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2024/02/13
一顆汽車芯片從設(shè)計(jì)流片、車規(guī)認(rèn)證、車型導(dǎo)入驗(yàn)證、到量產(chǎn)裝車，通常需要3-5年的時(shí)間。而只有最終大規(guī)模落地量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)盈利，企業(yè)才能真正地活下來(lái)。這整個(gè)周期，就像是一場(chǎng)殘酷的軍備競(jìng)賽。而這一切的基礎(chǔ)，是車規(guī)認(rèn)證帶來(lái)的安全保障。汽車芯片企業(yè)只有建立起車規(guī)理念及文化，堅(jiān)持產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)、持續(xù)認(rèn)證，才能以車芯助力更安全可靠、更有競(jìng)爭(zhēng)力的汽車產(chǎn)品，帶來(lái)中國(guó)汽車半導(dǎo)體行業(yè)的真正突破。
什么是車規(guī)級(jí)芯片？
按照應(yīng)用場(chǎng)景，芯片通常可以分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)、軍工級(jí)以及宇航級(jí)，不同級(jí)別的芯片有不同的要求，以保證芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。
芯片等級(jí)劃分
汽車芯片，即“車規(guī)級(jí)芯片Automotive Grade”，指滿足汽車質(zhì)量管理體系，符合可靠性和功能安全要求的集成電路。區(qū)別于消費(fèi)芯片與工業(yè)芯片，汽車芯片的工作環(huán)境惡劣、安全等級(jí)高、使用壽命長(zhǎng)，因此車規(guī)級(jí)芯片要求高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性。其中，高可靠性主要針對(duì)溫度、濕度、抗震動(dòng)、抗電磁干擾、使用壽命來(lái)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，安全性主要在功能安全、信息安全上設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，高穩(wěn)定性主要是要求大批量生產(chǎn)的一致性等。這使得車規(guī)級(jí)芯片具備極高的技術(shù)難度和進(jìn)入門檻，國(guó)產(chǎn)化率較低。
車規(guī)芯片與消費(fèi)芯片的對(duì)比差別以及車規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
汽車芯片從應(yīng)用環(huán)節(jié)可以分為 5 大類：主控類芯片、功率類芯片、模擬類芯片、傳感器芯片、存儲(chǔ)類芯片等：
1、主控類芯片負(fù)責(zé)計(jì)算與控制，包括MCU芯片和SoC芯片等，分布在如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等；
2、功率類芯片負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換，一般應(yīng)用于電動(dòng)車的電源和接口；
3、模擬類芯片承擔(dān)著連接現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的橋梁作用，主要分為信號(hào)鏈芯片與電源管理芯片兩大板塊；
4、傳感器芯片負(fù)責(zé)將物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，分為車身感知傳感器和環(huán)境感知傳感器；
5、存儲(chǔ)器芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分為閃存和內(nèi)存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內(nèi)存包括DRAM和SRAM。
汽車芯片的類別
車規(guī)級(jí)芯片的細(xì)分領(lǐng)域
主控芯片——智能化的核心
主控芯片用來(lái)生成汽車主要控制信號(hào)的計(jì)算和生成功能。主控芯片通過(guò)接受各類傳感器搜集到的信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算相對(duì)的處理措施，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的控制模塊。因此主控芯片相當(dāng)于汽車的“大腦”。
1、MCU-控制指令運(yùn)算的基礎(chǔ)芯片
主控芯片中，MCU是汽車需求量最大的基礎(chǔ)性芯片。車載MCU是汽車電子控制單元（ECU）的核心部件，負(fù)責(zé)各種信息的運(yùn)算處理，主要用于車身控制、駕駛控制、信息娛樂(lè)和駕駛輔助系統(tǒng)。一輛汽車中所使用的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，MCU占比約 30%，每輛車至少需要 70 顆以上的MCU 芯片，隨著汽車不斷向智能化演進(jìn)，MCU 的需求增長(zhǎng)也將越來(lái)越快，智能汽車的MCU需求量達(dá)到300顆。
IC Insights統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年，汽車MCU需求旺盛，市場(chǎng)規(guī)模大幅增長(zhǎng)23%，達(dá)到76.1億美元；2025年，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到近120億美元，對(duì)應(yīng)2021-2025年復(fù)合平均增速為14.1%，該復(fù)合增速明顯高于未來(lái)三年整體MCU市場(chǎng)的增速8%。
