汽車芯片的新機(jī)會(huì)

來源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）綜合自Yole，謝謝。

雖然上海的疫情防控給汽車帶來了一些雜音，但汽車銷售正受益于疫情后的激增——人們可以稱之為重生，而不是反彈。

事實(shí)上，CASE 的大趨勢(shì)（互聯(lián)、自治、共享和電氣化）也已經(jīng)席卷了整個(gè)行業(yè)。今天銷售的汽車正在采用新的成像技術(shù)設(shè)備來支持新功能，特別是支持從高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 向自動(dòng)駕駛 (AD) 的過渡。在這種情況下，成像技術(shù)的成功——無論是用于觀看、ADAS 還是車內(nèi)應(yīng)用，就成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在 2021 年，這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了 69億美元的硬件銷售額，并且在 4.67 億輛汽車的支持下，到 2027 年應(yīng)以 12.5% 的復(fù)合年增長率增長至 140億美元相機(jī)模塊。

后視鏡等觀察攝像頭的采用非常引人注目，現(xiàn)在這一階段涉及 360° 環(huán)視系統(tǒng)。2021 年生產(chǎn)的輕型汽車中，58% 配備了 ADAS 前向攝像頭，到 2027 年將達(dá)到 86%。Level 2以上汽車的自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB) 和車道保持輔助 (LKA) 都是經(jīng)過充分驗(yàn)證的市場(chǎng)應(yīng)用。

對(duì)于下一階段的增長，車內(nèi)攝像頭和側(cè)面/后置 ADAS 攝像頭將成為必需品。不僅消費(fèi)者購買熱潮，而且監(jiān)管機(jī)構(gòu)也加入了競(jìng)爭以加速采用。車內(nèi)駕駛員監(jiān)控系統(tǒng) (DMS) 和改進(jìn)的易受攻擊的用戶檢測(cè)技術(shù)（如行人 AEB）接下來將加速采用。

成像技術(shù)是這一轉(zhuǎn)變的核心

2021 年每輛汽車用了 2.6 個(gè)攝像頭，到 2027 年，這一數(shù)字將上升到每輛 4.6 個(gè)攝像頭。如果平均攝像頭安裝數(shù)量是成像技術(shù)無處不在的一個(gè)很好的指標(biāo)，那么高端汽車往往至少是兩倍。今天展示的高級(jí)原型通常配備 11 或 12 個(gè)攝像頭，而對(duì)于期待已久的消費(fèi)級(jí)自動(dòng)駕駛汽車 (AV)，其路線圖擴(kuò)展到每輛車超過 20 個(gè)攝像頭。

到目前為止，我們觀察到的是原始設(shè)備制造商在選擇相機(jī)時(shí)的極端保守主義。大量使用的圖像傳感器極為有限。汽車確實(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，并且引入了新的成像模式，無論是熱成像 (LWIR)、短波紅外成像 (SWIR)，還是時(shí)間門控或基于事件的成像等新方法，仍然是機(jī)器人車輛生態(tài)系統(tǒng)更有可能采用的困難路徑。Waymo、Cruise、百度和 Tu Simple 是這件事的潛在破壞者。

在安全法規(guī)的推動(dòng)下，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的采用正在迅速增加。ADAS 傳感器非常多樣化和互補(bǔ)，通常需要處理器才能發(fā)揮作用。本報(bào)告涵蓋用于 ADAS 攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)的處理器，以及用于 ADAS 中央平臺(tái)的處理器。還研究了具有駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)和乘員監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用的車內(nèi)攝像頭和雷達(dá)的計(jì)算，以及用于信息娛樂的處理器。ADAS 和信息娛樂處理器的計(jì)算收入正在快速增長，2021-2027 年 (CAGR21-27) 的復(fù)合年增長率為 19%，到 2027 年達(dá)到 120億美元的價(jià)值。這種增長是由不斷增長的出貨量推動(dòng)的，但也集中化趨勢(shì)，這需要更強(qiáng)大和更昂貴的處理器。不斷增長的平均售價(jià) (ASP) 部分是最近 Covid-19 和相關(guān)半導(dǎo)體短缺危機(jī)的結(jié)果。這也部分歸因于將更多功能集成到處理器中。這些因素共同推動(dòng)了汽車行業(yè)的計(jì)算收入。

