汽車芯片及其供貨現(xiàn)狀！

汽車“三化”提速，車載芯片得到廣泛應用

隨著電動化、網聯(lián)化和智能化的提速，汽車信息化水平空前提升，芯片應用快速增加。最早，車上的設備全部是機械式的；隨著電子工業(yè)的發(fā)展，汽車的一些控制系統(tǒng)開始了從機械化到電子化的轉換。目前，汽車芯片已經廣泛應用在動力系統(tǒng)、車身、座艙、底盤和安全等諸多領域。而汽車芯片與計算、消費電子芯片不同的是，汽車芯片很少單獨亮相，都是內嵌在各大功能單元中，而且多數場合是核心。

汽車芯片種類較為龐雜，主要分四類：一是功能芯片，主要是指MCU（微控制器芯片）和存儲器，其中MCU負責具體控制功能的實現(xiàn)，承擔設備內多種數據的處理診斷和運算；二是主控芯片，在智能座艙、自動駕駛等關鍵控制器中承擔核心處理運算任務的SoC，內部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列運算單元；三是功率半導體，主要是IGBTs和MOSFETs；四是傳感器芯片，包括導航、CIS和雷達等。

車規(guī)級芯片開發(fā)、認證和導入測試周期長，上車門檻高

相比于消費級芯片，車規(guī)級芯片驗證周期較長（3-5年），進入Tier1或車廠需要進行嚴苛的認證工作。認證工作主要有兩項：1）北美汽車產業(yè)所推的AEC-Q100（IC）；2）符合零失效（ZeroDefect）的供應鏈品質管理標準ISO/TS 16949 規(guī)范。

整體來看，汽車芯片主要關注三個方面：1）可靠性要求，相關標準包括AEC-Q100、IATF 16949規(guī)范、各國法規(guī)及車廠要求等；2）設計壽命，20年以上；3）高安全性要求， 包括功能安全國際標準ISO 26262、ISO 21448預期功能安全、ISO21434等。

汽車功能芯片以成熟工藝為主，主控芯片在持續(xù)追求高端制程

不同汽車芯片對工藝的要求存在較大差異。1）功能芯片主要是依靠成熟制程。汽車芯片由于不受空間限制，高集成度的要求并不是非常緊迫，而且主要功能芯片用在發(fā)電機、底盤、安全等低算力領域，安全性、可靠性和低成本成為主要考慮因素，成熟工藝正好符合此類芯片的需求。

因此，我們看到，汽車上大部分所需芯片的制造技術是15 年前或更早的。為了進一步降低成本，芯片行業(yè)在2000年之后開始使用300 毫米晶圓，但大部分舊的200 毫米的生產線仍在繼續(xù)使用。2）主控芯片持續(xù)向高端制程邁進。近年來，隨著汽車智能化的發(fā)展，更高級別的自動駕駛對高算力的急迫需求，正在推動著汽車算力平臺制程向7納米及以下延伸。

汽車芯片以Tier2的身份參與市場，與Tier1和主機廠關系牢固

汽車芯片廠商一般作為Tier2（二級供應商）參與整個汽車供應鏈，傳統(tǒng)芯片（功能芯片）廠商競爭格局相對穩(wěn)定，英飛凌、恩智浦、瑞薩、意法半導體、TI等公司位居市場前列，在MCU、功率半導體、傳感器等細分賽道上，都有著自己的專長，與Tier1（一級供應商）形成了牢固的供應關系。

近年來，隨著自動駕駛對算力要求的提升，大算力尤其是AI芯片需求上升，智能計算、消費級賽道的玩家開始進入該領域，我國一些創(chuàng)業(yè)企業(yè)在該領域也有了一席之地。

汽車芯片占全球半導體應用的12%，MCU和模擬電路等占比居前

整體規(guī)?？?，汽車芯片占整個集成電路市場的10%上下。據SIA數據顯示，2020年汽車芯片收入規(guī)模達到501億美元，同比下降0.3%，占整個芯片市場的比重為12%。從產品結構上看，MCU、模擬電路占比居前。據ICVTank數據顯示，2019年全球汽車芯片中，MCU占比達到30%，模擬電路占29%，傳感器約為17%，邏輯電路占10%，分立器件和存儲器市場份額均為7%。市場格局變化不大。英飛凌在收購了Cypress之后，穩(wěn)居市場第一位，公司在功率半導體、MCU等方面處在領先地位；恩智浦和瑞薩競爭力較強，其中瑞薩在MCU市場上處于領先地位。

