汽車芯片的發(fā)展橛述
汽車半導體作為當下智能汽車的核心元器件,廣泛應用于汽車各個功能模塊,主要涵蓋車身、儀表/信息娛樂系統(tǒng)、底盤 / 安全、動力總成和駕駛輔助系統(tǒng)五大板塊。
圖1 汽車中半導體的主要應用領(lǐng)域
汽車半導體按照在車身上的不同應用領(lǐng)域可以分為計算及控制芯片、存儲芯片、傳感器芯片、通信芯、功率芯片等。車內(nèi)負責計算和控制的芯片主要分為功能芯片 (MCU) 和主控芯片 (SOC),由于在車中發(fā)揮著重要作用,是當下行業(yè)的重點關(guān)注方向,目前在整個汽車半導體中的市場占比約為 30%。MCU指的是芯片級芯片．一般只包含CPU 一個處理單元(例:MCU=CPU+ 存儲+接口單元),而OC 指的是系統(tǒng)級芯片,一般包含多個處理單元(例:SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+ 存儲+接口單元)。在商業(yè)模式方面,汽車芯片廠家在傳統(tǒng)商業(yè)合作模式中一般面向 Tier1,提供基本的芯片硬件和驅(qū)動,不會直接面向主機廠,而在 SOA、新能源汽車、5G 等技術(shù)的蓬勃發(fā)展加持之下,傳統(tǒng)的汽車電子商業(yè)生態(tài)平衡正在被打破,產(chǎn)業(yè)鏈上掌握關(guān)鍵資源和核心技術(shù)的環(huán)節(jié)正在重塑全新的商業(yè)模式。
功能芯片持續(xù)鞏固汽車控制性能和安全
隨著汽車電子化程度的加速滲透,汽車ECU 的數(shù)量也在快速上升,而ECU 中均需要 MCU 芯片。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,普通燃油車的ECU數(shù)量在 70個左右,高端車型的 ECU 數(shù)量在150 個左右,而智能汽車的 ECU 數(shù)量在 300個左右。
當前全球汽車 MCU 市場被外資廠商高度壟斷,恩智浦(14%)、英飛凌(11%)、瑞薩電子 (10%)意法半導體 (8%)、德州儀器 (7%),CR5 企業(yè)的市場集中度達 50%。在全球汽車行業(yè)都處于 “缺芯”的影響下,國內(nèi)車規(guī)級MCU 也在加速進行進口替代,目前國內(nèi)有多家本土廠商在布局車規(guī)級 MCU,包括兆易創(chuàng)新、芯旺微、比亞迪等企業(yè)。
圖2 車規(guī)級NCU競爭格局
車規(guī)級 MCU 主要分為 8位、16位和 32位,隨著汽車各項舒適功能的普及、部件控制愈加精細化,對 MCU 的計算響應要求會更高,因此高寬位功能芯片 MCU 成為未來的發(fā)展方向。
主控芯片成為汽車行業(yè)競爭制高點
隨著汽車往智能化的發(fā)展,特別是智能座艙和自動駕駛概念的興起,對汽車的算力提出了更高的要求,傳統(tǒng)的功能芯片已無法滿足算力需求,主控芯片應運而生。
汽車主控芯片主要應用于智能座艙和自動駕駛兩大場景:
由于智能座艙芯片相比于自動駕駛芯片對安全的要求相對更低,更加容易打造。未來車內(nèi)〝一芯多屏”技術(shù)的發(fā)展將依賴于智能座艙 SoC,芯片本身也將朝著小型化、集成化、高性能化的方向發(fā)展。
當前座艙芯片的主要參與玩家包括恩智浦、德州儀器、瑞薩電子等傳統(tǒng)汽車芯片廠商,主要面向中低端市場,同時消費電子領(lǐng)域的高通、三星等也加入了市場競爭中,主要面向高端市場。全球來看,高通市場優(yōu)勢明顯,座艙芯片的迭代速度幾乎與手機芯片同時更新。高通在座艙領(lǐng)域布局了多款芯片產(chǎn)品,目前全球已有超過 20 家車企搭載了第三代驍龍數(shù)字座艙平臺,其最新一代的座艙芯片產(chǎn)品采用了全球首個5nm 制程。國內(nèi)來看,華為和地平線憑借著麒麟990A 和征程2 芯片也獲得了部分國內(nèi)主機廠的青睞,已分別在極狐阿爾法 S 和長安 UNI-T 車型上進行搭載。
圖3 座艙芯片主要企業(yè)
圖4 主流座艙芯片供應商產(chǎn)品
自動駕駛芯片一方面需要滿足更高的安全等級,同時隨著自動駕駛級別的提升,需要更高的算力支持,對于L4 級別的自動駕駛需要 300TOPS 的算力支持,因此只具備CPU 處理器的芯片不能滿足需要,未來自動駕駛芯片會往集成"CPU+XPU”的異構(gòu)式 SOC (XPU包括 GPU/FPGA/ ASIC 等)方向發(fā)展。
圖5 自動駕駛L1-L5算力圖
相較于消費電子類芯片,汽車芯片在使用壽命、工作環(huán)境及規(guī)格標準方面有著更高的要求。芯片產(chǎn)品開發(fā)周期長、難度大,需通過最嚴苛的行業(yè)資質(zhì)認證,從產(chǎn)品研發(fā)到最終量產(chǎn)上車,是典型的硬科技,長賽道競爭。車載計算芯片領(lǐng)域目前主要由 Mobileye (2017 年被英特爾收購)、英偉達、高通、恩智浦、瑞薩、德州儀器等少數(shù)國際科技巨頭壟斷,其中 Mobileye 在輔助駕駛市場有超過 70%的市場占有率,英偉達則占據(jù)了絕大部分高等級自動駕駛的市場,高通占據(jù)了智能座艙一半以上的份額,國產(chǎn)芯片公司的整體份額低于 1%。
圖6 車載芯片的晶體管集成度超越了手機芯片
