汽車芯片的發(fā)展橛述

汽車半導(dǎo)體作為當(dāng)下智能汽車的核心元器件,廣泛應(yīng)用于汽車各個(gè)功能模塊,主要涵蓋車身、儀表/信息娛樂系統(tǒng)、底盤 / 安全、動(dòng)力總成和駕駛輔助系統(tǒng)五大板塊。

圖1 汽車中半導(dǎo)體的主要應(yīng)用領(lǐng)域

汽車半導(dǎo)體按照在車身上的不同應(yīng)用領(lǐng)域可以分為計(jì)算及控制芯片、存儲(chǔ)芯片、傳感器芯片、通信芯、功率芯片等。車內(nèi)負(fù)責(zé)計(jì)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(dāng)下行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注方向,目前在整個(gè)汽車半導(dǎo)體中的市場(chǎng)占比約為 30%。MCU指的是芯片級(jí)芯片．一般只包含CPU 一個(gè)處理單元(例:MCU=CPU+ 存儲(chǔ)+接口單元),而OC 指的是系統(tǒng)級(jí)芯片,一般包含多個(gè)處理單元(例:SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+ 存儲(chǔ)+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(dòng),不會(huì)直接面向主機(jī)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(jì),普通燃油車的ECU數(shù)量在 70個(gè)左右,高端車型的 ECU 數(shù)量在150 個(gè)左右,而智能汽車的 ECU 數(shù)量在 300個(gè)左右。

當(dāng)前全球汽車 MCU 市場(chǎng)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(dǎo)體 (8%)、德州儀器 (7%),CR5 企業(yè)的市場(chǎng)集中度達(dá) 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(jí)MCU 也在加速進(jìn)行進(jìn)口替代,目前國內(nèi)有多家本土廠商在布局車規(guī)級(jí) MCU,包括兆易創(chuàng)新、芯旺微、比亞迪等企業(yè)。

圖2 車規(guī)級(jí)NCU競(jìng)爭(zhēng)格局

車規(guī)級(jí) MCU 主要分為 8位、16位和 32位,隨著汽車各項(xiàng)舒適功能的普及、部件控制愈加精細(xì)化,對(duì) MCU 的計(jì)算響應(yīng)要求會(huì)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(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)

隨著汽車往智能化的發(fā)展,特別是智能座艙和自動(dòng)駕駛概念的興起,對(duì)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(yīng)運(yùn)而生。

汽車主控芯片主要應(yīng)用于智能座艙和自動(dòng)駕駛兩大場(chǎng)景:

由于智能座艙芯片相比于自動(dòng)駕駛芯片對(duì)安全的要求相對(duì)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(dāng)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(chǎng),同時(shí)消費(fèi)電子領(lǐng)域的高通、三星等也加入了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,主要面向高端市場(chǎng)。全球來看,高通市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯,座艙芯片的迭代速度幾乎與手機(jī)芯片同時(shí)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(tái),其最新一代的座艙芯片產(chǎn)品采用了全球首個(gè)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(jī)廠的青睞,已分別在極狐阿爾法 S 和長安 UNI-T 車型上進(jìn)行搭載。

圖3 座艙芯片主要企業(yè)

圖4 主流座艙芯片供應(yīng)商產(chǎn)品

自動(dòng)駕駛芯片一方面需要滿足更高的安全等級(jí),同時(shí)隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升,需要更高的算力支持,對(duì)于L4 級(jí)別的自動(dòng)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(dòng)駕駛芯片會(huì)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(dòng)駕駛L1-L5算力圖

相較于消費(fèi)電子類芯片,汽車芯片在使用壽命、工作環(huán)境及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)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(yán)苛的行業(yè)資質(zhì)認(rèn)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(jìng)爭(zhēng)。車載計(jì)算芯片領(lǐng)域目前主要由 Mobileye (2017 年被英特爾收購)、英偉達(dá)、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(chǎng)有超過 70%的市場(chǎng)占有率,英偉達(dá)則占據(jù)了絕大部分高等級(jí)自動(dòng)駕駛的市場(chǎng),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(jī)芯片