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央财智库 半导体行业之汽车芯片专题研究:供博鱼官方下载需紧张持续

  最早,车上的设备全部是机械式的;随着电子工业的发 展,汽车的一些控制系统开始了从机械化到电子化的转换。目前,汽车芯片已经广泛应用在动力系统、车身、座舱、底盘和安全等诸多领域。而汽车芯片与计算、消费电子芯片不同的是,汽车芯片很少单独亮相,都是内嵌在各大功能单元中,而且多数场合是核心。

  汽车芯片种类较为庞杂,主要分四类:一是功能芯片,主要是指MCU(微芯片)和存储器,其中MCU负责具体控制功能的实现,承担 设备内多种数据的处理诊断和运算;二是主控芯片,在智能座舱、自动驾驶等关键中承担核心处理运算任务的SoC,内部集成了CPU、 GPU、NPU、ISP等一系列运算单元;三是功率半导体,主要是IGBTs和MOSFETs;四是传感器芯片,包括导航、CIS和雷达等。

  相比于消费级芯片,车规级芯片验证周期较长(3-5年),进入 Tier1或车厂需要进行严苛的认证工作。认证工作主要有两项:1) 北美汽车产业所推的AEC-Q100(IC);2)符合零失效(Zero Defect)的供应链品质管理标准ISO/TS 16949 规范。整体来看,汽车芯片主要关注三个方面:1)可靠性要求,相关标 准包括AEC-Q100、 IATF 16949规范、各国法规及车厂要求等;2) 设计寿命,20年以上;3)高安全性要求,包括功能安全国际标准 ISO 26262、ISO 21448预期功能安全、ISO21434等。

  不同汽车芯片对工艺的要求存在较大差异。1)功能芯片主要是依靠成熟制程。汽车芯片由于不受空间限制,高集成度的要求并不是非常紧迫, 而且主要功能芯片用在发电机、底盘、安全等低算力领域,安全性、可靠性和低成本成为主要考虑因素,成熟工艺正好符合此类芯片的需求。因此,我们看到,汽车上大部分所需芯片的制造技术是 15 年前或更早的。为了进一步降低成本,芯片行业在 2000年之后开始使用300 毫米晶圆, 但大部分旧的200 毫米的生产线)主控芯片持续向高端制程迈进。近年来,随着汽车智能化的发展,更高级别的自动驾驶对高 算力的急迫需求,正在推动着汽车算力平台制程向7纳米及以下延伸。

  汽车芯片厂商一般作为Tier2(二级供应商)参与整个汽车供应链,传统芯片(功能芯片)厂商竞争格局相对稳定,英飞凌、恩智浦、瑞萨、 意法半导体、TI等公司位居市场前列,在MCU、功率半导体、传感器等细分赛道上,都有着自己的专长,与Tier1(一级供应商)形成了牢固 的供应关系。近年来,随着自动驾驶对算力要求的提升,大算力尤其是AI芯片需求上升,智能计算、消费级赛道的玩家开始进入该领域,我国一些创业企 业在该领域也有了一席之地。

  整体规模看,汽车芯片占整个集成电路市场的10%上下。据SIA数据显示,2020年汽车芯片收入规模达到501亿美元,同比下降0.3%,占整个 芯片市场的比重为12%。从产品结构上看,MCU、模拟电路占比居前。据ICVTank数据显示,2019年全球汽车芯片中,MCU占比达到30%, 模拟电路占29%,传感器约为17%,逻辑电路占10%,分立器件和存储器市场份额均为7%。市场格局变化不大。英飞凌在收购了Cypress之 后,稳居市场第一位,公司在功率半导体、MCU等方面处在领先地位;恩智浦和瑞萨竞争力较强,其中瑞萨在MCU市场上处于领先地位。

  MCU是把中央处理器、存储、定时器、输入输出接口集成在同一个芯片上的微控制单元,也称单片机。MCU主要用于自动控制的产品和设 备,可应用于工业、汽车、通讯与计算机、消费类电子领域。其中,汽车是MCU最大的应用领域,传统汽车单车会平均用到70个左右,而 新能源汽车则需要用到300多个,应用领域包括ADAS、车身、底盘及安全、信息娱乐、动力系统等,几乎无处不在。