全球汽車MCU市場(chǎng)被外資廠商高度壟斷，包括瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、德州儀器、微芯電子、意法半導(dǎo)體等。2021年CR5約占90%，市場(chǎng)集中度高。2021年，國(guó)產(chǎn)MCU公司在疫情時(shí)期異軍突起，從中低端產(chǎn)品入手，逐步向高端進(jìn)階，國(guó)產(chǎn)頭部MCU公司包括比亞迪半導(dǎo)體、杰發(fā)科技、芯旺微目前有32位成熟量產(chǎn)芯片；同時(shí)芯必達(dá)、智芯、云途、旗芯微、琪埔維團(tuán)隊(duì)過(guò)往均脫胎于汽車芯片頭部公司，有完整車規(guī)芯片行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品進(jìn)入量產(chǎn)導(dǎo)入階段；部分消費(fèi)MCU公司跨界車規(guī)賽道產(chǎn)品仍有待市場(chǎng)檢驗(yàn)。
2、SoC-智能運(yùn)算的大算力芯片
隨著汽車智能化的演進(jìn)，智能座艙和自動(dòng)駕駛對(duì)汽車的智能架構(gòu)和算法算力提出更高的要求，這將推動(dòng)汽車芯片快速轉(zhuǎn)向搭載算力更強(qiáng)的SoC芯片進(jìn)化。SoC芯片集成了CPU、GPU、FPGA、DSP、NPU、ASIC等不同類型芯片，不同芯片各司其職，可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的并行計(jì)算和復(fù)雜的邏輯功能。SoC芯片主要分為自動(dòng)駕駛芯片和智能座艙芯片，需具備強(qiáng)大的算力和低功耗，以滿足大量數(shù)據(jù)的計(jì)算的同時(shí)，降低功耗以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車較好的續(xù)航里程。
自動(dòng)駕駛芯片：自動(dòng)駕駛芯片一方面需要滿足更高的安全等級(jí)，同時(shí)隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升，需要更高的算力支持，L2級(jí)自動(dòng)駕駛的算力需求僅要求2-2.5TOPS，來(lái)到但是L3級(jí)自動(dòng)駕駛算力需求就需要20-30TOPS，到L4級(jí)需要200TOPS以上，L5級(jí)別算力需求則超過(guò)2000TOPS，為滿足高算力需求，未來(lái)自動(dòng)駕駛芯片會(huì)往集成“CPU+XPU”的異構(gòu)式 SoC（XPU包括 GPU/FPGA/ASIC 等）方向發(fā)展。
根據(jù)當(dāng)前自動(dòng)駕駛芯片的市場(chǎng)情況，支持L2級(jí)別自動(dòng)駕駛的SoC的成本大約是 50 美元，需要2顆SoC芯片；L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛芯片價(jià)格為 1500 人民幣（拆分特斯拉 HW3.0 域控制器，其自動(dòng)駕駛域的芯片成本約為 3000 元），對(duì)應(yīng)2顆芯片。假設(shè)L4-L5自動(dòng)駕駛芯片單片價(jià)格為 400 美金（與英偉達(dá) Orin 芯片價(jià)格一致），需要3-4顆芯片，我們預(yù)計(jì)中國(guó)自動(dòng)駕駛芯片的市場(chǎng)規(guī)模將在 2025 年達(dá)到 138 億元，到 2030 年達(dá)到 289 億元，十年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)可達(dá) 25.1%。
智能化下半場(chǎng)的開(kāi)啟也掀起了自動(dòng)駕駛芯片的軍備競(jìng)賽，英偉達(dá)目前在高級(jí)別自動(dòng)駕駛中遙遙領(lǐng)先，國(guó)產(chǎn)AI芯片如地平線、黑芝麻、芯馳在平價(jià)車型市場(chǎng)形成一定優(yōu)勢(shì)。
自動(dòng)駕駛SoC芯片對(duì)比
智能座艙芯片：智能座艙芯片相比于自動(dòng)駕駛芯片對(duì)安全的要求相對(duì)更低，未來(lái)車內(nèi)“一芯多屏”技術(shù)的發(fā)展將依賴于智能座艙 SoC，同時(shí)座艙的功能進(jìn)一步豐富，集成了環(huán)視、DMS、OMS以及部分ADAS功能，芯片本身也將朝小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。
單顆智能座艙芯片根據(jù)低端到高端性能的補(bǔ)貼，價(jià)格浮動(dòng)較大，比如20萬(wàn)以上售價(jià)的熱銷車型比亞迪漢搭載老款高通 625 芯片低端座艙芯片售價(jià)約15美元/顆（消費(fèi)級(jí)芯片），高通 820A 的價(jià)格為 60 美元；高端高通驍龍 8155P SOC 的價(jià)格約為 250 美元（折合人民幣約 1688 元），根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)乘用車銷量2054萬(wàn)輛，假設(shè)未來(lái)按照 CAGR=3%增長(zhǎng)；假設(shè)單SOC價(jià)格 750 元測(cè)算，那么預(yù)計(jì) 2025 年國(guó)內(nèi)座艙 SOC 市場(chǎng)規(guī)模 達(dá)到 112 億元，CAGR 為 24%。
目前智能座艙SOC廠商主要有傳統(tǒng)電子廠商(如NXP、瑞薩、TI等)和消費(fèi)電子廠商(如高通、三星、華為等)兩類，后者在性能方面有明顯優(yōu)勢(shì)。
智能座艙SoC芯片對(duì)比
