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轿车电子职业深度陈述:单车硅含量进步是确定性趋势

2022-06-12 21:45:24 | 作者:bob球彩

  硬件预埋支撑软件迭代,架构转型倒逼硬件晋级。软件的可开发性注定智能轿车的功或许面对无约束的扩张。跟着轿车软件代码的数量越来越多,现在现已到了上亿行的 规划,支撑大规划软件开发要SOA架构完结软硬件解耦,再经过预埋硬件,完结整车软 件迭代晋级和某些付费解锁功用。SOA映射到硬件层面,其实便是一个跨域交融的E/E架 构。传统E/E架构下,每添加一项功用,都需求添加一个操控器,有许多坏处,如布线 困难、本钱上升,功用方面看来,封闭式网络不利于传感器传输数据、芯片间的协同, 更难以完结整车OTA晋级。而跨域交融的E/E架构能够满意智能轿车所需的高核算功用、 高通讯带宽、高功用安全性、高网络安全性、软件继续晋级才能等多方面的要求,在跨 域交融E/E架构下,硬件都有显着的会集化趋势。

  在轿车电动化、智能化和网联化三大趋势驱动之下,当时轿车内半导体含量大幅进步, 内置包含操控芯片(CPU/GPU/FPGA等)、存储芯片(DRAM/NAND/NOR Flash等)、MCU芯 片、CMOS图画传感器、V2X射频芯片、VCSEL芯片、触控芯片、显现芯片、LED芯片、 MOSFET/IGBT、超声波/毫米波芯片、PMIC电源办理芯片等等。依据我国轿车工业协会数 据显现,传统燃油车所需轿车芯片数量为600-700颗,电动车所需的轿车芯片数量将提 升至1600颗/辆,而更高档的智能轿车对芯片的需求量将有望进步至3000颗/辆。

  轿车三化趋势下单车半导体含量显着进步。罗兰贝格界说当下轿车四大开展趋势为 “M.A.D.E”,即Mobility移动出行、Autonomous driving自动驾驭、Digitalization 数字化和Electrification电气化,其间电气化、数字化和自动驾驭别离对应电动化、 智能化和网联化。依据罗兰贝格测算,2019年典型的L1级奢华品牌燃油车中轿车电子电 气相关的BOM(物料清单)价值(不含电池与电机)为3145美元,估计到2025年一辆豪 华品牌L3等级自动驾驭纯电车BOM价值将进步至7030美元,增量达3885美元,其间网联 化、智能化和电动化将别离带来925美元/725美元/2235美元的进步。

  跟着轿车向智能化开展,特别是智能座舱和自动驾驭概念的鼓起,对轿车的算力提出了 更高的要求,传统的功用芯片已无法满意算力需求,主控芯片SoC应运而生。依据IHS数据,估计2025年全球轿车SoC商场规划将到达82亿美元,而且L3等级以上自动 驾驭估计2025年之后开端大规划进入商场,配套高算力、高功用SoC芯片将会带来极高 附加值,有望带动主控芯片商场快速扩容。

  高档驾驭辅佐体系(Advanced Driving Assistance System,ADAS)是运用设备在车上 的林林总总传感器(毫米波雷达、激光雷达、单\双目摄像头以及卫星导航),在轿车 行进进程中随时来感应周围的环境,搜集数据,进行静态、动态物体的辨识、侦测与追 踪,并结合导航地图数据,进行体系的运算与剖析,然后预先让驾驭者发觉到或许发生 的风险,有用添加轿车驾驭的舒适性和安全性。依照美国轿车工程师协会发布的自动驾 驶分级,L2级及以下界说为高档辅佐驾驭技能,L3级及以上界说为自动驾驭技能。当时 商场仍为L1-L2的辅佐驾驭主导,估计2023年后L3及以上等级开端逐渐浸透。

  自动驾驭等级进步需求更高的算力支撑,只具有CPU处理器的芯片难以满意需求,自 动驾驭芯片会往集成CPU+XPU的异构式SOC(XPU包含GPU/FPGA/ASIC等)方向发 展。现在商场干流的三大架构计划包含:英伟达和特斯拉选用的处理器整合特别运用芯 片和绘图芯片(CPU+ASIC+GPU)规划架构;英特尔转投资的Mobileye和地平线选用 的CPU+ASIC架构;Alphabet旗下子公司Waymo和百度Apollo则选用的CPU+FPGA架 构。

  算力先行是车企干流战略,自动驾驭芯片算力继续攀升。关于车企来说,预置算力最 大值决议车辆智能化晋级上限。当时面向量产乘用车的智能驾驭体系全体仍处于L3及以 下等级,但因为轿车产品具有长达5~10年的生命周期,车载核算途径的算力上限决议车 辆生命周期内可承载的软件服务晋级上限,因此智能驾驭软件迭代周期与硬件替换周期 存在错位。故为确保车辆在全生命周期内的继续软件晋级才能,主机厂在智能驾驭上采 取“硬件预置,软件晋级”的战略,经过预置大算力芯片为后续软件与算法晋级优化提 供满意开展空间,以蔚来、智己、威马、小鹏为代表的主机厂在新一代车型中均将智能 驾驭算力进步至500~1000Tops等级。当下大算力芯片已成为轿车智能化开展的要害 “根底设施”,亦成为芯片厂商的角力场。