汽車制造商之間的多樣性越來越大。傳統(tǒng)公司可能或多或少地參與了自主功能的開發(fā)。新的電動(dòng)和顛覆性汽車制造商可能會(huì)創(chuàng)造新的消費(fèi)者視聽范式。去年，一些傳統(tǒng)汽車制造商宣布了處理器的開發(fā)，電動(dòng)汽車巨頭特斯拉也這樣做了。但考慮到任務(wù)的難度和必要的巨額投資，我們預(yù)計(jì)大多數(shù)汽車制造商不會(huì)完全開發(fā)出完整的芯片。相反，他們將建立伙伴關(guān)系并建立緩沖庫存。

目前的處理器生態(tài)系統(tǒng)，成像 ADAS 處理器市場(chǎng)由 Mobileye 主導(dǎo)，其次是賽靈思-AMD、東芝和德州儀器等其他廠商。但許多玩家正在推動(dòng)進(jìn)入市場(chǎng)，并且已經(jīng)宣布設(shè)計(jì)獲勝。其中包括高通和安霸，還有許多初創(chuàng)公司，包括 Hailo、Vsora 和 Horizon Robotics。這些玩家中的大多數(shù)也將自己定位于中央計(jì)算處理器，這是圖像處理的下一步。中國和新興電動(dòng)汽車制造商正在以最快的速度采用這種架構(gòu)。

對(duì)于車內(nèi)傳感市場(chǎng)，情況就不同了。有更多種類的解決方案可用于運(yùn)行第 2 層軟件解決方案。傳統(tǒng)的汽車處理器擁有雷達(dá)處理器市場(chǎng)。對(duì)于激光雷達(dá)，大多數(shù)玩家使用 Xilinx 的可編程片上系統(tǒng) (SoC)。信息娛樂方面也有一些變化，隨著功能的集中以及汽車制造商軟件戰(zhàn)略中無線更新的重要性日益增加。

隨著 ADAS 的發(fā)展，需要更多的傳感器來添加新功能并提高現(xiàn)有功能的安全性。這直接導(dǎo)致汽車中處理器數(shù)量的增加。即使計(jì)算的中心化趨勢(shì)限制了數(shù)量的增長，它仍然是巨大的。每個(gè) ADAS 傳感器/傳感器組一個(gè)處理器的分散式架構(gòu)預(yù)計(jì)將在未來五年內(nèi)保持主導(dǎo)地位。

此外，這種集中化趨勢(shì)直接意味著需要更強(qiáng)大的處理器來處理相機(jī)、雷達(dá)和激光雷達(dá)原始數(shù)據(jù)流之上的所有不同軟件層。最新的處理器光刻節(jié)點(diǎn)將用于執(zhí)行這些高級(jí)任務(wù)，具有最佳的性能和能耗比。這將直接提高處理器價(jià)格。

生態(tài)系統(tǒng)中正在進(jìn)行的技術(shù)轉(zhuǎn)型的后果已經(jīng)非常顯著。2015 年英特爾收購 Mobileye 為行業(yè)重構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。三星、高通和安霸已將自己定位為從技術(shù)轉(zhuǎn)型中受益，許多成像和視頻分析初創(chuàng)公司也如此。因此，成像技術(shù)供應(yīng)商的角色與 OEM 和一級(jí)供應(yīng)商以及視覺處理器和軟件公司交織在一起。汽車行業(yè)現(xiàn)在是科技領(lǐng)域的一部分，在當(dāng)前半導(dǎo)體短缺的背景下，這一點(diǎn)變得更加生動(dòng)。應(yīng)用的多樣化催生了許多新技術(shù)。

備受關(guān)注的汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)

不斷發(fā)展的安全法規(guī)和新穎的駕駛自動(dòng)化功能同時(shí)也正在推動(dòng)雷達(dá)市場(chǎng)?？傮w而言，2021 年雷達(dá)平臺(tái)市場(chǎng)為 58億美元。我們預(yù)計(jì)復(fù)合年增長率為 14%，到 2027 年達(dá)到 128億美元。這一市場(chǎng)增長主要來自 4D 和成像雷達(dá)，這將更好地適應(yīng)未來更嚴(yán)格的駕駛場(chǎng)景. 雷達(dá)傳感器也有望在更普遍的情況下進(jìn)入室內(nèi)監(jiān)控用例市場(chǎng)，例如兒童存在檢測(cè)和占用監(jiān)控系統(tǒng)。這種新型雷達(dá)傳感器預(yù)計(jì)將帶來新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，我們估計(jì)到 2027 年將達(dá)到近 5 億美元。雷達(dá)模塊包括多個(gè) IC 和/或功能，來自雷達(dá)處理器（通常是 MCU）和 RFIC（通常是收發(fā)器） ) 到配套的 PMIC 和網(wǎng)絡(luò)芯片。

