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據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計協(xié)會（WSTS）統(tǒng)計，全球半導(dǎo)體的銷售額在2019年下降了12%后，2020年雖然遭受了新冠疫情的影響，汽車、工業(yè)和部分消費市場領(lǐng)域受到了重創(chuàng)，但是由于隔離的影響，增加了居家辦公、在線學(xué)習(xí)和電話會議活動，推動了服務(wù)器、個人電腦、平板電腦等相關(guān)產(chǎn)品的強勁增長。2020年的半導(dǎo)體銷售額不降反升，達到了4403.9億美元。WSTS更是預(yù)計今年將以更快速率增長，達5272.23億美元，同比增長19.7%。
與半導(dǎo)體整體市場規(guī)模增長不同的是，汽車芯片市場在2020年有所下滑，從2019年的372億美元下滑至350億美元。不過今年應(yīng)該會有所反彈。
芯片在汽車上的應(yīng)用
300多億美元的汽車芯片都用在了哪里呢？未來又有哪些發(fā)展趨勢？根據(jù)應(yīng)用場景的不同，大致可以分為：傳感、智能座艙、ADAS和自動駕駛、功率、模擬及存儲幾個應(yīng)用場景。
芯片在傳感應(yīng)用場景中的應(yīng)用
汽車傳感器是信息采集分析的前端系統(tǒng)，將汽車運行中的光、電、溫度、壓力、時間等信息轉(zhuǎn)換成可供測量的信號，并傳送給ECU，進行運算處理后，發(fā)送指令給執(zhí)行單元。
目前汽車傳感器主要分為兩類，一類是傳統(tǒng)傳感器，一類是智能傳感器。
傳統(tǒng)傳感器主要用于車輛感知，存在于動力、底盤、車身、電力電子系統(tǒng)中，包括壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、液位傳感器等；從制造工藝上來看，MEMS傳感器在車身中的應(yīng)用最多。據(jù)統(tǒng)計，目前平均每輛汽車中含有24個MEMS傳感器，高檔汽車中更多，有25~40個。價值量在1~2萬元。
目前汽車MEMS傳感器的頭部玩家比較穩(wěn)固，基本上是被歐美日的幾個巨頭所壟斷。根據(jù)IHS Markit的數(shù)據(jù)，前10大供應(yīng)商占了85%的市場份額。主要的廠商有博世、森薩塔、NXP、Denso等。國內(nèi)有些玩家，比如明皜傳感、深迪半導(dǎo)體、美新半導(dǎo)體等，但與國外廠商比，還有很大的差距。
智能傳感器，主要用來進行環(huán)境感知，它包括攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達等。其實智能傳感器主要是用來做無人駕駛的“眼睛”的，目前車載攝像頭是發(fā)展得最為成熟的產(chǎn)品。
比如說車載攝像頭，2018年的時候平均一輛車是1.7顆，預(yù)計2022年平均每輛車會增加到3顆。同時，攝像頭數(shù)量的上漲，帶動了視覺傳感器芯片的增長。這包括CMOS圖像傳感器（CIS）和圖像信號處理芯片（ISP）。
從玩家來看，視覺傳感器芯片主要還是以索尼、三星、安森美、TI和Mobileye等廠商為主。國內(nèi)的豪威科技也有一些。
毫米波、超聲波、激光雷達賽道，國內(nèi)近幾年涌現(xiàn)出了非常多的初創(chuàng)企業(yè)，而且毫米波雷達和超聲波雷達這幾年在一些L2級別的汽車中有不少應(yīng)用；激光雷達主要還是在試驗車型，和一些改裝的自動駕駛汽車中有應(yīng)用，目前除了與華為合作的極狐有一款量產(chǎn)車的高配版中說有用到之外，據(jù)說小鵬幾年下半年量產(chǎn)的車型P5將會采用Livox為其定制的雙激光雷達，上海智己明年的量產(chǎn)車型據(jù)說也會配備激光雷達，但目前量產(chǎn)的車型還相當(dāng)少。
