超声波、毫米波、激光雷达等；②图像传感器：CMOS 传感器等；③光电传感器：阳光/红外传感器、压力、流量传感器等；④生物传感器：气味传感器、氧气传感器等；⑤磁传感器（霍尔传感器等）。

（4）存储芯片：主要用于数据存储功能。可以细分为①内存 DRAM(DDR、LPDDR4(x)等)；②闪存 FLASH（NAND FLASH、NOR FLASH）；③EEPROM 等。

（5）信号与接口芯片：主要用于发送、接收以及传输通讯信号。可以细分为 ①总线芯片 CAN/LIN/USB/ETH 等；②通信与射频芯片：基带、V2X、BT/WiFi 等；③音视频芯片包括：音频芯片， SerDes，ISP 等；④信号变换：包括复用器、放大器、隔离器等；⑤专用功能芯片包括：苹果认证、安全加密芯片等。

据统计，2020 年汽车半导体产品市场需求情况大概为：主控芯片占比 23%，功率芯片占比 22%，传感器芯片占比13%，存储芯片占比 9%，其他占比 33%。

汽车芯片未来发展趋势

预计2025年中国智能驾驶汽车产销量达到2000万台，其中L2+/L3自动驾驶级别的汽车数量将超过半数，同样到 2025 年，全球新车销量预计超过9000 万辆，其中辅助驾驶+自动驾驶的装配车辆可达 6000 万辆，随着整车厂、Tier1供应商、以及各种人工智能公司在自动驾驶领域的技术突破，世界各国以及标准组织对自动驾驶的政策与立法的出台，以及在自动驾驶周边基础设施的投资和建设，L3-L5 阶段的自动驾驶对器件工艺要求将提高，将会带动汽车芯片的飞速发展。

下面从几类不同的汽车芯片，来具体看一看它们的发展趋势:

功能芯片MCU：随着汽车电子化程度的加速渗透，汽车 ECU (电子控制单元)的数量也在快速上升，而 ECU 中均需要 MCU 芯片。一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU 占比约 30%，目前每辆车需要 70 颗以上的 MCU 芯片，随着汽车不断向智能化演进，MCU 的使用必将增长，并且会越来越快。在汽车智能化需求下，32 位处理器的MCU将成为未来的主流。

32 位 MCU：主要应用于仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制及智能驾驶安全系统及动力系统。其强调智能性、实时性和多样化，除处理复杂的运算及控制功能， 32 位 MCU 也将扮演车用电子系统中的主控处理中心角色，也就是将分散各处的中低阶电子控制单元集中管理。16 位 MCU：主要应用于动力传动系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制和电子式涡轮系统等，也适合用于底盘结构和电子泵、电子刹车等。8 位 MCU：主要应用于车体的各个子系统，包括风扇控制、空调控制、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等控制功能。

主控芯片SoC：随着智能汽车的发展，特别是智能座舱和自动驾驶概念的兴起，主控芯片SoC应运而生, SoC芯片主要分为智能座舱芯片及自动驾驶芯片。

智能座舱芯片：智能座舱芯片相比于自动驾驶芯片对安全的要求相对更低，未来车内“一芯多屏”技术的发展将依赖于智能座舱 SoC，芯片本身也将朝小型化、集成化、高性能化 的方向发展。座舱芯片兼顾高安全性、高算力、低功耗等特点是未来的趋势。高通已经布局多款芯片产品，技术与市场优势逐渐明显，传统汽车 SoC 芯片厂商的产品多用于中低端车型，市场份额被挤压。座舱域控制器进一步整合，国内厂商也快速跟进，多家供应商的智能座舱平台在集成仪表中控、后座娱乐、HUD、语音控制等基本功能基础上，还进一步集成了环视、DMS、OMS 以及部分 ADAS 功能等，德赛西威是智能座舱供应商的代表。

自动驾驶芯片：自动驾驶芯片一方面需要满足更高的安全等级，同时随着自动驾驶级别升高，需要更高的算力支持，未来自动驾驶芯片会往集成“CPU+XPU”的异构式 SoC（XPU 包括 GPU/FPGA/ASIC 等）方向发展。算力随着智能化提升而不断提升，L1 需要1TOPS 算力，L2 需要 10+TOPS 算力，L3 需要 100+TOPS 算力, L4 则要 500+TOPS 算力，L5 需要超过1000TOPS 算力，高算力需求推动了 SOC 芯片和计算平台的发展。目前多家头部企业实现 L2-L5 全覆盖，其中英伟达在算力方面最为领先，其最新发布的Atlan芯片算力超过 1000TOPS。国内芯片厂商的能耗比较好，比如地平线、黑芝麻等。此外，晶晨股份、瑞芯微、富瀚微等也在加速布局汽车芯片。

