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Technical articles核心觀點:
從汽車行業背景看,新能源汽車銷量高增,汽車半導體景氣度持續:汽車“三化”進程不斷加速,各類汽車半導體需求量均有不同程度地提高, 車規級MCU是一類具有廣泛運用場景的車載芯片,車規級MCU市場前景廣闊。從短期重大事件看:車規級MCU正是本輪“缺芯”事件的“主角”之一,多重因素促成了一次嚴重的汽車產業鏈“缺芯”危機,這導致了汽車生產遭遇巨大困難,現階段車規級MCU仍是眾多汽車芯片中尤為緊缺的種類之一。
從中長期發展趨勢看:疫情終將過去,發展大勢不可阻擋。汽車電子電氣(E/E)架構正在發生變化,車規MCU需求量將隨之發生變化。我們對“十四五”時期車規MCU市場規模進行了預測:在基于新能源汽車滲透率超預期提升的背景給出的樂觀預期下,中國2022年-2025年 車規級MCU市場規模分別為33.63,37.53,41.66,45.93億美元;2021-2025年CAGR為11.22%。當前國內汽車芯片進口率高達95%,而 中國汽車是車規級芯片需求最大的市場。非常時期催生歷史機遇,國內廠商有望異軍突起,在半導體國產替代主線的又一黃金賽道躍馬揚鞭。
1.1.汽車電子產業鏈
隨著ADAS功能滲透率不斷提升,帶動車載電子價值量占 比從1970s的5%快速增長至2010年的35%,未來車載電 子占比有望達到50%。所有的電子零部件都需要半導體,隨著電動化,智能化, 網聯化的發展,芯片在汽車上的應用越來越廣泛,半導 體含量越來越高。
1.2.汽車半導體總覽
為了實現更復雜的汽車功能, 需要域控制器技術(DCU), 域控制器SoC芯片地位愈發 凸顯。(報告來源:未來智庫)
1.3.MCU概述
MCU(Microcontroller Unit)名為微控 制單元或者單片機,是把中央處理器的頻 率與規格做適當縮減,并將內存、計數器、 周邊接口等內容都整合在單一芯片上,形 成芯片級的計算機。廣泛應用于消費電子、物聯網、汽車電子、 工業控制等領域。
1.4.車規MCU分類及應用
8位MCU:提供低端控制功能:風扇控制、空調控制、雨刷、天窗、 車窗升降、低端儀表盤、集線盒、座椅控制、門控模塊。16位MCU:提供中端控制功能:用于動力系統,如引擎控制、齒輪與離 合器控制和電子式渦輪系統等;用于底盤 ,如懸吊系統、 電子式動力方向盤、扭力分散控制和電子泵、電子剎車等。32位MCU:提供控制功能:在實現L1和L2的自動駕駛功能中扮演 重要角色,如儀表盤控制、車身控制、多媒體信息系統、引 擎控制,以及新興的智能性和實時性的安全系統及動力系統。
2.1.事件:汽車缺芯潮
通常,MCU完成內部生產需要12-16周。與22Q1相比,MCU的短缺更加明顯,大多數 MCU都處于短缺狀態,尤其是意法半導體和恩智 浦。車載MCU目前只有瑞薩和賽普拉斯提供,貨 期為32-45周,其他品牌處于短缺狀態。2022年,汽車MCU訂單幾乎滿員,價格持續上漲。其中,意法半導體3月24日宣布,將在第二季度 上調所有產品線的價格。如今,對MCU的需求不僅是數量上的。隨著新興 產業的推動,對低功耗、高算力、定制化、專用 外設的新要求逐漸增加。
目前,MCU根據不同指標分為消費級MCU、工業級MCU和汽車級MCU,不同MCU的良品率要求各異 其中消費級MCU注重功耗和成本,工業級MCU注重平衡新能、功耗、成本和可靠性,汽車級MCU則注重安全和可靠 從消費到工業再到汽車的領域,對MCU自身的要求愈發嚴格,產線也越來越高,這是汽車MCU最難造的重要原因。
2.2.總結:市場短期供需情況
汽車板塊將保持地位:汽車應用領域在2020年占據了超過 35%的市場,并預計到2027年將以10%左右的速度增長。