  除特斯拉自研自动驾驭FSD芯片用于自供外,全体自动/辅佐驾驭芯片商场出现消费电 子芯片巨子、新式芯片科技公司、传统轿车芯片厂商三大阵营。传统轿车芯片厂商阵在传统轿车芯片范畴近乎呈独占位置,产品线、主 机厂有深沉联系堆集,满意车规级要求方面有深沉技能才能储藏,但在AI核算芯片上优势缺乏,产品多用于中低端车型;消费电子芯片巨子阵营具有深沉的芯片技能储藏,资 金雄厚,可支撑起对先进支撑和高算力芯片的昂扬研制投入,一起具有杰出的软件生态, 车载核算芯片技能抢先,在中高端车型与新势力车型商场中有广泛运用;新式芯片科技 公司阵营在AI算法与核算上有独特的产品优势,比较传统厂商才能更为全栈,可供给 “芯片+算法参阅+技能支撑”的产品服务,但在车规级与大规划量产才能上仍待进步, 产品首要运用于自主品牌车型。

  现在来看,英伟达及背靠英特尔的Mobileye处于自动/辅佐驾驭芯片榜首队伍,华为海 思、地平线、高通处于第二队伍,上升攻势不容小觑。但考虑到现在商场量产车型装备 的ADAS等级仍首要处于L1-L2的初级阶段,咱们以为职业格式仍未落定,各家厂商暂处 于百家争鸣的阶段。

  智能座舱领跑轿车智能化,打造“第三生活空间”。在燃油车年代,车机功用简略,只要 机械式外表盘及简略的音频播映设备,之后开端出现小尺度中控液晶显现器+导航功用 的电子座舱。从特斯拉开端,大尺度中控液晶屏成为电动车的标配,并逐渐开展成现在 包含驾驭信息显现体系、车载文娱信息体系、昂首显现体系HUD、人车交互体系、流媒 体后视镜、T-Box等多个子体系的智能座舱。当下智能座舱功用逐渐从涣散到会集,控 制也从独立到整合,未来将朝着硬件算法会集化、构架一体化、体会智能化的方向行进, 多功用集成的轿车将成为咱们作业文娱两不误的“第三空间”。依据IHS数据,估计到 2030年,全球轿车智能座舱的商场规划将到达681亿美元,到时国内的商场规划也将超 过1600亿元,成为全球最首要的智能座舱商场。

  “一芯多屏”的规划有望成为智能座舱干流操控计划。跟着电动车电子/电气架构 的不断演进,由曩昔的散布式离散域操控架构,逐渐走到会集式一体化操控,即车内所 有电子单元(除自动驾驭操控单元外)一致都由一块芯片来操控,当下“CPU+GPU+XPU” 的多核SoC芯片是现在智能座舱芯片厂商的干流技能道路。依据罗兰贝格数据,估计多 核SoC芯片在座舱内的浸透率将从2020年的20%(全球)和24%(我国)进步至2025年的 55%(全球)和59%(我国),一起估计至2030年多核SoC智能座舱计划在全球和国内新 车中的浸透率将别离到达87%和90%。

  高算力+先进制程+快速迭代是智能座舱主控芯片开展方向。智能座舱所代表的“车载 信息文娱体系+流媒体后视镜+昂首显现体系+全液晶外表+车联网体系+车内乘员监 控体系”等交融体会都依赖于芯片核算才能的进步。

  NPU方面,在智能座舱解决计划中,担任人工智能的NPU将直接影响着智能座舱AI才能的 强弱。瑞芯微RK3588M芯片的AI算力约6TOPS,高通SA8155P芯片AI算力约4TOPS,三星已 量产的Exynos Auto V910具有约1.9TOPS的AI算力。制程方面,8nm的瑞芯微RK3588M、三星Exynos Auto V910及7nm的高通SA8155P现已完结 全面量产,未来2-3年7nm和8nm产品将成为商场主力,而5nm芯片将成为各大芯片厂商努 力的方向。迭代周期方面,曾经新品迭代周期根本在3-5年左右,现在根本缩短至1-2年,座舱芯片 的迭代速度加快。

  榜首,国内轿车商场繁荣开展,而轿车产品正从单一产品走向服务化,成为继手机、PC 之后的重要消费产品。从用户上看,国内轿车用户全体年轻化,作为智能年代的先头兵, 他们更重视轿车座舱的数字化体会和服务,勇于尝新。一起这些用户承受多重观念影响, 更强调个性化体会。紧贴国内商场开展的国产企业,离用户更近。

  第二,国产智能座舱芯片打入到轿车工业最要害的一环便是车厂,而现在我国车厂阅历 了数十年的开展,已到了从出产型到技能型企业转型

  的重要阶段。本乡企业智能座舱芯 片能够作为敲门砖,与车厂一起探究智能轿车道路。第三,数据安满是智能年代的重要课题。关于智能轿车来说,数据安全一方面是确保驾 乘人员生命安全的生命线,另一方面也归纳了实际国际的多项数据方针以及个人信息, 是国家安全的重要确保不容忽视,故芯片国产可控化是重要趋势。

  国内科技公司的竞赛优势在于其超卓的AI技能,能够为客户供给“算法+芯片”的从硬件到 软件的全线结合式产品计划,现在首要运用于国产车型,包含的企业有:华为,瑞芯微, 全志科技等。其间瑞芯微于2021年12月底正式发布了车载座舱电子系列产品,包含车规级座舱SoC芯片RK3358M、RK3568M、RK3588M和配套的PMIC芯片RK809M和RK806M等, 可为客户供给高、中、低不同功用层次的座舱芯片解决计划,未来有望逐渐进入商场。

  MCU(Microcontroller Unit)全称为微操控器或单片机,是将CPU的频率与规范做恰当 减缩,并与内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转化、UART、PLC、DMA等周边接 口,乃至LCD驱动电路整合在单一芯片上,构成芯片级核算机,然后完结终端操控的功 能,具有功用高、功耗低、可编程、灵敏度高档长处。MCU的首要功用是信号处理和控 制,因其高功用、低功耗、可编程、灵敏性的特征在消费电子、轿车电子、工业操控、 通讯等范畴得到广泛运用。其间轿车为MCU下流最大运用范畴,广泛运用于轿车车身至 主控环节。