第一個(gè)商用汽車?yán)走_(dá)于 2000 年為戴姆勒和寶馬汽車推出。在 2020 年和 2021 年期間，領(lǐng)先的雷達(dá)供應(yīng)商推出了他們的第 5 代雷達(dá)?，F(xiàn)代汽車?yán)走_(dá)傳感器繼承自這個(gè)長期的進(jìn)化周期。到目前為止，升級(jí)主要集中在成本和外形優(yōu)化上，這說明了行業(yè)所追求的集成化趨勢(shì)。除了集成之外，RF 性能隨著時(shí)間的推移顯著提高。最初，雷達(dá)以模擬波束形成和機(jī)械轉(zhuǎn)向運(yùn)行，然后轉(zhuǎn)向數(shù)字波束形成（全場(chǎng)景照明）。在數(shù)字波束形成時(shí)代，引入了 MIMO 技術(shù)，可以在保持合理物理尺寸的同時(shí)增加天線虛擬孔徑。目前，業(yè)界提出了 MIMO 縮放（從 0. 2k 到 2k 像素）作為實(shí)現(xiàn)成像雷達(dá)低于 1° 角分辨率的基線。這帶來了信號(hào)處理和計(jì)算方面需要克服的新挑戰(zhàn)，這解釋了為什么重點(diǎn)轉(zhuǎn)向深度學(xué)習(xí)和人工智能。

過去幾年，汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)引起了更多關(guān)注。在系統(tǒng)層面，市場(chǎng)由六大一級(jí)供應(yīng)商引領(lǐng)：Continental、Bosch、Hella、Denso、Aptiv 和 Veoneer。同時(shí)，在芯片層面，恩智浦和英飛凌占據(jù)了大部分市場(chǎng)。盡管雷達(dá)市場(chǎng)已經(jīng)成熟多年，但我們看到多個(gè)新玩家定位并獲得設(shè)計(jì)勝利，無論是在系統(tǒng)級(jí)別（Magna、Mobis、Weifu 等）還是在芯片級(jí)別（例如，Arbe、Uhnder、Vayyar ）。而且還有更多，因?yàn)榇笮涂萍脊疽苍谕顿Y雷達(dá)開發(fā)（華為、高通、英特爾……）。

尋求新收入來源并渴望差異化以求生存的 OEM 熱衷于與這些公司直接討論，將其傳統(tǒng)供應(yīng)商列入候選名單。這給領(lǐng)先的一級(jí)供應(yīng)商和半導(dǎo)體公司帶來了巨大壓力，他們需要比通常的時(shí)間周期更快地進(jìn)行創(chuàng)新。因此，領(lǐng)先企業(yè)正在尋求協(xié)同效應(yīng)，要么進(jìn)行整合，要么轉(zhuǎn)向垂直整合。

新能源帶來的功率器件需求

幾年來，電動(dòng)汽車 (xEV) 的普及率一直在蓬勃發(fā)展。Yole 預(yù)計(jì)，從 2021 年到 2027 年（CAGR2021-2027），全球 xEV 市場(chǎng)的復(fù)合年增長率將達(dá)到 21%，并在所有市場(chǎng)中加速。隨著 BEV 采用的快速增長，混合動(dòng)力技術(shù)也將大幅增長。不同技術(shù)的滲透率取決于地區(qū)。

電力電子市場(chǎng)將受到逆變器、車載充電器 (OBC) 和直流到直流轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用的強(qiáng)勁推動(dòng)。用于主逆變器的 SiC MOSFET 模塊的滲透已經(jīng)開始，并將取得顯著成效。這些模塊將在 2021-2027 年達(dá)到 28% 的 CAGR，具有快速充電能力、高效率以及設(shè)備和系統(tǒng)級(jí)別的緊湊性等優(yōu)勢(shì)。碳化硅的供需平衡問題更為尖銳，其產(chǎn)能正在大幅擴(kuò)張。

快速的電氣化趨勢(shì)正在創(chuàng)造一個(gè)全新的供應(yīng)鏈，遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。這包括一個(gè)新的電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，由電池、電動(dòng)機(jī)和逆變器組成，以及其他支持性子系統(tǒng)，包括 OBC、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、配電單元 (PDU) 和其他輔助設(shè)備。對(duì)于大多數(shù)子系統(tǒng)，電力電子元件是關(guān)鍵。