不過可以確定的是，未來智能傳感器將會是汽車傳感器的重要增長點。
芯片在智能座艙中的應(yīng)用
智能座艙是由不同的座艙電子組合成為一個完整的體系，可以實現(xiàn)語音控制、手勢操作等智能化交互方式，未來還有可能將人工智能、AR、VR等技術(shù)融入其中。
智能座艙將會涵蓋四大方面，一是豐富的娛樂信息，高清的屏幕體驗；二是電子化產(chǎn)品應(yīng)用，比如電動座椅、智能空調(diào)、智能燈光等等；三是社交的引入，通過車聯(lián)網(wǎng)和智能交通的融入，汽車將會加入更多的社交元素；四是交互體驗，5G、生物識別和AI的融入，會不斷刷新智能座艙的交互體驗。
我們可以看到，越來越多的廠商在智能座艙領(lǐng)域投入很多的資金和精力，探索智能座艙更多的新玩法。比如高通、TI、NXP、瑞薩、英偉達、英特爾、地平線、華為等都眾多廠商都在積極探索中。
芯片在ADAS和自動駕駛方面的應(yīng)用
按照SAE的分級，將自動駕駛分為了5級。其中L0~L2也可歸結(jié)為ADAS系統(tǒng)，主要是用來輔助駕駛員駕駛。L3以上就具有自動駕駛功能了。不過在L3啟動時，駕駛員還需要時刻準(zhǔn)備進行人工干預(yù)。L4級別后，駕駛員基本就可以不用干預(yù)了。
在芯片結(jié)構(gòu)方面，目前主要以“CPU+GPU+NPU”的SoC異構(gòu)方案為主。比如英偉達的自動駕駛芯片Xavier系列就包含了控制單元、計算單元和AI加速單元三大模塊。
玩家方面，目前有兩大陣營，一是提供軟硬一體解決方案，一是開放式解決方案。
提供軟硬一體解決方案的廠商有英特爾和華為，他們將傳感器、芯片、算法都綁定一起銷售。
只提供硬件的開放式解決方案主要代表是英偉達，目前很多新勢力廠商和自主品牌廠商都在采用，比如小鵬、理想、蔚來等新勢力品牌，上海智己等自主品牌；國內(nèi)的地平線也有一些客戶，比如理想ONE。
這兩種方案各有好處，一般研發(fā)能力比較弱的車廠傾向于采用軟硬一體的解決方案，頭部的OEM廠商自己有一定的算法開發(fā)能力，更傾向于采用開放的計算平臺，在完善的開發(fā)工具鏈上結(jié)合場景自研算法，以滿足差異化需求。
汽車上的功率器件
汽車電動化趨勢下，“三電系統(tǒng)”的電池、電機、電控系統(tǒng)，取代了汽油發(fā)動機、油箱或變速器。汽車新增大量部件，包括DC-DC模塊、電機控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、高壓電路等。其對功率半導(dǎo)體的需求量大幅提升。
功率半導(dǎo)體，在汽車中主要承擔(dān)電源開關(guān)、電力轉(zhuǎn)換的功能。其分為2大類：功率器件、功率IC。其中，功率器件，包括二極管、晶閘管、IGBT、MOSFET。功率IC，主要將功率器件與驅(qū)動、控制、保護、接口、監(jiān)測等外圍電路集成在一起而成。
目前車規(guī)級的功率半導(dǎo)體主要以MOSFET和IGBT為主。主要還是以外資為主，比如英飛凌、ST、NXP、TI、羅姆和東芝等。
在IGBT領(lǐng)域，國內(nèi)的斯達半導(dǎo)體、中車時代、比亞迪等企業(yè)也表現(xiàn)還可以。
另外，SiC和GaN等第三代半導(dǎo)體業(yè)備受關(guān)注，目前國內(nèi)有不少第三代半導(dǎo)體材料的初創(chuàng)企業(yè)，目前全球的SiC市場還處于初期階段，滲透率還比較低，未來的競爭格局還有較達的不確定性。國內(nèi)的天科合達、三安集成等都在跑馬圈地。
汽車上的模擬器件
目前在電動汽車當(dāng)中，40%的成本來自電池，一輛電動汽車中，往往有100個，甚至更多的鋰離子電池通過串并聯(lián)的方式連接后，來滿足汽車電機的負載要求，驅(qū)動汽車行駛。一般來說，電動汽車的內(nèi)部電池組電壓不低于800V。那么該使用什么技術(shù)來保證電池組的安全可靠，以及性能呢？答案就是BMS解決方案。