長(zhǎng)期來(lái)看，座艙域控制器與其他域控制器將進(jìn)行跨域融合，現(xiàn)階段相對(duì)獨(dú)立發(fā)展的智駕芯片和座艙芯片有望實(shí)現(xiàn)二合一。
功率半導(dǎo)體——電動(dòng)車的心臟
功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，用于控制電壓和電流，主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等。汽車中的功率半導(dǎo)體應(yīng)用包括電機(jī)逆變器、DC/DC、高壓輔助驅(qū)動(dòng)和 OBC 充電器等，是電動(dòng)車的剛需芯片。
功率器件從硅基 MOSFET 發(fā)展為 IGBT，IGBT是集成了 MOSFET和三極管的器件，具有二者各自的優(yōu)點(diǎn)，即具備高速開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)降低通態(tài)電壓能夠?qū)﹄娐菲鸬骄彌_保護(hù)作用，具有損耗小、通態(tài)壓降低、輸入阻抗高和驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)勢(shì)。隨著汽車800V高壓的普及，Si-IGBT器件存在導(dǎo)通損耗上升、成本上升但能效下降的潛在問(wèn)題，而 SiC-IGBT 具有更好的阻抗性能和能耗，未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)后，成本效益更加明顯。
據(jù)英飛凌統(tǒng)計(jì)，在純電動(dòng)車型中，由于電動(dòng)機(jī)和電控系統(tǒng)取代傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系統(tǒng)，使功率半導(dǎo)體用量大幅提升，占比達(dá)55%，功率半導(dǎo)體將從傳統(tǒng)燃油車的71美元大幅提升至全插混/純電汽車的330美元，是傳統(tǒng)燃油車的4.6倍，特別是MOSFET和IGBT（包括單管及模組）的增長(zhǎng)較為顯著。據(jù)貝殼投研數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)車規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)規(guī)模為47.8億元，預(yù)計(jì)到2025年，其將達(dá)到151.6億元。據(jù)芯謀研究數(shù)據(jù)，2021年和2025年中國(guó)車規(guī)MOSFET的市場(chǎng)規(guī)模分別為73.5 億元和 122.5 億元。據(jù)蓋世汽車研究院，SiC芯片剛剛起步，2021年市場(chǎng)規(guī)模為2.6億美元，2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到6.5億美元。
競(jìng)爭(zhēng)格局方面，根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2020年全球汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，英飛凌占比14%、市占率最高；前五大企業(yè)共計(jì)占比39%、行業(yè)集中度較高，目前處于歐美企業(yè)主導(dǎo)的情況。國(guó)內(nèi)汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，英飛凌依然占比最高、為14%；前五大企業(yè)共計(jì)占比42%、占比仍然較高，依然是歐美廠商處于主導(dǎo)地位。目前國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，包括比亞迪半導(dǎo)體、華潤(rùn)微、士蘭微、三安光電、聞泰科技、時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)均有積極布局，在硅基IGBT和MOSFET技術(shù)進(jìn)步飛速，隨著新能源汽車需求的增長(zhǎng)和國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)能逐漸釋放，國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)份額有望進(jìn)一步擴(kuò)大。
2020年全球與中國(guó)汽車功率半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)格局
碳化硅作為新興第三代半導(dǎo)體材料，對(duì)穩(wěn)定性要求較高，并有較長(zhǎng)的驗(yàn)證周期，因此中國(guó)廠商切入較為緩慢，海外公司起步早、技術(shù)成熟，在該領(lǐng)域處于壟斷地位。根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)，2021年碳化硅功率器件市場(chǎng)份額CR5>90%，其他廠商合計(jì)占比僅5%。其中，意法半導(dǎo)體與特斯拉存在合作關(guān)系，向后者提供 SiC MOSFET 模塊，目前在碳化硅功率器件市場(chǎng)中占據(jù)最大的市場(chǎng)份額。中國(guó)碳化硅廠商主要以碳化硅二極管IDM企業(yè)為主，比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)、時(shí)代電氣在新能源車領(lǐng)域已有SiC模塊應(yīng)用，新興廠商如利普思、致瞻、芯聚能、基本半導(dǎo)體也在積極嘗試其SiC模塊的上車應(yīng)用。
國(guó)產(chǎn)碳化硅廠商布局情況
傳感器——讓電動(dòng)車具備感知能力