  按产品细分来看,MCU包含4位、8位、16位、32位乃至64位,其间32位MCU凭仗优异的性 能及逐渐下降的本钱占有主导位置,是占比最大的MCU产品。按运用范畴细分来看,汽 车为MCU最大运用范畴,依据IC Insights数据,2019年全球MCU下流运用(以销售额核算) 首要散布在轿车电子(33%)、工控/医疗(25%)、核算机(23%)和消费电子(11%)四大范畴。

  纵观整个轿车电子芯片范畴,MCU的运用规划可谓广袤无垠,从车身动力总成,到车身 操控、信息文娱、辅佐驾驭,从发动机操控单元,到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控 制单元,而每一个功用的完结背面都离不开杂乱芯片组的支撑,MCU在每个运用场景中 扮演着非常重要的人物。轿车电动化趋势下电池办理体系和整车操控器的添加和智能化趋势下轿车功用运用的丰 富带动车载MCU商场需求快速添加。未来下流运用场景趋于杂乱,要求MCU具有更高的集 成度和更丰厚的功用,32位MCU作业频率大多在100-350MHz之间,履行效能更佳,运用 类型也愈加多元,特别未来在域操控器逐渐运用的趋势下车载MCU重在晋级代替,高价 值32位MCU占比的进步将驱动商场规划稳步添加。

  轿车电动化带来车载MCU增量:与燃油车比较,新动力轿车以电机代替了汽油发动机并 添加了动力电池。动力电池作为整车的中心部件之一,其充放电状况、温度状况、单体 电池间的均衡均需求进行操控,因此电动车需额定装备一个电池办理体系BMS,而每个 BMS的主操控器中需求添加一颗MCU芯片,起到处理模仿前端芯片搜集的信息并核算荷电 状况的效果。未来跟着新动力轿车浸透率继续进步,电池办理体系和整车操控器运用的 添加将驱动MCU商场需求的添加。

  轿车智能化带来车载MCU增量:作为轿车电子体系内部运算和处理的中心,MCU是完结汽 车智能化的要害。MCU是轿车ECU(电子操控单元)的中心构成,依据OFweek电子工程官 网数据核算,一般传统燃油轿车的ECU数量均匀在70个左右,奢华传统燃油轿车ECU数量 在150个左右,而智能轿车ECU数量将添加至300个左右。未来跟着轿车电动化、智能化 程度的不断进步,MCU在轿车电子中的运用场景也不断丰厚,车规级MCU商场需求快速增 长。

  依据Omdia数据,2019年全球MCU商场规划为175亿美元,估计2024年将到达193亿美元, 其间我国MCU商场规划将到达58亿美元。一起,IC Insights估计2021年轿车MCU销售额 将激增23%到达76亿美元,随后2022年轿车MCU销售额将添加14%,2023年将添加16%。

  L3及以上等级智能轿车散布式布局受限于传统轿车规划枷锁。跟着轿车功用晋级、智 能化进程加快导致单程ECU数量激增,比方奥迪A8)车型早在2013年单车ECU数量就达100) 个以上,总电道路km。散布式布局信息传输速度受限,大多经过CAN通讯、LIN通 讯等,数据传输速度仅为约20兆Bps每秒。关于自动驾驭,信息需求实时进行传输与处 理,L3及以上等级的自动驾驭单个激光摄像头所发生的信息量达每秒1G Bps以上,传统 散布式布局难以满意需求,一起ECU数量的添加为轿车出产、研制、安全带来更多应战。

  零部件龙头企业博世将轿车电子电气架构区分为三个大阶段:散布式电子电气架构-跨 域会集电子电气架构-车辆会集电子电气架构,其间散布式的电子电气架构首要用在L0- L2等级车型,此刻车辆首要由硬件界说,选用散布式的操控单元,专用传感器、专用 ECU及算法,资源协同性不高,有必定程度的糟蹋;从L3等级开端,跨域会集电子电气 架构将走向舞台,域操控器在这里发挥重要效果,经过域操控器的整合,涣散的车辆硬 件之间能够完结信息互联互通和资源同享,软件可晋级,硬件和传感器能够替换和进行 功用扩展。

  域操控器冲云破雾,为轿车三化供给必要条件。比照传统散布式布局规划,域操控器 具有以下四点显着进步:1)调集区域ECU功用,节约线)域控架构晋级引 领信息架构晋级,信息传储速率进步;3)经过软硬件解耦完结OTA,代表软件从头界说 轿车;4)更高算力,为完结高等级自动驾驭供给根底。当时域会集E/E架构将整车分为 五大部分,别离是动力域、车身域、地盘域、信息文娱域(座舱域)和自动驾驭域。域 操控器将其担任的功用模块进行功用整合,进行一致操控。未来跟着轿车三化进程加快, 愈加契合未来轿车开展趋势的域会集操控E/E架构将蓬勃开展。

  域会集趋势下MCU重在晋级代替,高价值32位MCU占比进步驱动商场规划稳步添加。伴 随轿车电子电气架构向域会集形式晋级,当时一辆车上有70到100个ECU,每个ECU(包 括其间的MCU)操控一个特定的驾驭功用这种散布式核算体系结构将被更会集的域操控 器体系结构所代替。一起跟着体系杂乱度日益添加,传统8位MCU、16位MCU将经过搬迁 到32位MCU并从轿车中移除,而集成度更高、功用更强壮的32位MCU将成为干流。集微咨 询估计,单车MCU用量将在2025年到达峰值,接下来跟着轿车智能化、操控会集化开展, 车规级MCU的用量将会开端逐渐下降至现在水平,不过因为单价更高的32位MCU运用比 例继续进步,轿车MCU全体商场规划仍将处于继续添加趋势。

