在汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的驅動之下，車規(guī)級芯片迎來發(fā)展機遇。相較于傳統(tǒng)燃油車，電動車、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。無論對于半導體產業(yè)、還是汽車產業(yè)而言，車規(guī)級芯片都將成為新的利潤增長點。本文對車規(guī)級芯片的行業(yè)概況、規(guī)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(guī)級芯片市場穩(wěn)步增長，國產化加速——主控芯片和功率芯片是價值和技術創(chuàng)新的重地——行業(yè)壁壘高，先發(fā)優(yōu)勢很重要。空間有限，格局漸成，初創(chuàng)需謹慎，重點關注已認證、已上車的中后期企業(yè)。

  市場穩(wěn)步增長，國產加速

  車規(guī)級芯片就是用于汽車的半導體產品，在電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化等各個領域發(fā)揮重要作用。

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

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

  2、沒有應用開發(fā)生態(tài)→開放API和生態(tài)

  3、應用功能固化→軟件新功能開發(fā)

  4、軟件不可迭代→軟件快速迭代和部署

  這種產業(yè)變革升級，以及相關國家政策，帶動了作為汽車“神經(jīng)末梢”的芯片快速發(fā)展，量價齊升。根據(jù)機構測算，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)級芯片的需求、規(guī)模與汽車的需求和銷量直接相關：

  →以2020年傳統(tǒng)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(guī)級芯片為439億顆/每年，市場規(guī)模約339億美元。→預計2026年傳統(tǒng)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(guī)級芯片增加為903億顆/每年，市場規(guī)模約655億美元。

  →預計2035年傳統(tǒng)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(guī)級芯片增加為1285億顆/每年，市場規(guī)模約893億美元。

  根據(jù)Omdia統(tǒng)計，2019年中國車規(guī)級芯片市場規(guī)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(xù)提高，中國將成為車規(guī)級芯片的最大市場。

  但是作為全球最大的車規(guī)芯片市場，國內的自供率不足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導致的“汽車缺芯”現(xiàn)象，也將推動中國車規(guī)芯片市場的國產化進程。在2021年3月，車規(guī)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(xiàn)象也進一步導致了新能源汽車減產，根據(jù)統(tǒng)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(guī)級芯片是具有國家戰(zhàn)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(jù)應用環(huán)節(jié)，車規(guī)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(tǒng)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(guī)格做適當縮減，并將內存、計數(shù)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(zhí)行任務，MCU逐漸從8位發(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)，這推動了系統(tǒng)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(jīng)網(wǎng)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(shù)化提升，SoC的技術難度和價值量也會遠超MCU，將涌現(xiàn)出更多機會。

  功率芯片是新能源汽車動力系統(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體芯片，由于制造工藝非常復雜，只有少數(shù)大品牌具備制造這種芯片的能力。

  IGBT在驅動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、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(tài)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(jù)油門輸入大小以及車輛的狀態(tài)調節(jié)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(yè)鏈的企業(yè)，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(fā)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(yè)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(fā)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(tǒng)硅晶半導體，SiC可以減少50%電能轉換損耗，提升續(xù)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(tǒng)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(yè)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(shù)字信號轉換，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、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(jīng)比較明晰，關注現(xiàn)有企業(yè)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(yè)已經(jīng)開始自己布局傳感器芯片，追求產業(yè)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(jié)點價值不大。

  存儲芯片的發(fā)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(shù)據(jù)，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(chuàng)新的存儲芯片產品已經(jīng)在多家車企批量采用，應重點關注這些成熟企業(yè)在帶寬和容量上的突破。

  高壁壘，重先發(fā)優(yōu)勢

  總體來看，車規(guī)級芯片在生產流程上與消費級、工業(yè)級芯片大致相同，都是經(jīng)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(guī)級芯片，要求高出很多。

  車規(guī)級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方面：

  →環(huán)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(guī)級芯片一般要求溫度承受區(qū)間達到-40℃~150℃，而消費級芯片溫度承受區(qū)間一般僅為0-70℃。此外，在對抗?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(guī)級芯片的壽命要求更長;在失效率方面，整車廠對車規(guī)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(yè)電子的高功能安全標準。

  →供貨周期要求：車規(guī)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(wěn)定，對企業(yè)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(guī)級芯片的準入門檻、認證門檻也很高。車規(guī)級芯片企業(yè)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(guī)級標準規(guī)范的認證和審核后，還需經(jīng)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(guī)級芯片是一個很重視先發(fā)優(yōu)勢的行業(yè)，跨界布局的企業(yè)會很費力，初創(chuàng)企業(yè)在具備上車能力之前也將經(jīng)歷很長的空窗期。