传感器芯片：智能驾驶需通过传感器获得大量数据， L2 级别的汽车大约携带 6 个传感器，L5 级别的汽车预计会携带多达32 个传感器（超声波雷达 10 个+长距离雷达传感器 2 个+短距离雷达传感 器 6 个+环视摄像头 5 个+长距离摄像头 4 个+立体摄像机 2 个+Ubolo 1 个+激光雷达 1 个 +航位推算 1 个）。随着汽车智能化程度提升，汽车传感器的价值量也将快速提升。根据英飞凌测算，L2 级别汽车需要的传感器价值约为 160 美元，到 L4/L5 级别的汽车则提升到 970 美元。

**传感器厂商方面，韦尔股份等公司新产品均已导入车用市场。**韦尔股份的 CMOS 图像传感 器、LCOS、ASIC 均可用于汽车领域；其中公司 CMOS 图像传感器为后视摄像头（RVC）、 环景显示系统（SVS）和电子后视镜提供了更高性价比的高质量图像解决方案。激光雷达方面，禾赛、速腾聚创、法雷奥等发布了新产品。禾赛科技推出搭载新一代自研芯片的 车规级半固态激光雷达 AT128，并发布了全新近距超广角激光雷达 QT128。禾赛 AT128 点频超过每秒 153 万个点，具备 200 米@10%的超强测远能力，最远地面线可以达到 70 米， 能够为量产车实现稳定可靠的 L3+ADAS 功能提供必要的感知能力。

QT128 则拥有 105° 超广垂直视场角，是一款为 L4 级 robotaxi 和 robotruck 等自动驾驶应用打造的补盲雷达。法雷奥发布的第三代 SCALA 激光雷达将于 2024 年上市。凭借其所使用的激光系统，这款激光雷达可检测到 200 米开外肉眼、摄像头和普通雷达所看不到的物体，在高速公路上以高 达 130 公里/小时的速度行驶，并使用算法来预测周围车辆的轨迹并相应地触发必要操作。

功率半导体：新能源汽车相比传统燃油车，功率半导体价值量提升幅度较大。按照传统燃油车半导体价值量 417 美元计算，功率半导体单车价值量约为 87.6 美元，按照 FHEV、PHEV、BEV 单车半导体价值量 834 美元计算，功率半导体单车价值量则达到 458.7 美元，价值量增加四倍多。

**汽车电动化、网联化、智能化发展趋势中带动汽车半导体需求大幅度增长。**IGBT(绝缘栅双极型晶体管)应用于新能源的电压转换，例如汽车动力系统、光伏逆变器等，IGBT 功率模块是逆变器的核心功率器件， IGBT 透过控制开关控制改变电压，因其具备耐压的特性被各类下游市场广泛使用，此外由于 IGBT 工艺与设计难度高，海外企业凭借多年的积累占据较大的市场份额；国内厂商近年来通过积极研发投入，在国内新能源汽车用 IGBT 模块市场上占据到一定市场份额，但仍有很大的国产替代空间。

功率半导体方面**，士兰微、斯达半导、宏微科技积极布局。**士兰微自主研发的 V 代 IGBT 和 FRD 芯片的电动汽车主电机驱动模块在 2021 年上半年已在国内多家客户通过测试，并在部分客户开始批量供货。斯达半导 2021 年上半年应用于主电机控制器的车规级 IGBT 模块持续放量，合计配套超过 20 万辆新能源汽车，同时基于第七代微沟槽 Trench FieldStop 技术的新一代车规级 650V/750V IGBT 芯片研发成功，预计 2022 年开始批量供货。宏微科技车规级 IGBT 模块 GV 系列产品已实现对臻驱科技（上海）有限公司小批量供货，汇川技术、蜂巢电驱和麦格米特正在对 GV 系列产品进行产品认证。

存储芯片：汽车智能化和车联网加速了汽车存储的应用，尤其是图像传感器的数量和分辨率不断提升， 加大了对数据存储的需求。随着技术越来越发达，未来智能汽车，尤其是无人驾驶，将不仅仅是交通工具，更是信息汇总、数据中心和传输中心，对于数据收集和处理能能力的要求也会越来越高。汽车存储系统随着智能化水平的提升，容量和性能将实现快速增长。

20 世纪 70 年代起，DRAM 进入商用市场，并以其极高的读写速度成为存储领域最大分支市场；功能手机出现后，迎来 NOR Flash 市场的爆发；进入 PC 时代，人们对于存储容量的需求越来越大，低成本、高容量的 NAND Flash 成为最佳选择。智能化时代里，存储器的市场空间将进一步扩大，对数据存储在速度、功耗、容量、可靠性层面也将提出更高的要求。而 DRAM 虽然速度快，但功耗大、容量低、成本高，且断电无法保存数据，使用场景受限；NOR Flash 和 NAND Flash 读写速度低，存储密度受限于工艺制程。市场亟需能够满足汽车使用场景的存储器产品，性能有着突破性进展的新型存储器即将迎来快速增长期。

北京君正、兆易创新的存储芯片产品均已导入车用市场。北京君正收购北京矽成后进入车载存储芯片领域，已与博世汽车、大陆集团等下游供应商达成紧密合作。兆易创新的 GD25 SPI NOR Flash芯片全面满足车规级 AEC-Q100 认证， GD25 车规级存储全系列产品已在多家汽车企业批量采用，主要应用于车载辅助驾驶系统、车载通讯系统、车载信息及娱乐系统、电池管理系统等，为市场提供国产化车规级闪存产品。