  车规级MCU具有较高的职业壁垒,全球商场由海外厂商独占。车规级半导体产品在作业 温度、寿数、良率、认证规范等方针要求严苛,一起认证进程杂乱,一家从未进入过汽 车电子的供货商若想进入整车厂商的供给链体系至少要花费两年左右的时刻。其他整车 厂代替志愿不强,倾向于运用现已过验证的MCU产品,而非导入新厂商的产品。较高的 职业壁垒使得车规级MCU商场具有较高的商场会集度,依据StrategyAnalysis数据, 2020年海外厂商瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、德州仪器、微芯科技、意法半 导体市占率到达98%。

  国内车规级MCU起步较晚,“缺芯”布景下迎国产代替良机。2021年大多数整车和零部 件的停产都是因为MCU缺少导致的,现在来看国际厂商MCU产品仍供给缺乏,整车厂开端 经过更多途径收买芯片、添加供货商备选,国产MCU厂商开展迎来窗口期。现在包含兆 易立异、复旦微、芯海科技、中颖电子等厂商均在发力车规级MCU产品并已接连经过 AEC-Q100认证,其间兆易立异车规级MCU估计将在2022年中完结量产。

  轿车电动化下单车功率半导体价值量挨近传统燃油车的5.5倍,未来跟着新动力轿车渗 透加快为半导体功率器材商场带来巨大增量。跟着电动车800v高压途径逐渐落地,SiC 功率器材迎来上车正当时,未来碳化硅产品在高端轿车商场更具优势,而考虑到本钱压 力,中端与低端车型继续选用IGBT或MOSFET,估计未来长时刻将构成Si与SiC计划共存的格式。

  功率半导体是电力电子运用装备的根底和中心器材,首要用于电力电子设备的整流、稳 压、开关、变频等,具有运用规划广、用量大等特色,首要分为功率IC和功率分立器材 两大类。功率IC是把操控电路和大功率器材都集成在同一块芯片上的高度集成电路,主 要产品有电源办理IC、AC/DC以及DC/DC。功率器材包含二极管、晶闸管、晶体管等产品, 其间晶体管又能够分为IGBT、MOSFET和双极型晶体管(BJT)等。

  功率半导体器材作为不行代替的产品,广泛运用于工业操控、新动力发电和电能质量管 理、轿车电子和轿车充电桩等范畴,特别是在大功率、大电流、高频高速、低噪声等应 用范畴起着无法代替的要害效果。依据Yole的数据,跟着全球拟定“碳达峰、碳中和” 方针,带来更多绿色动力发电、绿色轿车、充电桩、储能等需求,功率半导体器材商场 将从2020年的175亿美元添加至2026年的260亿美元,年均复合添加率达6.9%。其间轿车 将会是功率半导体下流运用中占比最大的范畴。

  新动力轿车浸透加快为半导体功率器材商场带来巨大增量。碳中和方针布景下,新能 源车浸透率加快进步,2020年全球新动力乘用车销量到达327万辆,到2022年全球新动力乘用车销量到达957万辆,估计到2025年全球新动力乘用车的销量将打破2000万台, 到达2325万辆。我国商场方面,新动力车销量继续超预期,2021年到达330万辆,估计 2022年将打破500万辆,而到2025年估计我国商场新动力车销量将到达1000万辆以上。新动力轿车销量的继续进步为功率半导体职业带来量价齐升,商场规划有望继续添加。当时MOSFET、IGBT已广泛运用于车上,SiC基MOS相同得到小规划运用,未来跟着SiC成 本下降以及高压800v途径逐渐推进,SiC MOSFET有望大规划上车。

  MOSFET首要运用于车载中低压范畴。MOSFET全称金属氧化物半导体场效应管,细分种 类包含平面型、沟槽型、屏蔽栅和超结功率MOSFET,其间沟槽型MOS适用于12V-250V, 屏蔽栅型MOS适用于30V-300V,超结功率MOS适用于500V-900V场景。依据Yole数据,因 为辅佐体系的选用和电气化的添加,包含EV在内的轿车将推进对硅功率MOSFET的需求, 其间辅佐电机驱动器可升压低压MOSFET,而电气化可进步DC/DC转化器或车载充电器系 统中所包含的高压MOSFET,这两个细分商场2020年占MOSFET商场的21%,估计到2026年 份额将添加到32%,商场规划到达30亿美元。

  IGBT适合中高压范畴,是当时新动力车中运用最广的功率器材。IGB全称为绝缘栅双极 晶体管,由BJT和MOSFET组合而成,兼具MOSFET输入阻抗高、操控功率小、驱动电路简 单、开关速度快和BJT通态电流大、导通压下降、损耗小等长处。IGBT在新动力轿车中运用广泛,首要用于电机驱动操控体系、热办理体系、电源体系等,详细功用如下:在 主逆变器中,IGBT将高压电池的直流电转化为驱动三相电机的沟通电;在车载充电机中, IGBT将沟通电转化为直流电并为高压电池充电;在DC-DC改换器中,IGBT将高压电池输 出的高电压转化成低电压后供轿车低压供电网络运用。依据EVtank数据,估计2025年中 国车规IGBT商场规划将会到达165亿元。

  SiC MOSFET高压下功用优越,第三代半导体衬底具有优势。与硅基半导体资料比较, 以碳化硅为代表的第三代半导体资料具有高击穿电场、高饱满电子漂移速度、高热导率、 高抗辐射才能等特色,适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器材,详细优势体现为 能量损耗低、更小的封装尺度、完结高频开关、耐高温和散热才能强。现在跟着出产设 备、制作工艺、良率与本钱的下风逐渐改进,已有少数新动力车高端车型启用SiC计划, 咱们以为未来跟着800v高压途径架构的运用,SiC MOSFET有望迎来规划上车。依据Yole 数据,估计到2025年新动力车将奉献15.53亿美元的SiC功率商场,年复合添加率达38%。