MCU是功能芯片的主角，新能源汽車中應用明顯增多

MCU是把中央處理器、存儲、定時器、輸入輸出接口集成在同一個芯片上的微控制單元，也稱單片機。MCU主要用于自動控制的產品和設備，可應用于工業(yè)、汽車、通訊與計算機、消費類電子領域。其中，汽車是MCU最大的應用領域，傳統(tǒng)汽車單車會平均用到70個左右，而新能源汽車則需要用到300多個，應用領域包括ADAS、車身、底盤及安全、信息娛樂、動力系統(tǒng)等，幾乎無處不在。

汽車MCU將延續(xù)較快增長，市場格局固化且難以改變

汽車MCU將延續(xù)較快增長。IC Insights統(tǒng)計數據顯示，2020年全球車用MCU市場規(guī)模為62億美元。2021年，汽車MCU需求旺盛，預計市場規(guī)模大幅增長23%，達到76.1億美元；2025年，市場規(guī)模預計將達到近120億美元，對應2021-2025年復合平均增速為14.1%，該復合增速明顯高于未來三年整體MCU市場的增速8%。

車載MCU群雄割據的局面在持續(xù)。瑞薩、恩智浦和英飛凌市場領先，德州儀器、微芯科技、意法半導體等也有比較強的競爭力，這些廠商與車廠形成了較為緊密的關系，新進入者難度較大，國內市場也基本為國際龍頭大廠占據。不同廠商的產品難以相互替代，很大一部分原因是，MCU產品架構具有獨特性，找到第二家產品進行替換的可能性不大，這也給整個產業(yè)鏈帶來了潛在的風險。

32位車載MCU是主流產品，未來占比還將繼續(xù)擴大

車載MCU按照位寬劃分，主要包括8位、16位和32位三類產品。其中，8位主要應用于一些簡單場景的控制，比如空調、風扇、雨刷器、車窗等；32位則主要面向的是對自動化、算力、實時性要求比較高的領域，占比接近80%，是主流；16位性能和成本處于中間位置，主要應用于動力和安全領域。

從產品趨勢上看，未來32位產品占比還將繼續(xù)提升，主要是對16位產品的替代。隨著汽車對精細化控制需求的增加，32位產品在傳動和安全在經過一段時間驗證之后，占比還會上升。

座艙芯片將支持“一芯多屏”，智能化提升將帶動芯片需求

智能座艙芯片主要支持信息娛樂和儀表盤，參與者相對較多。座艙芯片的主要玩家包括恩智浦、德州儀器、瑞薩電子等傳統(tǒng)汽車芯片廠商，及高通、三星等消費電子領域的廠商。全球來看，高通在中高端座艙芯片市場上的優(yōu)勢明顯，其最新產品SA8295P采用了全球5nm制程，目前已經啟動了和主流車廠的合作。國內來看，華為和地平線較為領先。

智能座艙滲透率的提升將為座艙SOC提供增長動力。據IHS統(tǒng)計，全球市場及中國市場的智能座艙新車滲透率逐年遞增，預計2025年將分別增長至59.4%、75.9%。從趨勢上看，座艙芯片將重點向“一芯多屏”方向發(fā)展，即一塊大芯片同時為液晶儀表盤、信息娛樂屏等提供支撐。芯片本身也將朝著小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。

自動駕駛芯片參與者增多，大算力、開放化成為趨勢

自動駕駛的核心是人工智能算法的應用，對自動駕駛主控芯片的要求主要是足夠強的算力，一般都是采用CPU+加速芯片的模式進行異構計算。自動駕駛芯片的主要參者包括國外的Mobileye、英偉達、高通，以及國內的華為、地平線、黑芝麻等，同時國內的零跑和國外的特斯拉兩家車企也在自研自動駕駛芯片。