汽车智能化程度的提高和相关技术的不断升级，将带来各类车载芯片的需求增长，正如前文所述，传统汽车使用的芯片数量一般为400-700 个，而新能源汽车装配的芯片数量可达500-800 个，甚至超过1000个。**随着新能源汽车的销量增长，汽车芯片的使用量也快速提升。**以2020 年传统汽车销量7276 万台、和新能源汽车324 万台测算，汽车芯片需求量为439 亿颗/年，2026 年按照传统汽车销量6780 万台、新能源汽车4420 万台测算，则需求汽车芯片近千亿颗/年。基于现有研究测算，按照传统汽车需要的半导体芯片价值量397-462 美元/辆，新能源汽车为786-859 美元/辆。2020 年全球汽车芯片价值量约为339 亿美元，预计2026 年价值量可达655 亿美元，甚至更高。

汽车芯片的供需状况

汽车的电动化和智能化趋势，不断推动着全球汽车芯片的需求增加，而全球芯片产能投资相对保守，所以供需不平衡的问题一直存在。5G 与 物联网的快速发展，也带动了消费电子对芯片的需求，进一步挤压了汽车芯片的产能。叠加全球疫情与各类突发事件，部分芯片厂商受到冲击，出现减产或间断性停产，于是正常供需关系被中断，还有贸易战与“卡脖子”政策，影响正常的国际贸易，汽车芯片市场情绪不断升温，频繁出现非正常囤货与炒作。

因为以上多种原因，从2020 年下半年开始，汽车缺芯的问题持续发酵，多次爆发，影响到全球众多车企的车辆生产和供应，一年多以来部分领域芯片供应仍未得到缓解。

根据统计，**目前缺芯的主要为: 主控芯片 MCU，功率类的电源芯片、驱动芯片。**根据广汽研究院的测算，这三者占中高风险缺芯的 74%，其次是信号链芯片 CAN/LIN 等通信芯片。而从汽车芯片厂商来看，缺芯主要来自恩智浦、德州仪器、英飞凌、意法半导体等芯片头部企业，总体来看 75%的中高风险缺芯来自以上四家公司。从缺芯的产地分布来看，77%的缺芯来自东南亚和美国，主要由于东南亚及美国的疫情较为严重，除此之外中国台湾、日本、欧洲也都面临着缺芯情况。

那如果放眼未来，缺芯还将持续吗？将会有什么样的趋势呢？**这要从汽车芯片的产业布局和进展来具体分析。**在中国市场上，功率半导体有望优先实现国产替代，市场供应将逐步回稳，以比亚迪、中车为代表的企业国产化率不断提高。而主控芯片MCU、传感器芯片（毫米波雷达、激光雷达）等，未来伴随着搭载数量增加，短缺问题将会长期存在。SOC 芯片虽然目前暂无影响，由于它是高性能产品，目前应用相对较少，但未来存在缺货的风险。存储类芯片目前 NOR 闪存、SRAM 短缺，和功率半导体类似，兆易创新、复旦微电等中国企业已经开始相关存储芯片的量产。

在全球范围，多个经济体也相继出台芯片发展战略，鼓励追加投资，集中各种资源，推动半导体产业的发展和供应链本土化。今年2月，美国、欧盟先后出台相关法案，强化半导体领域的支持和补贴。在此之前，韩国、日本、中国、印度都曾出台针对半导体的中长期发展战略，力求在未来半导体全球供应体系中占据重要的地位。近年来，中国不断重视起中国芯片产业的发展，在国家的支持政策下，很多科技企业、高校以及科研机构都投入到了芯片产业之中，大家都在努力想要弥补自身的短板。

经过努力，中国国产芯片的销售额有了明显的提升，**但不可否认与先进国家依然存在明显差距。**中国芯片产业的增速很快，但中国芯片市场的增长还是集中在中低端芯片领域，而芯片的高端环节，中国芯片产业是无能为力的，比如芯片设计软件、高精芯片制造、光刻机等等。撇开美国、日韩等早早竖起的技术壁垒不谈，要想在芯片制造的高端环节有所突破，就需要源源不断的顶尖人才的输送，而芯片人才的缺口是全球性的，吸纳人才的难度比其他产业更大。如此一来，如果中国想要减少芯片外购，实现芯片的自给自足，将还有很长一段路要走。实现中低端芯片的自给自足只是第一步，下一步就是要在高端芯片方面取得突破了，这需要持续的投入，还需要保持相当地耐心。

在两年前，任正非就曾说过：“修桥、修路、修房子，只要砸钱就行了，这个芯片砸钱不行的，得砸数学家、物理学家、化学家，中国要踏踏实实在数学，物理、化学、神经学、脑科学，各个方面努力去改变，我们才可能在这个世界上站得起来”，或许可以给我们一些启示。