  轿车电动化推进功率半导体价值含量大幅进步。传统燃油轿车中,功率半导体首要使 用在发动与发电等范畴,而在新动力车中电机操控、引擎操控和车身操控等各个体系都 离不开功率半导体器材,功率半导体在新动力车中用量比传统燃油轿车高出近一倍。根 据Strategy Analytics核算,在传统燃油车中功率半导体装机价值仅为71美元,约占总 价值的21%,关于纯电池动力车,功率半导体价值到达387美元,占有总价值的55%,接 近传统燃油车的5.5倍。

  轿车电气化率越高,对电机功率和电压途径要求就越高,需运用的功率半导体模块的 数量就越多。新动力车中新增的功率半导体首要运用在高电压和高功率的三电体系,包 括电力操控,电力驱动和电池体系,高电压、功率需求带动电动轿车功率半导体价值量 进步。传统燃油轿车中电气体系电源仅需12V蓄电池,低压低功率器材即可满意,而新 动力车中的高压动力电池,电机驱动功率为20-150kW,所需干流功率器材类型从低压 MOSFET、二极管/整流桥转向IGBT模块、SiC以及SJ MOSFET。

  IGBT在电动车驱动体系中起到重要效果,电动化下用量大幅添加。IGBT的技能水平决 定电动车驱动体系的扭矩和最大输出功率,功率改换模块经过IGBT等功率器材完结了直 流通沟通的逆变功用。IGBT模块是功率改换模块的中心器材,在电驱动体系中起到重要 效果,占整个电控体系本钱的40%-50%。从不同动力类型的新动力轿车来看,跟着动力 性要求增强,运用的IGBT组件个数激增,以特斯拉为例,其三相沟通异步电机共运用96 个IGBT。

  电动车800v高压途径逐渐落地,SiC功率器材上车正当时。鉴于800V高压途径可有用解 决补能焦虑,当时大部分主机厂已进行了相关布局。2021年比亚迪、吉祥、长城、小鹏、 零跑等相继发布了800V高压技能的布局规划,抱负、蔚来等车企也在活跃准备相关技能, 估计各大车企依据800V高压技能计划的新车将在2022年之后接连上市。而在800V高压平 台零部件晋级进程中,OBC、DC/DC及PDU等电源产品都需求从400V等级进步至契合800V 电压途径的运用,SiC有望凭仗耐压性好、安稳性好、频率优于硅基IGBT、体积小等优 点将开端得到大规划的运用。

  估计未来长时刻将构成Si与SiC计划共存的格式。在800V高压途径架构下下,整车本钱及 充电设备将会更贵重,运用初期更适用于高档跑车/SUV等,中低端车型在较长时刻内采 取400V电压途径仍将是较为经济的挑选,因此咱们猜测未来碳化硅产品在高端轿车商场 更具优势,如800V途径的高档SUV/大型轿车等,而考虑到本钱压力,中端与低端车型如 400V电压途径则继续选用IGBT或MOSFET(高端车型SiC,中端车型IGBT+SiC,低端车型 IGBT+MOSFET)。以比亚迪旺销车型“汉”为例,作为国内首款选用SiC技能的车型,市价为22万元的前驱版(单电机)仍运用IGBT,而市价为30万元的四驱版(双电机)则采 用SiC MOSFET的解决计划。

  从工业链来看,受惠于轿车工业和工业制作的开展,欧洲与日本是功率半导体工业的 两强。在车用功率半导体范畴,长时刻以来英飞凌(Infineon)、意法半导体(ST)、德 州仪器(TI)、安森美(On Semi)、罗姆(Rohm)等欧美大厂占有首要商场份额,其 中,英飞凌在该范畴的商场份额约三成。此外,日本的三菱电机、富士电机与东芝三者 总计占了全球功率半导体约五分之一的商场份额。

  国内车规级功率半导体厂商逐渐完结车规认证,接连上车代替可期。我国大陆的厂商 起步较晚,但跟着产品技能逐渐打破,国内功率半导体接连完结车规认证。本乡IDM厂 商如士兰微、闻泰科技、年代电气、华润微、立昂微等赶紧产能布局扩张,大力建造8 寸或12寸功率半导体产线,Fabless厂商斯达半导建造产线转型IDM形式,其他如新洁能、宏微科技等则要点加码布局模块建造封装产能。

  模仿芯片是衔接物理实际与数字国际的桥梁。按功用区分,模仿芯片分为电源办理芯 片和信号链芯片。其间电源办理芯片是在电子设备体系中担任所需电能的改换、分配、 检测等管控功用的芯片,是一切电子产品和设备的电能供给中枢和枢纽,其功用一般包 括:电压转化、电流操控、低压差稳压、电源挑选、动态电压调理、电源开关时序操控 等。信号链则是指将自然界中存在的声、光、电磁波等接连的模仿信号转化为以0和1表 示的数字信号,再由电子体系处理后转化为模仿信号输出的整个进程链,是具有对模仿 信号进行收发、转化、扩展、过滤等处理才能的集成电路。

  新动力轿车关于模仿芯片的需求首要是由电动化、智能化所催生,如动力体系、自动驾驭,车载文娱、外表盘、车身电子及照明等范畴。从运用场景来看,新动力轿车包含 PHEV和BEV,动力总成部分首要包含了电机操控器、OBC、DC/DC、BMS等,其间电池办理 体系计划中因为电动车电池组高压可达400V以上,故除正常的DC-DC转化器、LOD降压器 件外还需对电路进行较好的阻隔规划,亦需运用很多模仿器材,一起智能驾驭在传感器 方面的需求也将推进模仿芯片商场开展。