  汽车MCU将延续较快增长。IC Insights统计数据显示,2020年全球车用MCU市场规模为62亿美元。2021年,汽车MCU需求旺盛,预计市场规 模大幅增长23%,达到76.1亿美元;2025年,市场规模预计将达到近120亿美元,对应2021-2025年复合平均增速为14.1%,该复合增速明显高 于未来三年整体MCU市场的增速8%。

  车载MCU群雄割据的局面在持续。瑞萨、恩智浦和英飞凌市场领先,德州仪器、微芯科技、意法半导体等也有比较强的竞争力,这些厂商 与车厂形成了较为紧密的关系,新进入者难度较大,国内市场也基本为国际龙头大厂占据。不同厂商的产品难以相互替代,很大一部分原 因是,MCU产品架构具有独特性,找到第二家产品进行替换的可能性不大,这也给整个产业链带来了潜在的风险。

  2020年下半年以来市场上出现了“芯片荒”,汽车芯片受到的影响最大,车企不得不 大规模削减产量。大众、通用、福特、本田、丰田等一线厂商也因缺芯,出现了不 同程度的减产甚至停产,不少汽车企业均未完成年度销量目标。根据AFS统计,2021年,由于芯片短缺,全球汽车市场累计减产量约为1020万辆。其 中,亚洲车厂受到的影响最大,除了中国减产接近两百万辆之外,亚洲其他地区减 产也达到了174万辆;北美和欧洲同样也大规模削减了产量。

  2020年下半年开始并影响至今的汽车缺芯潮,已经在2021年带来了超过千万 辆的汽车产量的损失,2022年1季度,相关影响还在延续。一方面,汽车行业供应链固有的缺陷在放大,车厂对汽车市场需求判断存在 偏差;另一方面,博鱼·体育(大陆)app汽车芯片生产的产能本来紧张,加上消费电子等方面的挤 压,留给汽车芯片的产能十分有限,而且短期新增产能的可能性不大。

  全球汽车芯片产能投资相对保守。如前所述,车载芯片占全球半导体市场总销售额比例在10%上下,占比不高。以全球最大晶圆代工厂台积电 为例,车载芯片业务占其业务总比例基本不超过5%。而且,车载芯片毛利率相较于消费电子而言较低,且技术要求严格,代工厂商在该领域 意愿不足。

  需求端也出现了误判。2020年以前,汽车市场低迷,车厂和Tier1对芯片需求预期非常低,但是随着新能源汽车市场的恢复,供需矛盾开始凸 显。按照IC Insights的预计,2021年全球汽车芯片的出货量达到524亿颗,同比增长近30%,相比前几年的低迷,可谓是大超预期。

  疫情蔓延以来,远程办公、线上教育等线上化应用开始普及,消费者对个人计算机、服务器等IT产品和基础设施的需求明显扩大,消费电 子等芯片市场的增长抢占了部分汽车芯片产能。麦肯锡发布的报告显示,5G等应用由于需要大量与汽车芯片制程类似的射频芯片(40- 90nm工艺),挤占了汽车芯片的排产,使得本来捉襟见肘的汽车芯片产能更加紧张。

  从缺芯的类别看,在早期只是ESP、VCU、TCU等控制类系统的芯片供应短缺,而随着疫情的发酵和芯片市场的炒作,到2021年第三季度的 后期,连收音机、车载中控屏、汽车灯具等传统部件都开始出现缺芯。近年来,芯片厂商开始轻制造化,尤其是AI芯片、汽车MCU,绝大多数都开始选择代工模式。结果是这些芯片对台积电等代工厂的产线依 赖严重。其中,台积电生产的汽车MCU已占据约70%的市场份额。2020年底以来,博鱼官方下载台积电排产的重点是计算芯片。汽车芯片需求大幅上升 之后,台积电等厂商也很难实现转产,其他代工厂由于车规级芯片认证问题很难切进去,新建产能“远水难救近火”。