汽車傳感器可分為車輛狀態(tài)傳感器和環(huán)境感知類傳感器。車輛傳感器是傳統(tǒng)的感知器件，應(yīng)用在動(dòng)力（發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器、進(jìn)氣傳感器、曲軸位置傳感器等）、傳動(dòng)系統(tǒng)（位置傳感器、液壓油溫度傳感器、變速箱壓力傳感器等）、底盤（TPMS 傳感器、ESP 加速度傳感器等）和車身（雨量傳感器、溫度傳感器等），一輛中端汽車裝配超過(guò)90個(gè)傳感器，其中在動(dòng)力總成系統(tǒng)占45-60個(gè)，車身系統(tǒng)中裝配超過(guò)20個(gè)，底盤系統(tǒng)中裝配30-40個(gè)，總價(jià)值量超過(guò)2000元。
傳統(tǒng)汽油車(中高配) 主要傳感器種類及個(gè)數(shù)匯總
環(huán)境感知類傳感器是自動(dòng)駕駛中新增的傳感器，主要有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等。在環(huán)境傳感器零部件價(jià)格上，攝像頭用于環(huán)視等的廣角攝像頭價(jià)格較便宜約 150元/個(gè)，用于前視功能的單目及多目攝像頭附加值較高，單價(jià)在 600 元以上；毫米波雷達(dá) 24Ghz 約 300 元/個(gè)作為角雷達(dá)使用，77Ghz 約 700 元/個(gè)；近距離泊車用的超聲波雷達(dá)的價(jià)格最為便宜約 70 元/個(gè)。根據(jù)傳感器單價(jià)及配置方案，我們預(yù)計(jì) L1 至L4 級(jí)別的傳感分別為 1580 元、3600 元、11460 元、16960 元。從 L2 到 L3 級(jí)方案，傳感器配置需要有較大的提升，主要是增加了激光雷達(dá)、慣性導(dǎo)航等新型傳感器。
不同智能駕駛級(jí)別的傳感器方案估算
自動(dòng)駕駛汽車滲透率提升疊加單車感知層硬件需求量攀升，推動(dòng)汽車感知層硬件放量，我們預(yù)計(jì)未來(lái)五年感知層硬件市場(chǎng)有望實(shí)現(xiàn)高復(fù)合增速成長(zhǎng)。我們測(cè)算車載攝像頭（模組）、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá) 20-25 年 CAGR 分別為 25%、25%、64%和 74%，預(yù)計(jì)到 2025 年，車載攝像頭（模組）、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模能分別可達(dá) 1338.56 億元、240.30 億元、966.54 億元、489.50 億元，持續(xù)看好汽車感知層硬件。
各類傳感器方案及市場(chǎng)空間增速對(duì)比
傳感器廠商方面，目前車載CIS的市場(chǎng)幾乎寡頭壟斷，安森美占據(jù)近60%市場(chǎng)份額，索尼、三星等傳統(tǒng)的手機(jī)攝像頭CIS切入了車載市場(chǎng)，韋爾股份旗下的豪威科技市占率也在不斷提升。韋爾股份的 CMOS 圖像傳感器、LCOS、ASIC 均可用于汽車領(lǐng)域；其中公司 CMOS 圖像傳感器為后視攝像頭（RVC）、環(huán)景顯示系統(tǒng)（SVS）和電子后視鏡提供了更高性價(jià)比的高質(zhì)量圖像解決方案。
毫米波雷達(dá)芯片供應(yīng)商主要來(lái)自國(guó)外，市場(chǎng)份額基本被NXP、英飛凌、TI等占據(jù)。隨著自動(dòng)駕駛的不斷發(fā)展，高分辨率雷達(dá)、4D毫米波雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生，毫米波雷達(dá)芯片正式進(jìn)入技術(shù)迭代周期，國(guó)產(chǎn)廠商可能迎來(lái)“彎道超車”機(jī)會(huì)，目前國(guó)產(chǎn)毫米波雷達(dá)芯片廠商企業(yè)如加特蘭、矽杰微等公司正加快4D毫米波芯片的技術(shù)布局。
全球智能駕駛量產(chǎn)車型中對(duì)激光雷達(dá)的需求過(guò)去一直受到成本高的影響而被壓制，當(dāng)前激光雷達(dá)逐步走向固態(tài)化，成本得以大幅度下降，發(fā)射端和接收端的芯片化是實(shí)現(xiàn)固態(tài)化的關(guān)鍵路徑，芯片自主化也可以有效降低生產(chǎn)成本并形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。目前，華為、英偉達(dá)、禾賽科技、Ouster等激光雷達(dá)Tier1廠都在積極布局芯片業(yè)務(wù)，通過(guò)投資芯片廠商或自研芯片，打通激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了一批獨(dú)立的激光雷達(dá)芯片公司，如識(shí)光、靈明光子、阜時(shí)等公司，合力推動(dòng)高性能、低成本激光雷達(dá)的落地。
模擬芯片——現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁
模擬集成電路作為半導(dǎo)體的重要分類之一，屬于產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)的關(guān)鍵元件，承擔(dān)著連接現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的橋梁作用。
汽車模擬芯片作為電動(dòng)汽車推進(jìn)的關(guān)鍵芯片，在汽車上使用廣泛，對(duì)汽車電動(dòng)化進(jìn)程至關(guān)重要。模擬芯片廣泛應(yīng)用于幾乎所有汽車電子系統(tǒng)，傳統(tǒng)汽車時(shí)代，動(dòng)力總成、底盤和安全、車載娛樂(lè)、儀表盤、車身電子及LED電源管理等領(lǐng)域都有其身影；而隨著電動(dòng)化、智能化的滲透，大小三電系統(tǒng)、熱管理、智能座艙、自動(dòng)駕駛等系統(tǒng)成為了模擬芯片進(jìn)一步快速增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，所有MCU、大算力數(shù)字芯片的背后都離不開(kāi)模擬芯片的強(qiáng)力支撐。