電池管理系統(tǒng)（BMS），能夠密切監(jiān)視、控制和分配整個電池系統(tǒng)在使用壽命期間的可靠充電和放電，保證電池的安全性、耐久性和動力性。
電池組組一般都多個電池模塊組成，每個電池模塊又包括多種傳感器、AFE(模擬前端)、主控/MCU、電流測量、以及充電/不充電開關(guān)等部分。其中，AFE專指電池采樣芯片，用來采集電芯電壓和溫度等信息。同時，它還要支持電池的均衡功能，通常來說芯片會集成被動均衡功能。MCU主要是用來處理AFE收集來的信息，計算SOC、SOH等參數(shù)，并將這些信息傳送給上一級VCU。充電/不充電開關(guān)由MCU控制，這個切換開關(guān)一般使用繼電器，很少使用MOS管。
在汽車BMS方案中，可供我們選擇的AFE并不多。其實目前市面上可以接觸到的AFE內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本都大同小異，最主要的不同點在于采樣通道數(shù)、內(nèi)部ADC的數(shù)量、類型和架構(gòu)。
AFE的主要供應(yīng)商有ADI、TI、ST、松下、NXP和瑞薩。其中ADI的產(chǎn)品線主要來自收購的凌力爾特和美信，瑞薩的產(chǎn)品主要來自收購來的Intersil。AFE產(chǎn)品的供應(yīng)商主要是國外的企業(yè)，國內(nèi)目前沒看到有哪家廠商提供AFE芯片。
從MCU方面來看，供應(yīng)商主要有TI、ST、NXP、英飛凌、瑞薩等。目前國內(nèi)也有不少MCU廠商都在積極布局車規(guī)級產(chǎn)品，比如兆易創(chuàng)新、芯旺微、比亞迪、杰發(fā)科等等。
在ADC方面，目前主要的供應(yīng)商有TI、ADI、ST、瑞薩等，多數(shù)是美國廠商，ST雖然有，但產(chǎn)品系列比較少。國內(nèi)可以提供車規(guī)級ADC的企業(yè)目前還沒發(fā)現(xiàn)。
在數(shù)字隔離方面，主要用在高低壓之間的數(shù)字通信，比如在BMS主控板上的高壓采樣與MCU之間的SPI通信，以及采樣板AFE與MCU的SPI通信。主要供應(yīng)商有ADI、TI、SiliconLabs等。當(dāng)然，除了使用數(shù)字隔離器外，也可以使用光耦、或者變壓器隔離方案。
汽車上的存儲芯片
Counterpoint預(yù)計，未來十年內(nèi)，汽車單車的存儲容量將會達到2TB左右。目前車內(nèi)存儲主要用在智能座艙和中控系統(tǒng)，且燃油車以32GB為主，電動汽車一般使用64GB，或128GB，相對于2TB來說，還有一個巨大的提升空間。
據(jù)Statista數(shù)據(jù)，2020年DRAM芯片前三位廠商，三星、海力士、美光，市占率高達94.5%。中國存儲半導(dǎo)體，嚴重依賴進口。
中國半導(dǎo)體企業(yè)的機會
雖然這兩年國內(nèi)的汽車銷量總量并沒有大的增長，甚至有小幅下滑，但是汽車的“新四化”進程趨勢越來越明顯，汽車電子電氣架構(gòu)在不斷升級，加上新能源汽車的占比在迅速提升，對汽車芯片的需求在增加。比如全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹更是預(yù)測今年新能源乘用車銷量突破220萬輛，整個新能源汽車市場或達250萬輛規(guī)模。
新的國際貿(mào)易形勢下，美國對中興、華為的打壓，讓國內(nèi)終端廠商都開始考慮多供應(yīng)商策略，比如有芯片廠商透露說，在2018年下半年以前，國內(nèi)芯片企業(yè)要是說自己是做汽車芯片的，去找主機廠，或者汽車廠商，90%以上的客戶都是不愿意見這些芯片廠商的。但現(xiàn)在，主機廠和車廠都在導(dǎo)入國產(chǎn)芯片，即使是工業(yè)級的芯片，他們也愿意先進行測試。再加上今年汽車缺芯的影響，可以說國產(chǎn)芯片玩家迎來了國產(chǎn)替代的重要窗口期。