  动力域:新动力轿车的动力方法由电池、电机、电控所组成的,体系涉及到屡次电能转 换,进程中需运用很多模仿器材。车身域:包含车身电子、轿车安全、舒适性操控和信息通讯体系,轿车照明首要包含照 明灯具、表里部信号灯具等均离不开模仿芯片的运用。座舱域:首要有车载音响体系,车载多媒体播映器和显现器、车载全球定位体系、车载 电脑、轿车防盗体系、泊车辅佐体系、无钥匙进入体系和长途遥控发动器等均需调配模 拟芯片运用。

  模仿芯片商场继续炽热,车载模仿规划增速最高。作为一切电子产品不行或缺的要害 组件的模仿芯片商场继续炽热,依据IC Insights数据,2021年全球模仿芯片商场规划 创下741亿美元的前史新高,同比添加快度到达30%,估计2022年商场规划将同比添加12% 至832亿美元。细分运用范畴来看,依据IC Insights数据,估计2022年车载模仿芯片市 场规划将到达137.75亿美元,占全体模仿芯片规划的16.6%,同比增速到达17%,将成为 模仿芯片一切下流运用范畴中增速最快的方向。

  模仿职业商场格式涣散但龙头企业安稳,国内厂商逐渐进步竞赛力。依据IC Insights 数据,2020年全球前十的模仿芯片公司商场占有率到达63%,相较于其他范畴会集度较 低,格式较为涣散,但其间龙头企业竞赛格式安稳,德州仪器商场占有率到达19%,与 2019年相同,ADI商场占有率为9%,较2019年近下降1%。国内商场方面,绝大部分国内 模仿集成电路厂商起步较晚,前期产品以中低端芯片为主,近年来跟着技能的堆集和政 策的支撑,部分国内公司在高端产品方面取得了必定的打破,逐渐打破国外厂商独占, 其间圣邦股份和思瑞浦产品布局较为全面,掩盖电源办理和信号链两大品类,此外芯朋 微、力芯微和芯海科技等公司也逐渐在细分品类树立竞赛力。

  后移动核算年代,车用存储将是未来新式商场的添加点,未来十年轿车将成为内存和存 储工业添加最快的商场之一。轿车智能化晋级算力演进进步下不断添加的数据量要求汽 车存储芯片具有更快的数据处理速度、更大的数据存储量,以及更高的安稳性。

  存储芯片是集成电路中增速最快的细分范畴。存储芯片,又称半导体存储器,是指利 用电能方法存储信息的半导体介质设备,其存储与读取进程体现为电子的存储或开释。依功用不同,集成电路产品首要分为四类,别离为存储器芯片、逻辑芯片、模仿芯片以 及微处理器。依据WSTS估计,2021年整个集成电路商场中规划添加最快的是存储器芯片, 占整个集成电路职业商场规划的比重将进步至35.05%。从存储芯片细分产品来看,现在 DRAM和NAND Flash占有了存储芯片95%以上的商场份额,依据IC Insights数据显现, DRAM销售额在2020年约占整个存储商场的53%,闪存的比重约到达45%,其间NAND闪存为 44%,NOR闪存为1%。

  数字化年代进程加快,存储需求迸发式添加。跟着5G通讯、物联网、人工智能、自动 驾驭等范畴的快速开展,新式终端设备的鼓起如5G基站、智能家居、ADAS体系以及数据 存储量的添加,存储芯片的运用需求也会出现继续添加的趋势。依据IDC猜测,全球数 据存储需求总量将从2019年的41ZB添加至2025年的175ZB,增幅将超越4倍。依据IC Insights猜测,2021-2023年全球存储芯片的商场规划将别离到达1552亿美元、1804亿 美元及2196亿美元,增幅别离到达22.5%、16.2%和21.7%。在国内商场,跟着我国在电 子制作范畴水平的不断进步,国内存储芯片产品的需求量逐渐攀升,依据国际半导体贸 易核算协会数据,估计2023年国内存储芯片商场规划将达6492亿元。

  后移动核算年代,车用存储将是未来新式商场的添加点。依据我国轿车报数据,2021 年,一部手机的均匀存储容量为105GB,而一辆轿车仅有34GB。不过到2026年,单车的 存储容量将达483GB、乃至512GB,而手机的只要350GB左右。故未来十年轿车将成为内 存和存储工业添加最快的商场之一,跟着轿车工业的要点转向数字化、自动化和电气化, 轿车的电动、联网和自动化飞速开展,新趋势将需求不断堆集、处理和同享从传感器和 信息文娱体系接收到的数据,智能座舱、车联网、自动驾驭等功用均需求很多存储芯片 来支撑其正常运转。

  依据搜狐轿车研究室数据,2019年全球轿车存储IC商场规划为36亿美元,估计到2025年 将添加至83亿美元,2019-2025年CAGR为14.94%。其间LPDDR和NAND等高功用的存储器材 成为要点需求,2019年商场规划别离约为8亿美元和10亿美元,2018-2025年估计坚持16% 和21%的年复添加。

  轿车新技能中,自动驾驭和智能座舱是推进车载存储商场开展的两大推力。跟着车载ADAS功用的增多,以及Tbox设备率的进步,在存储方面就需求用到8GB e.MMC 存储技能。其他,智能座舱概念的推出和开展,也使得车载文娱体系的存储需求从曩昔 的32GB添加到64GB,估计到2050年左右单车智能驾舱所占的容量将到达256GB或512GB。

  自动驾驭算力演进进步驱动单车存储容量继续扩展。在电动化、智能化的推进下,不 断添加的数据量要求轿车存储芯片具有更快的数据处理速度、更大的数据存储量,以及 更高的安稳性。依据轿车智能化的分级规范,现在一般以为L2级自动驾驭需求的核算力 10TOPS,L3级需求的算力为30~60TOPS,L4级的算力需求100TOPS,L5需求的算力猜测 需求至少1000TOPS,可谓自动驾驭等级每添加一级,算力需求添加一个数量级。从浸透 率来看,咱们以为2022年将是L2向L3跨过的窗口期,估计L3等级的智能车在2022年将实 现小规划落地,因此全球轿车商场对DRAM和NAND解决计划的需求亦将不断进步。