汽車模擬芯片主要分為電源管理芯片（約占53%）和信號(hào)鏈芯片（約占47%），電源管理芯片是在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起對(duì)電能的變換、分配、檢測(cè)及其他電能管理職責(zé)的芯片，包括DC/DC、AC/DC、LDC、電源驅(qū)動(dòng)、充電管理等芯片；信號(hào)鏈類芯片主要負(fù)責(zé)將傳感器接收到的聲音、溫度、光信號(hào)或電磁波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)方便進(jìn)一步存儲(chǔ)和應(yīng)用，包括接口芯片、隔離芯片、放大器、ADC等芯片。
新能源汽車模擬芯片使用情況
中國(guó)擁有全球最大的模擬芯片市場(chǎng)，2021年占比達(dá)到40%，作為全球模擬芯片第一大市場(chǎng)，我國(guó)模擬芯片自給率仍然偏低，2020年約12%。2022年中國(guó)汽車模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)46億美元，折合人民幣約308億元，2030年預(yù)計(jì)將達(dá)到102億美元。
從全球模擬IC市場(chǎng)格局來(lái)看，由于模擬芯片的種類繁多，且模擬IC行業(yè)具有重視經(jīng)驗(yàn)積累、產(chǎn)品研發(fā)周期長(zhǎng)、生命周期長(zhǎng)、價(jià)值偏低、重資產(chǎn)投入IDM模式為主等特性，其產(chǎn)品和技術(shù)很難在短時(shí)間內(nèi)被復(fù)制與替代，一旦切入產(chǎn)品，就可以獲得穩(wěn)定的出貨量，再加上頻繁的并購(gòu)，強(qiáng)者愈強(qiáng)，逐步形成了TI引領(lǐng)的海外龍頭主導(dǎo)格局。全球模擬芯片CR10市占率達(dá)63%，TI、ADI、SKY、英飛凌、ST長(zhǎng)期占據(jù)前五，中國(guó)企業(yè)市占率偏低，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。國(guó)內(nèi)模擬芯片公司包括上市公司矽力杰、圣邦股份、上海貝嶺、思瑞浦、納芯微、芯?？萍颊鸩綌U(kuò)張汽車業(yè)務(wù)，初創(chuàng)公司如芯必達(dá)、川土微、瓴芯、榮湃、芯力特均聚焦汽車模擬芯片發(fā)力。
國(guó)產(chǎn)模擬芯片上市公司情況
根據(jù)國(guó)際模擬龍頭的發(fā)展歷史以及國(guó)內(nèi)保障供應(yīng)鏈安全需求，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)廠商將在國(guó)產(chǎn)替代的整體趨勢(shì)中，首先切入細(xì)分賽道打開(kāi)市場(chǎng)，與大客戶建立穩(wěn)固的合作關(guān)系；其次在大客戶的支持下，通過(guò)內(nèi)生外延、兼并收購(gòu)擴(kuò)充品類；最后持續(xù)研發(fā)投入，切入高端市場(chǎng)，這不僅需要芯片設(shè)計(jì)能力提升，而且需要把握核心特色生產(chǎn)工藝，由Fabless向虛擬IDM或者IDM運(yùn)營(yíng)方式轉(zhuǎn)型。其中兼并收購(gòu)與IDM轉(zhuǎn)型有望同步開(kāi)展，共同推動(dòng)國(guó)內(nèi)模擬廠商快速發(fā)展。
存儲(chǔ)芯片——海量數(shù)據(jù)背后的支柱
存儲(chǔ)芯片，又稱半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，是以半導(dǎo)體電路作為存儲(chǔ)媒介的存儲(chǔ)器，用于保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，車輛需要處理和存儲(chǔ)更多的視頻、語(yǔ)音等數(shù)據(jù)信息，這使得汽車對(duì)存儲(chǔ)芯片的需求和性能要求不斷增加，因此，汽車產(chǎn)業(yè)逐漸成為存儲(chǔ)芯片重要的市場(chǎng)增長(zhǎng)領(lǐng)域。
汽車智能化，對(duì)兩類存儲(chǔ)芯片的需求增量最大：DRAM和NAND，其廣泛應(yīng)用于車載4大領(lǐng)域：信息娛樂(lè)系統(tǒng)、ADAS、車載信息系統(tǒng)、數(shù)位儀表板。DRAM 雖然速度快，但功耗大、容量低、成本高，且斷電無(wú)法保存數(shù)據(jù)，使用場(chǎng)景受限；NOR Flash 和 NAND Flash 讀寫(xiě)速度低，存儲(chǔ)密度受限于工藝制程，市場(chǎng)亟待能夠滿足汽車等新場(chǎng)景的存儲(chǔ)器產(chǎn)品，性能有著突破性進(jìn)展的新型存儲(chǔ)器即將迎來(lái)快速增長(zhǎng)期。
存儲(chǔ)芯片作為汽車芯片中占比最低的種類，2019年僅占7%，隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化，車輛處理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量劇增，近年的需求不斷增加。據(jù)Counterpoint Research預(yù)測(cè)，未來(lái)10年單車存儲(chǔ)容量將達(dá)2TB-11TB，以滿足不同自動(dòng)駕駛等級(jí)的車載存儲(chǔ)需求。