自動駕駛芯片的供應方式可分為軟硬件一體式方案和軟硬件分離的開放式方案，開放式方案受歡迎程度在上升。Mobileye的ADAS 芯片采用一體化模式，其2019年全球ADAS 芯片占有率達70%左右；英偉達、高通、地平線等企業(yè)采取了相對開放的商業(yè)模式，既可提供一體式方案，也允許客戶自己寫算法。

傳感器在中高速、低速自動駕駛場景都在應用

工況的不同需要選擇不同的傳感器：1）行車主要運行工況為中高速，需要選用檢測距離較遠的傳感器。目前應用的傳感器主要有：攝像頭、毫米波雷達、激光雷達。2）泊車運行在低速，一般選用檢測距離10m內傳感器。目前應用傳感器主要有：雷達、攝像頭。

攝像頭是車上應用最廣泛的傳感器之一，其核心是COMS圖像傳感器（CIS）。相比于消費級CIS，車載CIS需要解決更多的出行工況的具體問題，比如高動態(tài)范圍、LED燈頻閃、低照和安全性保證等。目前，安森美、韋爾股份在這個市場上處于領先地位。

車載CIS受益于自動駕駛落地，市場規(guī)模將快速提升

車載CIS是ADAS的核心傳感器，可以彌補雷達在物體識別上的缺陷，也是最接近人類視覺的傳感器，其在汽車領域應用廣泛。CIS從早期用于行車記錄、倒車影像、泊車環(huán)視等場景，正逐步延伸到智能座艙內行為識別和ADAS輔助駕駛，應用潛力開始凸顯。

由于新增了自動駕駛功能，汽車的攝像頭需求量將快速增加，相應CIS的需求量也將明顯提升。如果在2023年能夠實現(xiàn)L3以上級自動駕駛的落地，單車攝像頭數量有望上升到11目到16目左右。結合全球每年8000萬到1億輛的汽車銷量，攝像頭需求量最多可能在16億顆左右，CIS均價可能在5美金以上，市場規(guī)?？赡苓_到80億-100億美元。

功率半導體：IGBT應用廣泛，本土廠商正在發(fā)力

功率半導體是新能源汽車中使用最多的半導體器件之一。新能源車電池普遍使用高壓電路，對電池輸出的高電壓進行電壓變化的需求大幅上升，因此需要大量DC/AC逆變器、變壓器、整流器等大量用到功率半導體。其中，IGBT下游應用中，30%來自于新能源汽車。

隨著國內新能源車滲透率的提升，IGBT等功率半導體的需求也將實現(xiàn)快速增長。國內廠商如時代電氣、比亞迪半導體、斯達半導、新潔能等廠商正在加快在這個領域發(fā)力，國產替代正在推進中。

2020年以來汽車“芯片荒”席卷全球，車企減產嚴重

2020年下半年以來市場上出現(xiàn)了“芯片荒”，汽車芯片受到的影響最大，車企不得不大規(guī)模削減產量。大眾、通用、福特、本田、豐田等一線廠商也因缺芯，出現(xiàn)了不同程度的減產甚至停產，不少汽車企業(yè)均未完成年度銷量目標。

根據AFS統(tǒng)計，2021年，由于芯片短缺，全球汽車市場累計減產量約為1020萬輛。其中，亞洲車廠受到的影響最大，除了中國減產接近兩百萬輛之外，亞洲其他地區(qū)減產也達到了174萬輛；北美和歐洲同樣也大規(guī)模削減了產量。

供應鏈先天不足、“天災”、“人禍”等引發(fā)汽車缺芯潮

2020年下半年開始并影響至今的汽車缺芯潮，已經在2021年帶來了超過千萬輛的汽車產量的損失，2022年1季度，相關影響還在延續(xù)。

 一方面，汽車行業(yè)供應鏈固有的缺陷在放大，車廠對汽車市場需求判斷存在偏差；另一方面，汽車芯片生產的產能本來緊張，加上消費電子等方面的擠壓，留給汽車芯片的產能十分有限，而且短期新增產能的可能性不大。