  据美光科技及我国闪存估计,L2/L3级自动驾驭轿车对内存带宽的要求约为100GB/s,之 后自动驾驭等级进步的进程中对存储带宽的需求将添加数倍以上,至L4/L5级将别离提 高至300GB/s和1TB/s。一起依据Semico Research数据,L1和L2级关于存储容量的需求 不同不大,一般装备8GB DRAM和8GB NAND,但L3、L4等级自动驾驭的高精度地图、数据、 算法都需求大容量存储来支撑,一辆L3的自动驾驭轿车将需求8GB DRAM和25GB NAND, L4级车对DRAM和NAND FLASH的均匀容量需求别离进步至16GB和256GB,而一辆L5级的全 自动驾驭轿车则估计需求74GB DRAM和1TB NAND。

  轿车存储范畴,现在首要玩家有三星、海力士、美光、微芯等海外存储抢先厂商,我国 企业兆易立异、宏旺半导体、东芯股份和北京君正(收买ISSI)亦有布局。其间兆易创 新的GD55 2G大容量产品现已过车规AECQ-100认证,SPI NOR Flash车规级产品2Mb-2Gb 容量已全线车规级存储全系列产品已完结在多家轿车企业批量选用,2022年 旗下全国产化的38nm SPI NAND Flash—GD5F全系列(掩盖1Gb-4Gb容量)现已过AECQ100车规级认证,至此完结从SPI NOR Flash到SPI NAND Flash车规级产品的全面布局。

  此外,北京君正并购的ISSI深耕存储范畴三十余年,专心于轿车及工业范畴,依据 Omdia核算2020年其SRAM、DRAM、Nor Flash产品收入在全球商场中别离位居第二位、第 七位、第六位,处于国际商场前列。而东芯股份作为国产中小容量存储芯片领导者,目 前其SLC NAND、NOR等存储产品亦在接连进行车规级认证,未来相同上车可期。

  2021全球智能轿车商场规划快速添加,智能轿车工业链日益老练,带动了车载范畴新的 开展浪潮。作为轿车车载成像的首要搜集东西,车载光学的商场规划不断扩展,成为智 能驾驭的首要增量商场之一。相较于手机摄像头,车载摄像头一般面对更杂乱的运用环 境,会面对如下应战:

  (1)高动态规划(HDR)。动态规划指在同一场景中,既有低照的区域,也有高亮的区 域,高亮和低照的比值被界说为宽动态规划。车规级CMOS图画传感器的动态规划要超越 120dB,确保在光线改变剧烈的状况下也能捕获高质量图画。

  (2)温度规划要求严苛。车载摄像头接连作业时刻长,所在环境轰动大且一旦失效会 对用户生命安全形成要挟,因此关于模组和封装等要求更为严厉。

  (3)关于低照的极高要求。夜间行车的事端率相对较高,要求车载摄像头有较强的感 光才能,未来夜视功用将成为车载摄像头的标配。

  自动驾驭轿车是轿车未来的重要开展方向,传感器成为轿车零部件工业链的重要添加 点。在新一代智能轿车中,车载镜头、毫米波雷达、激光雷达等传感器扮演着至关重要 的人物。自动感知类摄像头、依据激光与光学技能的轿车激光雷达(LiDAR)与依据无 线电波测距的毫米波雷达正被逐渐运用于辅佐驾驭与无人驾驭技能范畴。国表里的轿车 零部件供货商活跃布局自动驾驭传感器范畴,车载摄像头、毫米波雷达和激光雷达三大 中心部件以及工业链上下流的拓宽,为零部件供货商带来添加机会。

  轿车电动化趋势及智能网联年代的到来,带动轿车电子本钱将随自动化水平进步而增 长。以新动力轿车为例,新动力轿车电池、电机、电控三电体系对轿车传统动力体系的 革新,导致轿车电子占有整车本钱较大。燃油车的轿车电子本钱占整车本钱的份额约为 15%-28%,而纯电动车这一份额到达65%。未来轿车电子本钱估计在高档驾驭辅佐体系应 用范畴添加最快。

  跟着ADAS体系浸透率进步和自动驾驭技能的打破,车载摄像头商场将在未来坚持快速 添加态势。跟着全球轿车智能化和自动化迅猛开展,依据自动驾驭带动的车载摄像头出 货量敏捷进步,据ICVTank核算数据,全球车载摄像头总数将从2021年的约1.65亿个增 长到2026年的3.7亿个,CAGR为16.2%。从商场规划来看,2021年全球车载摄像头前装市 场的规划到达122亿美元,后装商场到达51亿美元,后装商场仍占有必定份额。未来随 着智能轿车浸透率的逐渐进步,ADAS等智能驾驭体系将逐渐成为整车出厂自带功用,更 多的摄像头将在出厂阶段装备,后装商场的比重将逐渐下降。ICVTank估计,到2026年, 全球车载摄像头的前装商场规划将到达306亿美元,后装商场规划仅为49亿美元,占比 萎缩至14%。

  CIS是车载摄像头的中心部件,商场规划与车载摄像头严密相关。CIS是车载摄像头的 中心部件,在其硬件构本钱钱中占比高达50%,故车载CIS商场将与车载摄像头严密相关 关,将获益于轿车智能化下ADAS浸透率进步快速添加。依照单颗单目摄像头装备一颗CIS,双目摄像头计做 2颗单目摄像头核算,三目同理,2021年全球总计车载CIS装备量为1.65亿颗,2026年预 计将装备3.7亿颗。规划方面,2021全球车载CIS总价值为38.1亿美元,其间前装CIS必 须契合车规级的产品功用要求,单价简直为后装的一倍,2021年总价值到达31.4亿美元, 然后装CIS为6.7亿美元。估计至2026年,全球车载CIS商场规划将到达90.7亿美元,其 中前装商场规划将到达82.8亿美元,后装商场规划为7.9亿美元。