2025年L4級(jí)無(wú)人駕駛汽車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求
2021年，全球智能手機(jī)存儲(chǔ)的整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)460億美元，而同期汽車存儲(chǔ)的整體市場(chǎng)規(guī)模約為45億美元，僅為手機(jī)市場(chǎng)的1/10，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展大趨勢(shì)下，汽車將成為存儲(chǔ)IC行業(yè)主要增長(zhǎng)方向之一，預(yù)計(jì)到2027年，全球汽車存儲(chǔ)整體市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)125億美元，2021-2027年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.6%，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均水平。從中國(guó)來(lái)看，根據(jù)美光統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)汽車存儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模約7億美元，到2023年估計(jì)將大幅增長(zhǎng)至15億美元。增長(zhǎng)動(dòng)力一方面來(lái)自中國(guó)汽車出貨量的增長(zhǎng)，另一方面也得益于車載內(nèi)存和存儲(chǔ)容量的持續(xù)擴(kuò)大。
汽車存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)，全球巨頭寡頭壟斷明顯，美光、三星、海力士、微芯等海外存儲(chǔ)大廠引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，其中汽車存儲(chǔ)器領(lǐng)域美光全球市場(chǎng)份額超過(guò)45%，2021年美光率先推出業(yè)界首款滿足ASIL-D等級(jí)的LPDDR5，容量最高達(dá)128GB。
在汽車存儲(chǔ)芯片方面，國(guó)內(nèi)的北京君正、兆易創(chuàng)新產(chǎn)品均已導(dǎo)入車用市場(chǎng)。北京君正收購(gòu)北京矽成后進(jìn)入車載存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，已與博世汽車、大陸集團(tuán)等下游車企達(dá)成緊密合作。兆易創(chuàng)新GD25 SPI NOR Flash全面滿足車規(guī)級(jí)AEC-Q100認(rèn)證，GD25車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)全系列產(chǎn)品已在多家汽車企業(yè)批量采用。由于存儲(chǔ)芯片技術(shù)難度高，項(xiàng)目資金投入大，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)目前僅1家上市公司兆易創(chuàng)新，進(jìn)入國(guó)際梯隊(duì)。在DRAM、NAND領(lǐng)域，國(guó)家重點(diǎn)支持的3大存儲(chǔ)項(xiàng)目：長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、福建晉華，正致力于實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片廠商列表
車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證
汽車電子本身使用環(huán)境較為復(fù)雜，一旦失效可能引發(fā)嚴(yán)重后果，要研發(fā)一款真正符合需求的車規(guī)芯片并不容易。芯片在真正投入量產(chǎn)前，往往要經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證，以保證流程和產(chǎn)品的可靠性，達(dá)到車規(guī)要求。芯片的車規(guī)級(jí)認(rèn)證主要從體系、功能安全和可靠性三個(gè)維度管控。IAFT16949是汽車設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；ISO 26262是針對(duì)汽車功能安全的評(píng)估認(rèn)證；AEC-Q系列則主要是針對(duì)車規(guī)電子元器件可靠性評(píng)估的規(guī)范。
車規(guī)級(jí)芯片的三大門檻
IATF 16949
IATF 16949是基于ISO 9001的基礎(chǔ)上建立的國(guó)際汽車行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，敘述了汽車相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及相應(yīng)的安裝與服務(wù)的質(zhì)量管理體系要求，適用于顧客要求的用于生產(chǎn)件和/或服務(wù)件的制造現(xiàn)場(chǎng)，適用于整個(gè)汽車供應(yīng)鏈中的組織。它相當(dāng)于國(guó)際汽車行業(yè)的通用語(yǔ)言，目的就是為了減少供應(yīng)鏈中質(zhì)量波動(dòng)和浪費(fèi)。
IATF16949的發(fā)展過(guò)程