車載芯片產能投資保守，難以響應突發(fā)需求增長

全球汽車芯片產能投資相對保守。如前所述，車載芯片占全球半導體市場總銷售額比例在10%上下，占比不高。以全球最大晶圓代工廠臺積電為例，車載芯片業(yè)務占其業(yè)務總比例基本不超過5%。而且，車載芯片毛利率相較于消費電子而言較低，且技術要求嚴格，代工廠商在該領域意愿不足。

需求端也出現(xiàn)了誤判。2020年以前，汽車市場低迷，車廠和Tier1對芯片需求預期非常低，但是隨著新能源汽車市場的恢復，供需矛盾開始凸顯。按照IC Insights的預計，2021年全球汽車芯片的出貨量達到524億顆，同比增長近30%，相比前幾年的低迷，可謂是大超預期。

消費電子芯片需求增長快速，對汽車電子產能擠壓明顯

疫情蔓延以來，遠程辦公、線上教育等線上化應用開始普及，消費者對個人計算機、服務器等IT產品和基礎設施的需求明顯擴大，消費電子等芯片市場的增長搶占了部分汽車芯片產能。麥肯錫發(fā)布的報告顯示，5G等應用由于需要大量與汽車芯片制程類似的射頻芯片（40-90nm工藝），擠占了汽車芯片的排產，使得本來捉襟見肘的汽車芯片產能更加緊張。

芯片廠商輕制造化嚴重，對臺積電等過度依賴加劇了芯片短缺

從缺芯的類別看，在早期只是ESP、VCU、TCU等控制類系統(tǒng)的芯片供應短缺，而隨著疫情的發(fā)酵和芯片市場的炒作，到2021年第三季度的后期，連收音機、車載中控屏、汽車燈具等傳統(tǒng)部件都開始出現(xiàn)缺芯。

近年來，芯片廠商開始輕制造化，尤其是AI芯片、汽車MCU，絕大多數都開始選擇代工模式。結果是這些芯片對臺積電等代工廠的產線依賴嚴重。其中，臺積電生產的汽車MCU已占據約70%的市場份額。2020年底以來，臺積電排產的重點是計算芯片。汽車芯片需求大幅上升之后，臺積電等廠商也很難實現(xiàn)轉產，其他代工廠由于車規(guī)級芯片認證問題很難切進去，新建產能“遠水難救近火”。

車廠準時制模式弊端開始凸顯，分層產業(yè)鏈也造成溝通不暢

汽車供應鏈普遍采用“準時制”制造模式來壓低庫存，以降低成本、提高周轉率。豐田的準時制，相比福特的流水線作業(yè)更進一步，要求采購必要數量的零部件在必要的時間送到生產線，追求無庫存和最小庫存。但這種模式在降本增效的同時，增加了供應鏈的脆弱性，一旦出現(xiàn)零部件短缺，就會導致供應鏈癱瘓。在“準時制”的背景下，車廠可能在量產的前30天取消訂單，芯片廠大量的投資可能“泡湯”，一定程度上也抑制了廠商在新產能建設的積極性。

在汽車芯片供應鏈條中，分層明顯，靈活性不足、溝通不暢等問題正在凸顯。半導體供應商將芯片出售給Tier1，Tier1再將功能集成到模塊中并將系統(tǒng)集成方案給OEM進行組裝。這種模式使得Tier1無法準確把握OEM的需求，Tier2也不能做好產能規(guī)劃。2020底和2021年年初，車廠已經開始感覺到汽車市場的回暖，但是由于供應鏈的層級關系，車廠和半導體廠商并沒有實現(xiàn)有效的溝通和協(xié)調，一定程度上加劇了芯片供應缺口。

自然災害來襲，德州風暴使全球短缺的芯片市場雪上加霜

2021年2月初，冬季風暴席卷了半導體之鄉(xiāng)——得克薩斯州，導致了供水和電網癱瘓。恩智浦、三星、英飛凌以及TI均在該州有產能，作為用水用電大戶，被迫停業(yè)。NXP關閉了奧斯汀的兩座8英寸工廠，損失約數百萬美元；三星在奧斯汀的工廠約占其總產能的28%；英飛凌關閉在奧斯汀的一座8英寸工廠。恩智浦和英飛凌在奧斯汀的產能加起來，占了全球汽車MCU供應的5%，都受到了影響。