  2022年,疫情和地缘冲突依然存在,汽车芯片自身产能不足的问题也并没有得到实质性的缓解,1季度的供给形势依然严峻。Susquehanna Financial Group数据显示,2022年2月份全球芯片平均交货期延长到了半年以上,创出新高。参照2019年,芯片正常交付期为6至9周。除了正常需求增长之外,车厂、Tier1为了避免2021年初错判需求的问题,甚至出现了“双重订购”等 问题,使得产能更为紧张。AFS预计,2022年全球汽车市场累计减产量将达到76.77万辆,约占去年全球汽车累计减产量的7.5%。

  2022年以来,以前缺的芯片缺的更为严重。2022年2月,MCU平均交货期为35.7周(250天),超过了8个月,是市场最为短缺的芯片;其次 就是电源芯片,平均交付期也较上月上升了1.5周。

  电源芯片、调制解调器等汽车模拟芯片可能是新的“短缺点”。根据IHS Markit 的分析,继2021年的MCU之后,模拟芯片很可能成为未来 三年汽车生产的主要制约因素。在模拟IC领域,制程要求不高,多采用IDM模式,但周期性比较明显,厂商投资扩产意愿也不高,前几年 资本支出一直在下降,存在短缺隐患,供需矛盾可能在后续爆发出来。

  第三方机构、车厂和Tier1对芯片市场预期相对乐观,最晚2022年年底前会得到缓解,小幅度缺芯会成为常态。2022年年初,工信部装备司、 中汽协相关人员均表示,2022年年内缺芯会逐渐缓解;雷诺首席执行官德·梅奥表示缺芯在2022年仍将持续,预计二季度达到顶峰;博世总 裁也表示芯片短缺最快在今年7月左右会出现缓解。

  从实际的运营情况看,主要车厂通过减产、结构优化等手段来应对“缺芯”。2022年1季度,福特汽车、大众、丰田、本田、日产等车企均 有过减产或停产的计划。其中福特就对美国、墨西哥和加拿大的8家工厂采取临时停产或减产措施;部分车厂如长城等采取了结构优化措 施,暂停了中低端车型的接单,以保证高端车型的供应。

  主流芯片制造商均大幅扩产,预计可以提升中长期的供应能力,短期压力仍难以缓解。台积电、英飞凌、英特尔、格芯等厂商,均宣布了各自 的扩产或者向汽车芯片产能调配的计划。但是由于车载芯片产能建设,到生产、上车周期很长,现在扩产的产能也只能在2023年之后才能释放 出来。面对着新能源车如此大幅增长的芯片需求,供给面临的压力依然较大。除了芯片制造商和代工厂之外,车厂和Tier1也在主导提升重点半导体的产能。类似于博世以及大车厂(福特等),已经开始选择自建产能,或 者和代工厂合作,研发和生产汽车芯片,解决后续供应问题,但同样需要时间。此外,产能的投放,也意味着更多的人才的需求,这也非短时 间能够解决的。

  经过缺芯的“教育”之后,车厂开始尝试改变传统的供应链合作模式,不完全依托以前的Tier1去维系与芯片厂商的关系,开始选择与芯片厂 寻求直接合作,以保证芯片的供应,甚至还出现部分车厂直接要启动芯片投资和研发的计划。2021年以来,宝马、博鱼官方下载福特、Stellantis NV和通用 等,都在优化芯片供应链方面,做了主动尝试。我们预计,未来将会有更多的OEM厂商,选择与芯片厂商直接合作,共同研发设计、制造和封装芯片,提高对整个芯片产业链的掌控能 力。

  随着汽车“三化”的提速,汽车芯片需求快速上升,但受制于产能、供应链扰动和疫情蔓延等因素影响,2022年供给依然处于短缺状 态,缺芯范围还可能从以前的MCU,可能会进一步扩大到模拟芯片。从时点上看,预计2022年下半年会有所缓解,但供应偏紧的局面会延续到 2023年。在此背景下,国内车厂开始寻求多供应商策略,国产汽车芯片厂商也面临着市场机遇,有希望实现点状突破,包括车载功率半导体、 MCU、座舱和自动驾驶SoC等。返回搜狐,查看更多

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