IATF 16949體系標(biāo)準(zhǔn)，連同適用的汽車顧客特殊要求，ISO 9001:2015要求以及ISO 9000:2015一起定義了對(duì)汽車生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件組織的基本質(zhì)量管理體系要求。正因如此，IATF 16949不能被視為一部獨(dú)立的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，而是必須當(dāng)做ISO 9001:2015的補(bǔ)充進(jìn)行理解，并與ISO 9001:2015結(jié)合使用。
IATF16949理論構(gòu)架圖
IATF 16949規(guī)定了汽車相關(guān)產(chǎn)品（包括裝有嵌入式軟件的產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，以及（相關(guān)時(shí)）裝配、安裝和服務(wù)的質(zhì)量管理體系，適用于制造顧客指定生產(chǎn)件、服務(wù)件和/或配件的組裝生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)在整個(gè)汽車供應(yīng)鏈中實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)，其給汽車企業(yè)帶來(lái)的益處有：
1、穩(wěn)定提供滿足顧客需求及適用的法律法規(guī)要求的產(chǎn)品和服務(wù)；
2、持續(xù)提高顧客滿意度；
3、應(yīng)對(duì)與企業(yè)所處環(huán)境和所制定目標(biāo)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇；
4、證實(shí)企業(yè)符合規(guī)定的質(zhì)量管理體系要求的能力。
ISO 26262
ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508派生出來(lái)的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)體系
ISO 26262根據(jù)嚴(yán)重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability），給汽車上的全部電子電氣系統(tǒng)劃分安全等級(jí)，安全氣囊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須達(dá)到ASIL D級(jí)，這是應(yīng)用于安全保障的最嚴(yán)苛等級(jí)，因?yàn)槠涫?lái)的風(fēng)險(xiǎn)最高。而安全等級(jí)范圍的最低等級(jí)，如后燈等部件，僅需達(dá)到ASIL A級(jí)即可。大燈和剎車燈通常是ASIL B級(jí)，而巡航控制通常是ASIL C級(jí)。
企業(yè)在執(zhí)行ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，會(huì)先制定安全要求以將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平，管理并跟蹤安全要求，確保最終產(chǎn)品遵循標(biāo)準(zhǔn)化安全程序。通過(guò)系統(tǒng)性、全生命周期的思考方式，實(shí)現(xiàn)全面地規(guī)劃功能安全的目的。
ISO 26262為汽車安全提供了一個(gè)生命周期（管理、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)、報(bào)廢）理念，并在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開(kāi)發(fā)過(guò)程（包括需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置）。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(jí)（Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級(jí)ASIL），其中D級(jí)為最高等級(jí)，需要最苛刻的安全需求。伴隨著ASIL等級(jí)的增加，針對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件開(kāi)發(fā)流程的要求也隨之增強(qiáng)。對(duì)系統(tǒng)供應(yīng)商而言，除了需要滿足現(xiàn)有的高質(zhì)量要求外還必須滿足這些因?yàn)榘踩燃?jí)增加而提出的更高的要求。
ISO26262的體系結(jié)構(gòu)
ISO 26262的內(nèi)容包括：
Part 1：定義術(shù)語(yǔ)（專用詞匯定義、解釋）；
Part 2：功能安全管理（定義了涉及安全相關(guān)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的組織和人員應(yīng)滿足的要求）；
Part 3：概念階段（項(xiàng)目定義、安全生命周期初始化、危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能安全概念）；
Part 4：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：系統(tǒng)層面；
Part 5：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：硬件層面；
Part 6：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：軟件層面；
Part 7：生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)和報(bào)廢；
Part 8：支持過(guò)程（規(guī)定了對(duì)供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)委托要求）；
Part 9：基于ASIL和安全的分析；