除了對工廠生產的影響之外，此次風暴對芯片物流也造成了很大沖擊。德克薩斯州是全球重要的物流樞紐，對全球航空貨運具有重要的地理意義。冬季風暴對空運和分揀設施產生了重大影響，讓全球短缺的芯片市場雪上加霜。

生產事故干擾，日本瑞薩設備起火加劇芯片短缺

2021年3月19日，瑞薩日本工廠因電鍍設備起火引發(fā)火災，導致11臺設備損壞，損壞的設備占公司所有半導體生產設備的2%。此次火災中，影響最大就是公司的汽車芯片，占到66%。本來汽車芯片產能就緊張，瑞薩設備起火更是使得缺芯“雪上加霜”。

瑞薩客戶覆蓋了豐田、福特和日產在內的幾乎所有的汽車制造商，尤其是日系車應用最廣。相關影響主要體現(xiàn)在之后的5月份，下游車廠均出現(xiàn)了不同期限的停工。2021年5月，豐田、本田、日產等日本8家車廠的總產量低于200萬輛，較2019年5月（疫情前）減產幅度超過30%。雖然在6月25日，瑞薩相關工廠產能恢復正常，但在7月份第三周才實現(xiàn)了正常交貨。

馬來西亞疫情引發(fā)停產斷供，汽車“芯片荒”再度升級

半導體產業(yè)鏈高度全球化，后端勞動密集型的環(huán)節(jié)主要集中在東南亞，包括馬來西亞、泰國、菲律賓等，主要的汽車芯片廠在這里都有布局。2021年這些地區(qū)疫情嚴重，封裝廠受到影響。

2021年年中，意法半導體在馬來西亞的工廠由于疫情加劇，停產數周。這直接導致了汽車芯片供應的惡化，停產的影響從普通的MCU擴展到了其他芯片，進而導致了全球最大汽車供應商博世的ESP/IPB、VCU、TCU等產品供貨困難，嚴重了打擊全球整車企業(yè)。

趨勢：2022年行業(yè)依然受到“缺芯”困擾，減產問題依然存在

2022年，疫情和地緣沖突依然存在，汽車芯片自身產能不足的問題也并沒有得到實質性的緩解，1季度的供給形勢依然嚴峻。SusquehannaFinancial Group數據顯示，2022年2月份全球芯片平均交貨期延長到了半年以上，創(chuàng)出新高。

參照2019年，芯片正常交付期為6至9周。除了正常需求增長之外，車廠、Tier1為了避免2021年初錯判需求的問題，甚至出現(xiàn)了“雙重訂購”等問題，使得產能更為緊張。AFS預計，2022年全球汽車市場累計減產量將達到76.77萬輛，約占去年全球汽車累計減產量的7.5%。

趨勢：結構性缺貨將持續(xù)，模擬芯片可能成為2023年缺芯重點

2022年以來，以前缺的芯片缺的更為嚴重。2022年2月，MCU平均交貨期為35.7周（250天），超過了8個月，是市場最為短缺的芯片；其次就是電源芯片，平均交付期也較上月上升了1.5周。

電源芯片、調制解調器等汽車模擬芯片可能是新的“短缺點”。根據IHS Markit 的分析，繼2021年的MCU之后，模擬芯片很可能成為未來三年汽車生產的主要制約因素。在模擬IC領域，制程要求不高，多采用IDM模式，但周期性比較明顯，廠商投資擴產意愿也不高，前幾年資本支出一直在下降，存在短缺隱患，供需矛盾可能在后續(xù)爆發(fā)出來。

趨勢：車廠、Tier1預期相對樂觀，但短期內減產不可避免

第三方機構、車廠和Tier1對芯片市場預期相對樂觀，最晚2022年年底前會得到緩解，小幅度缺芯會成為常態(tài)。2022年年初，工信部裝備司、中汽協(xié)相關人員均表示，2022年年內缺芯會逐漸緩解；雷諾首席執(zhí)行官德·梅奧表示缺芯在2022年仍將持續(xù)，預計二季度達到頂峰；博世總裁也表示芯片短缺最快在今年7月左右會出現(xiàn)緩解。