另外，根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的調(diào)查，在汽車芯片方面，我們的自主率不足5%，這也從另外一個方面說明了中國企業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
其實，還有一個現(xiàn)象，就是現(xiàn)在有大量的新玩家涌入汽車這個賽道，并且出現(xiàn)了一些明星公司，從解決方案和整車級別來看，有消費電子巨頭、新勢力車企加速入局，包括華為、大疆、蔚來、理想、小鵬等；從芯片級別來看，消費級、工業(yè)級芯片廠商也開始延伸至汽車領(lǐng)域，比如大唐電信、紫光國微、韋爾股份、聞泰科技、還有我們前面的分享嘉賓，江波龍等等。
也有一大批的創(chuàng)業(yè)公司開始進入汽車領(lǐng)域，依靠技術(shù)不斷突圍，代表的有地平線、黑芝麻、芯馳等。
這是我們看到的一些現(xiàn)象，看起來進入汽車行業(yè)的國內(nèi)企業(yè)有不少，而且有些已經(jīng)取得了不少的成績，但其實，目前汽車芯片國產(chǎn)化，還面臨著一些挑戰(zhàn)。
一方面是車規(guī)級的認證難度比較高。目前車規(guī)級的國際認證標(biāo)準(zhǔn)主要有4個，對設(shè)計公司的ISO 26262、ISO 9001，對晶圓封測廠的IATF16949認證，產(chǎn)品可靠性標(biāo)準(zhǔn) AEC-Q100等。相比消費級、工業(yè)級，車規(guī)級芯片對質(zhì)量要求嚴格，如高可靠性、追求零失效、長達15年供貨周期保障等。
另一方，國產(chǎn)芯片還需要得到車廠和主機廠的認可，以及與車廠開發(fā)架構(gòu)的兼容性。并不是你過了所有的認證就可以了，其實每個車廠都有自己的測試項和測試標(biāo)準(zhǔn)。主機廠需要你有大量的應(yīng)用案例，比如已經(jīng)在某一款車型上量產(chǎn)了，或者是Tier1廠商的第一供應(yīng)商等等。
窗口期已經(jīng)打開，那么國內(nèi)汽車芯片企業(yè)的具體機會在哪里呢？在<電子發(fā)燒友網(wǎng)>看來，傳感器領(lǐng)域里面，傳統(tǒng)的汽車MEMS傳感器研發(fā)難度大、制造工藝復(fù)雜，進入門檻高，基本是海外供應(yīng)商為主，這一塊國內(nèi)企業(yè)進入的機會不大。但是在智能傳感器方面，比如攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等產(chǎn)品國內(nèi)企業(yè)的機會還是挺大的，特別是激光雷達，大家?guī)缀醵继幱谕黄鹋芫€上，突圍的機會比較大。
另外一個是計算控制領(lǐng)域，國內(nèi)的地平線就已經(jīng)表現(xiàn)還不錯了，到目前為止他們出貨量已經(jīng)到40萬片了；后面還有芯馳、黑芝麻等公司。
MCU方面，國內(nèi)已經(jīng)有廠商打入了前裝市場，這些玩家主要集中在車身域，包括汽車燈、車窗、雨刮器等。比如芯旺微等。
另外，電源和功率也是國產(chǎn)半導(dǎo)體芯片企業(yè)的機會所在。
結(jié)語
新能源汽車的興起，將重塑汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈。未來，將會有更多消費電子廠商，和工業(yè)類企業(yè)將進入汽車產(chǎn)業(yè)鏈，加上貿(mào)易戰(zhàn)和缺芯環(huán)境，打開了國產(chǎn)替代窗口期。對過中國半導(dǎo)體企業(yè)的機會，具體來看，MCU、SoC、功率半導(dǎo)體、傳感器中的攝像頭和雷達都是中國企業(yè)有機會迅速突圍的地方，但同時面臨諸多挑戰(zhàn)需要克服。未來，希望中國半導(dǎo)體企業(yè)像在消費電子行業(yè)一樣，在汽車行業(yè)也能拓出一片新天地來。