Part 10：ISO 26262導(dǎo)則（作為Part1～9的補(bǔ)充，對(duì)特定項(xiàng)目的解說(shuō)及事例的指南）；
Part 11：半導(dǎo)體應(yīng)用指南。
AEC-Q
當(dāng)我們談?wù)撈囯娮訒r(shí)，就不得不提AEC-Q100，作為公認(rèn)的車規(guī)元器件通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，它被視為芯片前裝上車的“基本門檻”。無(wú)論是環(huán)境關(guān)還是壽命關(guān)，都可通過(guò)AEC-Q100這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于汽車級(jí)芯片而言，AEC-Q100是基本可靠性的要求。
AEC全稱為汽車電子協(xié)會(huì)（Automotive Electronics Council），由通用、福特和克萊斯勒共同建立，旨在制定一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。其中，Q代表Qualification。AEC-Q適用于汽車用芯片、無(wú)源器件、分立半導(dǎo)體器件等類型元器件認(rèn)證，并為不同的元器件設(shè)定了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)。
AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)體系
車規(guī)級(jí)的電子元件對(duì)環(huán)境要求、抗振動(dòng)沖擊、可靠性和一致性等方面要求嚴(yán)格，所以必須采用更先進(jìn)的技術(shù)和更苛刻的測(cè)試程序。以AEC－Q100為例，規(guī)范了測(cè)試7大類別：
1）測(cè)試群組A（環(huán)境壓力加速測(cè)試）；
2）測(cè)試群組B（使用壽命模擬測(cè)試）；
3）測(cè)試群組C（封裝組裝整合測(cè)試）；
4）測(cè)試群組D（芯片晶圓可靠度測(cè)試）；
5）測(cè)試群組E（電氣特性確認(rèn)測(cè)試）；
6）測(cè)試群組F（瑕疵篩選監(jiān)控測(cè)試）；
7）測(cè)試群組G（封裝凹陷整合測(cè)試）。
只有完全通過(guò)7大類別共41項(xiàng)測(cè)試后，才能獲得AEC－Q100認(rèn)證。AEC-Q系列認(rèn)證，完成全部測(cè)試，平均最低時(shí)間也需要大概6個(gè)月左右，認(rèn)證等級(jí)請(qǐng)參考下圖：
AEC-Q認(rèn)證等級(jí)
AEC-Q的要求非常嚴(yán)格，只有通過(guò)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部測(cè)試項(xiàng)目，供應(yīng)商才能聲稱該產(chǎn)品通過(guò)了相應(yīng)的AEC-Q認(rèn)證；符合這些規(guī)格的組件適用于惡劣的汽車環(huán)境，無(wú)需額外的組件級(jí)鑒定測(cè)試。同時(shí)，AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)是在不斷進(jìn)化的，特別是隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)還將保持這種持續(xù)更新的狀態(tài)。
AEC-Q100驗(yàn)證流程參考下圖，以Die Design>Wafer Fab.>PKG Assembly>Testing的制造流程來(lái)繪制，各群組的關(guān)聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號(hào)，這里將驗(yàn)證流程分為五個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)易說(shuō)明，各項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)部分就不再細(xì)述。
AEC-Q100驗(yàn)證流程
1、Design House：可靠度實(shí)驗(yàn)前后的功能測(cè)試，此部分需IC設(shè)計(jì)公司與測(cè)試廠討論執(zhí)行方式，與一般IC驗(yàn)證主要差異在功能測(cè)試的溫度設(shè)定。
2、Wafer Foundry：D測(cè)試組為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗(yàn)證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者必須與委托制造的晶圓廠取得相關(guān)資料。
3、Reliability Test：區(qū)域3為可靠性視產(chǎn)品包裝/特性需要執(zhí)行的項(xiàng)目，AEC將其分為Group A(加速環(huán)境應(yīng)力實(shí)驗(yàn))、Group B(加速工作壽命模擬)、Group C(封裝完整性測(cè)試)、Group E(電性驗(yàn)證測(cè)試)、Group G(空腔/密封型封裝完整性測(cè)試)。
4、Design Verification：部分Group E的區(qū)域4為設(shè)計(jì)階段的失效模式與影響分析評(píng)估，成品階段的特性驗(yàn)證以及故障涵蓋率計(jì)算。
5、Production Control：Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的品質(zhì)控管，包含良率/Bin使用統(tǒng)計(jì)手法進(jìn)行控管及制定標(biāo)準(zhǔn)處理流程。
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