  毫米波雷达经过天线发射调频接连波(FMCW),经方针反射后接收到的回波与发射波存 在一个时刻差,运用该时刻差可核算出方针间隔。经过信号处理器剖析发射与反射信号 的频率差异,依据多普勒原理,能够准确丈量方针相关于雷达的运动速度,进一步经过 多方针检测与盯梢算法,完结多方针别离与盯梢。毫米波雷达依据频率的不同可分为中 短距和长距,作业频段为21.65-26.65GHz和76-81GHz,其间干流车毫米波雷达的作业频 率在24GHz、77GHz和79GHz三个频段邻近。频率越高,其波长越短,天线尺度和体积也就越小。因此高频段毫米波雷达具有更高的功用、更宽的带宽和更好的分辨率。

  77GHz雷达具有优异的功用,有望成为未来的干流产品。24GHz频段首要用于短距雷达, 勘探间隔约50m左右,能够用于盲点检测等体系。但因为其宽带窄的原因,大大约束了 雷达的分辨率和功用。相对来说,77GHz雷达具有宽广的远景。77GHz雷达的两个频段 76-77GHz和77-81GHz,带宽别离是1GHz和4GHz,大带宽优势显着进步了分辨率和精度。另一方面,77GHz雷达因为频率高,波长短,使规划的雷达收发器或天线等组件较小, 然后减小了雷达的外形尺度,易于在车身中设备和躲藏。

  激光雷达兼具 测距远、视点分辨率优、受环境光照影响小的特色,且无需深度学习算法,可直接取得 物体的间隔和方位信息。这些相较于其他传感器的优势,可显着进步自动驾驭体系的可 靠性,因此被大多数整车厂、Tier 1以为是L3级及以上自动驾驭必备的传感器。据Yole Development核算,用于ADAS体系的激光雷达商场规划将从2019年的1900万美元添加到 2025年的17亿美元,2019-2025年CAGR到达114%,纯电动轿车细分商场占有主导位置。

  2021年是我国激光雷达需求迸发的元年。在2021年1月,蔚来在NIO day上宣告ET7全系 搭载激光雷达,掀起了我国车企定点激光雷达的浪潮,随后,小鹏、北汽极狐、上汽智 己、上汽飞凡、广汽埃安、长安阿维塔、长城沙龙、抱负、高合、威马等造车新势力和传统车企新动力品牌,纷繁宣告行将量产或交给的新车型将搭载激光雷达。据前瞻工业 研究院测算,假定2021年我国乘用车销量2300万辆、L2及L3浸透率达20%、单车调配激 光雷达5000元,未来五年乘用车销量按5%的增速、浸透率按30%的增速、单车激光雷达 价格按-15%的增速,而L2及L3车型2021-2026年激光雷达装备率按1%、10%、25%、40%、 60%、100%来猜测,我国车载激光雷达职业商场规划将于2026年超越430亿元。

  车载摄像头和各类传感器是先进驾驭辅佐体系的重要组成部分。先进驾驭辅佐体系 (Advanced Driver Assistant System),简称ADAS,是运用设备于车上的林林总总的 传感器在榜首时刻搜集车表里的环境数据,进行静、动态物体的辨识、侦测与追寻等技 术上的处理,然后能够让驾驭者在最快的时刻发觉或许发生的风险,以引起留意和进步 安全性的自动安全技能。ADAS体系全体可分为感知层、决议计划层和履行层,其间感知层由 雷达传感器(毫米、超声波、激光雷达)、视觉传感器(单双目摄像头、红外热成像传 感器)、高精地图等构成;决议计划层由芯片经过算法完结交互决议计划、途径规划,终究完结 V2V、V2X的万物车联;履行层经过决议计划完结轿车的动力转化、制动、转向及灯光效果等 功用。

  ADAS体系逐渐浸透,工业运用加快遍及。自动驾驭依照机器介入程度的不同能够分为 L0-L5六个等级,L2级及以上浸透率较低,但工业运用正加快遍及。依据罗兰贝格的统 计数据显现,2020年,我国、美国车型仍以L0、L1级为主,欧盟ADAS工业开展相对抢先。从ADAS各功用的浸透状况来看,在L1级范畴,自适应巡航操控体系、防撞(AEB)体系的 浸透率相对较高,达50%以上,而在L2/L2+范畴,ADAS各功用的浸透率均低于10%以下, 未来仍有较大浸透空间。工业运用方面,2020年起,L2级功用已快速遍及,且有部分车 型已装备了L2+功用,国产轿车抱负、小鹏、蔚来等已相继推出了L2级ADAS功用的车型。

  多传感器交融成为完结高档自动驾驭的中心驱动力。轿车智能化程度与传感器数量成 正比,据赛迪智库收拾,L5级无人驾驭车辆中激光雷达等要害传感器数目可达32个。相 较于以往自动驾驭开展进程,现在自动驾驭高速开展的脚步正逐渐减慢,激光雷达在L4、 L5的高档自动驾驭中对行车安全确保的功用重要性凸显。咱们以为短期内,传感器商场 需求仍首要为摄像头和毫米波雷达,未来单一品种传感器无法担任L4及L5彻底自动驾驭 的杂乱状况与安全冗余,以激光雷达、毫米波雷达等为中心的多传感器交融成为开展趋 势。

  声明:本文由入驻搜狐大众途径的作者编撰,除搜狐官方账号外,观念仅代表作者自己,不代表搜狐态度。



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