從實際的運營情況看，主要車廠通過減產、結構優(yōu)化等手段來應對“缺芯”。2022年1季度，福特汽車、大眾、豐田、本田、日產等車企均有過減產或停產的計劃。其中福特就對美國、墨西哥和加拿大的8家工廠采取臨時停產或減產措施；部分車廠如長城等采取了結構優(yōu)化措施，暫停了中低端車型的接單，以保證高端車型的供應。

代工廠和芯片廠商均在擴張產能，但釋放需要等到2023年

主流芯片制造商均大幅擴產，預計可以提升中長期的供應能力，短期壓力仍難以緩解。臺積電、英飛凌、英特爾、格芯等廠商，均宣布了各自的擴產或者向汽車芯片產能調配的計劃。但是由于車載芯片產能建設，到生產、上車周期很長，現(xiàn)在擴產的產能也只能在2023年之后才能釋放出來。面對著新能源車如此大幅增長的芯片需求，供給面臨的壓力依然較大。

除了芯片制造商和代工廠之外，車廠和Tier1也在主導提升重點半導體的產能。類似于博世以及大車廠（福特等），已經開始選擇自建產能，或者和代工廠合作，研發(fā)和生產汽車芯片，解決后續(xù)供應問題，但同樣需要時間。此外，產能的投放，也意味著更多的人才的需求，這也非短時間能夠解決的。

汽車芯片供應鏈將重塑，芯片廠與車廠合作更緊密

經過缺芯的“教育”之后，車廠開始嘗試改變傳統(tǒng)的供應鏈合作模式，不完全依托以前的Tier1去維系與芯片廠商的關系，開始選擇與芯片廠尋求直接合作，以保證芯片的供應，甚至還出現(xiàn)部分車廠直接要啟動芯片投資和研發(fā)的計劃。2021年以來，寶馬、福特、Stellantis NV和通用等，都在優(yōu)化芯片供應鏈方面，做了主動嘗試。

我們預計，未來將會有更多的OEM廠商，選擇與芯片廠商直接合作，共同研發(fā)設計、制造和封裝芯片，提高對整個芯片產業(yè)鏈的掌控能力。

國內汽車芯片正在快速崛起，國產替代曙光顯現(xiàn)

隨著汽車“三化”的推進、汽車電子電氣架構的升級，以及新能源汽車的占比在迅速提升，汽車芯片的需求隨之持續(xù)增加。但根據中國汽車工業(yè)協(xié)會的調查，汽車芯片國內整體自主率不足5%。2022年“兩會”期間，多位來自汽車廠的人大、政協(xié)代表指出，發(fā)展車規(guī)級芯片已經迫在眉睫；工信部也在鼓勵車廠、芯片廠商的協(xié)同創(chuàng)新，提升國內芯片的供給能力。在政策支持再疊加上汽車缺芯的大背景下，國內車廠開始考慮多供應商策略，扶持國產廠商，國產替代面臨機會。

國內芯片廠商自身正在發(fā)力，功率、MCU等有望率先突破

國產芯片廠商正在這幾個方向發(fā)力：1）功率半導體替代正在提速。時代電氣、斯達半導和新潔能等公司，車規(guī)級產品的滲透率正在提升。2）國內廠商在32位MCU上已經開始有所建樹，包括杰發(fā)科技、比亞迪半導體等。雖然車規(guī)級MCU國內廠商還處在起步階段，但在缺芯的大背景下也是能夠進入汽車供應鏈，成長潛力大。3）在智能傳感器方面，比如攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等產品，國內外基本處于同一起跑線，尤其是激光雷達，有望成為國產突破點。4）SoC領域，中低端市場傳統(tǒng)巨頭地位穩(wěn)固，而智能座艙、自動駕駛的大芯片市場上，是目前全球玩家爭奪的重點，國內企業(yè)有望脫穎而出。

———— / END / ————

來源：Ittbank