汽車芯片廠,晶圓代工廠原料成本上升 疫情影響供應鏈因素,整體生產周期變長 需要低于40納米的先進工藝節點,依賴代工廠技術 高的產品一致性要求,無法隨意更換產線、供應商 車規級芯片門檻高,短時間內其他廠商無法快速通過認證 從擴產能投資到產能增長實現仍需要較長的周期。(報告來源:未來智庫)
3.1.汽車E/E(電子電氣)架構
隨著汽車功能逐漸增加,特別是汽車“三化”后,傳統分布式架構 通過增加ECU來增加汽車功能存在算力浪費,車內線路繁雜、汽車 空間使用效率低、系統升級困難、新增ECU邊際成本遞增等弊端, 用域控制器合理集成ECU功能是大勢所趨。
本篇分析:“缺芯”事件結束后,車規MCU供需回歸常態,汽車 “三化”和電子電氣架構持續由分布式到域控制演進兩大過程對車 規MCU需求量有何影響,這是本篇“中期”分析的定義與前提。暫 不討論更前沿的E/E架構設想。
3.2.博世五域劃分下車規MCU中期變化
高 級 駕 駛 輔 助 系 統 ADAS ( Advanced Driving Assistance System)是指通過車載傳感器獲取車身、環境、人體等信息實 現駕駛輔助,并將進一步實現自動駕駛的汽車功能系統。ADAS主要包括主動安全,駕駛舒適性,泊車輔助等功能。目前中國汽車市場還處于L2等級高速滲透的階段,整車廠商綜合 考慮成本和性能,新增ADAS功能仍沿用分布式的構架。
自動駕駛域控制器中MCU的一大作用是作為安全芯片 (safety core),添加安全芯片是為了預防硬件的意外 失靈,診斷異常狀態或者發生單處故障時有安全備份處理 方案。前文所述車規ISO 26262功能安全標準,是汽車行 業的安全標準,合格的車規SoC的設計都必須遵循該標準。
3.3.中期總結和長期趨勢分析
基于上述趨勢,我們認為MCU在傳統功能的控制上應當仍有一席 之地,而在座艙和自動駕駛方面用途式微。伴隨E/E架構進一步發 展,座艙域和自動駕駛域也有融合趨勢,直至實現全車中央計算機 控制架構,未來可能還有云端中央電腦對汽車進行控制。未來汽車高度智能化,自動化后,車用MCU的長期需求量或將呈下降趨勢??偨Y:中期汽車電動化和智能化的進程,促使車用MCU需求量增加。
4.1.車用半導體行業概況
中國市場僅占比3%(低端部分),目前我國汽車芯片自給率不足10%、國產化率僅為5%,供應高度依賴國外 需求側:中國汽車約占全球30%,是車規級芯片需求最大的市場 供給側:國內汽車芯片進口率高達95%,像用于動力系統、底盤控制和 ADAS等功能的關鍵芯片均被國外壟斷。
4.2.車規MCU競爭格局
車規MCU市場集中度高,且有著輕晶圓廠戰略,依 靠晶圓代工廠將技術轉化為芯片產品。從供給端來看, 臺積電占所有外包車規MCU出貨量約60%-70%,但汽 車芯片業務僅占其總收入3%。頭部廠商對臺積電的強依 賴性,放大了供需錯配的矛盾:臺積電因疫情降低車規 MCU產能分配,在終端需求攀升后車規芯片供不應求。
4.3.國產替代趨勢及廠商產業化進程
本土廠商在車規MCU的市場占比小,可發展空間大;宏觀市場影響加劇本土化替代的緊迫性,MCU持續缺貨,而海外大廠新增 產能有限,國產替代的趨勢延續;政策加持,推動MCU研發和產業化,維護汽車工業的穩定運行。
4.4.市場規模預測
預測時間范圍參考本文前述中期和“十四五規劃”時期,即根據 2019-2021年歷史數據,對2022-2025年發展做出假設預期 。“十四五”節能減排綜合工作方案目標是到2025年我國新能源汽車 滲透率達到20%左右,另基于月度新能源汽車市場快速放量的現狀, 2022年以來新能源汽車滲透率分別為17%、19%、22%、25%和 24%,考慮到汽車整體銷量處于近年來低點,而滲透率是新能源汽 車銷量占汽車總銷量的比重,滲透率的快速提升并不意味著新能源 汽車的高度普及,因此我們給予2025年新能源汽車滲透率25%的審 慎預期,30%的樂觀預期。