這吸引了一批新的供應(yīng)商，其中一些甚至來自汽車以外的行業(yè)。這種“入侵”在新興國家和地區(qū)更為明顯，尤其是在中國。

值得注意的是，越來越多的汽車制造原始設(shè)備制造商 (OEM) 正在轉(zhuǎn)向垂直整合。一些將通常由一級(jí)零件供應(yīng)商生產(chǎn)的系統(tǒng)的責(zé)任合并到 OEM 的內(nèi)部工作中。有些甚至滲透到通常由二級(jí)供應(yīng)商完成的設(shè)備設(shè)計(jì)和制造。這種顛覆性趨勢(shì)的主要驅(qū)動(dòng)力是關(guān)鍵供應(yīng)鏈安全的保障，以及電動(dòng)汽車相當(dāng)高的創(chuàng)新速度，垂直整合得到了更好的支持。

電氣化之旅相當(dāng)令人興奮。然而，對(duì)于所有參與者來說，仔細(xì)審視自己的地位和能力，并制定適合高度動(dòng)態(tài)的 xEV 業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略仍然至關(guān)重要。

效率提升為電動(dòng)汽車帶來多重好處。顯然，這需要一種整體方法，其中電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。電力電子器件是電子轉(zhuǎn)換器中功能和成本的關(guān)鍵元件。從 Si IGBT 模塊轉(zhuǎn)向 SiC MOSFET 模塊，因?yàn)楹笳呔哂懈偷膿p耗、緊湊性和更好的超快速充電兼容性。隨著巨大的計(jì)劃 SiC 產(chǎn)能在未來幾年達(dá)到量產(chǎn)，這一轉(zhuǎn)變正在加速。

另一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)是子系統(tǒng)集成。這不僅是一種技術(shù)選擇，而且還極大地改變了供應(yīng)鏈。越來越多的原始設(shè)備制造商開始自己成為“系統(tǒng)集成商”，并直接與關(guān)鍵組件供應(yīng)商簽訂合同。

技術(shù)不斷向更高的性能發(fā)展，包括系統(tǒng)電壓從 400V 到 800V 以及設(shè)備冷卻解決方案從主流的單面直接水冷轉(zhuǎn)向更有效的雙面直接水冷。

Yole指出，受汽車應(yīng)用的強(qiáng)勁推動(dòng)，尤其是在 EV 主逆變器方面，繼特斯拉采用 SiC 后，2020 年和 2021 年又有多款新發(fā)布的 EV 和公告。此外，特斯拉創(chuàng)紀(jì)錄的出貨量幫助 SiC 器件在 2021 年達(dá)到 10 億美元的規(guī)模。為了滿足長續(xù)航的需求，800V EV 是實(shí)現(xiàn)快速直流充電的解決方案。這就是 1200V SiC 器件發(fā)揮重要作用的地方。

Yole表示，截至 2022 年，比亞迪的 Han-EV 和現(xiàn)代的 Ioniq-5 通過提供快速充電功能獲得了不錯(cuò)的銷量。Nio、Xpeng 等更多 OEM 計(jì)劃在 2022 年將 SiC EV 推向市場(chǎng)。

除汽車外，工業(yè)和能源應(yīng)用在我們的預(yù)測(cè)期內(nèi)代表著增長率超過 20% 的市場(chǎng)。例如，采用 SiC 模塊的大功率充電基礎(chǔ)設(shè)施的部署，以及日益增長的光伏安裝。在這種情況下，在 Yole 的最新預(yù)測(cè)中，預(yù)計(jì)到 2027 年，SiC 器件市場(chǎng)將從 2021 年的 10 億美元業(yè)務(wù)增長到 60 億美元以上。

這項(xiàng)價(jià)值數(shù)十億美元的業(yè)務(wù)也吸引了玩家增加收入。在頂級(jí) SiC 器件廠商中，意法半導(dǎo)體和 Wolfspeed 的 SiC 收入在 2021 年同比增長超過 50%，與全球 SiC 器件市場(chǎng) 57% 的增長保持一致。英飛凌以工業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)進(jìn)入主逆變器業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了 126% 的增長。onsemi 也在 2021 年以強(qiáng)勁的增長加入這個(gè)競(jìng)爭。隨著這些公司正在將其 SiC 發(fā)展到十億美元的業(yè)務(wù)，未來幾年的競(jìng)爭也可以在供應(yīng)鏈整合中確定。IDM商業(yè)模式被主要參與者選擇，多方并購 和 SiC 的合作伙伴關(guān)系重塑了 SiC 生態(tài)系統(tǒng)，以確保晶圓供應(yīng)并進(jìn)入器件業(yè)務(wù)，以維持其未來數(shù)年價(jià)值數(shù)十億美元的業(yè)務(wù)目標(biāo)。SiC 模塊是玩家競(jìng)爭的下一個(gè)級(jí)別，我們已經(jīng)確定了進(jìn)入汽車、工業(yè)和能源應(yīng)用的新產(chǎn)品。