汽車半導(dǎo)體：科技變革的歷史性碰撞

汽車半導(dǎo)體，是科技變革歷史性碰撞的核心，傳統(tǒng)汽車零部件電子化進(jìn)程已基本結(jié)束，產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入由電動(dòng)、智能、網(wǎng)聯(lián)推動(dòng)的汽車電子化第二階段，增量顯著、需求擴(kuò)張周期持久。

1.汽車半導(dǎo)體：科技變革的歷史性碰撞

1.1

智能電動(dòng)接力汽車電子化二階段進(jìn)程

汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)過去 20 年擴(kuò)大 3.3 倍。電子產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的 20 年以來，汽車電子化也迅速推進(jìn)，驅(qū)動(dòng)力主要來自于車載娛樂系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)的電子化。根據(jù)汽車工程學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1996 年到 2008 年平均下來普通汽車的單車 MCU 數(shù)量從 6 個(gè)增加到了 100 個(gè)，高端車型達(dá)到 250 個(gè)以上。

汽車電子化進(jìn)程疊加中國汽車市場(chǎng)崛起，全球汽車半導(dǎo)體銷售額從 1995 年的 70 億美元左右提升到了 2015 年的 310 億美元（IHS、麥肯錫數(shù)據(jù)），20 年增 3.4 倍，CAGR 7.7%，在整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)中的份額已經(jīng)達(dá)到 8% 以上。至此汽車電子化一階段進(jìn)程基本結(jié)束。

二階段由智能化、電動(dòng)化接力加碼。2016 年起，全球汽車產(chǎn)業(yè)的智能化、電動(dòng)化趨勢(shì)開始加速推升汽車半導(dǎo)體的需求。

智能化方面，無論是視覺傳感器、算法控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都需要更多更好的芯片，根據(jù)英飛凌的測(cè)算，L2 級(jí)別的車型對(duì)汽車半導(dǎo)體的新增需求約 150 美元/車，而 L4/5 級(jí)別車型則在 850 美元以上。

電動(dòng)化方面，2017 年傳統(tǒng)燃油車半導(dǎo)體成本平均約 355 美元，但一輛同級(jí)別 HEV/PHEV/BEV 可達(dá)到 700 美元左右，單車價(jià)值量翻倍（英飛凌數(shù)據(jù)）。Strategy Analytics 預(yù)計(jì)在智能化、電動(dòng)化的逐漸滲透下，全球汽車半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將從 2015 年的 310 億美元左右提升到 2020 年的 420 億美元，增長 35%，CAGR 6.3%。而與 2020 年 420 億美元對(duì)應(yīng)的，僅是中低端乘用車實(shí)現(xiàn) L2 級(jí)別自動(dòng)駕駛、中高級(jí)乘用車實(shí)現(xiàn) L3 級(jí)別、汽車通訊還未全面鋪開（5G-V2X），新能源汽車滲透率也僅在個(gè)位數(shù)（我們預(yù)計(jì)到 4%-5%），2020 年之后汽車產(chǎn)業(yè)的全面智能化和電動(dòng)化還將為汽車半導(dǎo)體帶來更具有持續(xù)性的增長。

1.2

智能化：更多、更集成、更強(qiáng)大

汽車智能化勢(shì)在必行，已開始加速落地。汽車智能化的終極狀態(tài)是無人駕駛，將解放司機(jī)勞動(dòng)力并對(duì)提升社會(huì)生產(chǎn)效率，由此重塑行業(yè)形態(tài)。因此目前無論是從產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力角度、配套模組增量角度，還是變革角度，各主機(jī)廠、零部件廠以及芯片廠、科技公司都在智能駕駛領(lǐng)域加碼研發(fā)，中美日歐政府也在不斷為其產(chǎn)業(yè)化掃清政策障礙。從需求端來看，L2 級(jí)別的新車已越來越多。

智能化對(duì)半導(dǎo)體的需求將來自于三大應(yīng)用領(lǐng)域，核心是單車智能化對(duì) IC 的需求。

其一，單車智能化，在感知、算法、執(zhí)行層面都需要用到芯片乃至高度集成的控制平臺(tái)。其中感知層面的每一個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)都需要各自的芯片，目前來看 L3 級(jí)別以上車型的總需求量將超過 10 片，且價(jià)值量遞增。算法層面的芯片、控制平臺(tái)是價(jià)值量最大、難度最高的，目前產(chǎn)業(yè)廣泛采用 Mobileye 的 EyeQ 系列還在繼續(xù)向集成度更高、運(yùn)算能力更強(qiáng)的方向演變，同時(shí)英偉達(dá)、TI、瑞薩等芯片廠還在不斷推出深度學(xué)習(xí)能力更強(qiáng)的控制平臺(tái)，對(duì)芯片單體的需求越來越多、要求越來越高，價(jià)格也在高位。執(zhí)行層面則涉及到智能化執(zhí)行結(jié)構(gòu)的 ECU、MCU，需求隨之增長。

其二，車用通訊（網(wǎng)聯(lián)化），無論是日本歐洲推行的 DSRC 還是中國推行的 4G5G-V2X，都將加大對(duì)車用級(jí)別通訊芯片的需求，以及基建芯片的需求。其三，座艙進(jìn)一步電子化，包括中控系統(tǒng)、各類新型顯示等，也將對(duì)芯片產(chǎn)生更多更高的需求。

從 L2 級(jí)別智能駕駛開始，汽車半導(dǎo)體的單車價(jià)值量就將大幅增加。從英飛凌的數(shù)據(jù)來看，智能化零部件作為純新增量，在 L2 級(jí)別合計(jì)能帶來 150 美元/車的新增成本，不涉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，感知和算法分別占 87% 和 13%。L3 級(jí)別成本則驟增至 580 美元，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)，與感知、算法分別占 5%、76%、19%。到 L4/L5 級(jí)別，智能化所帶來的汽車半導(dǎo)體需求進(jìn)一步攀升至 860 美元，其中感知、算法、執(zhí)行分別占 72%、22%、6%。

汽車半導(dǎo)體需求的二次增長也推動(dòng)了行業(yè)格局變化。傳統(tǒng)上汽車領(lǐng)域的半導(dǎo)體大玩家是恩智浦、瑞薩、飛思卡爾、英飛凌等，消費(fèi)領(lǐng)域則是高通、英特爾、英偉達(dá)等。但從 2015 年開始，行業(yè)內(nèi)的并購不斷發(fā)生，尤其高通對(duì)恩智浦的收購、英特爾對(duì) Mobileye 的收購，皆是巨頭進(jìn)一步補(bǔ)足在汽車尤其智能汽車領(lǐng)域的布局，相應(yīng)而言芯片陣營的劃分也更加明顯。目前，無論是通用芯片還是定制設(shè)計(jì)的智能駕駛方案芯片，都以國外供應(yīng)商為主，但國內(nèi)的地平線、寒武紀(jì)等也在進(jìn)行算法芯片的開發(fā)。

1.3

電動(dòng)化：不可忽視的「隱形」增量

電壓提升，推動(dòng)內(nèi)部零件電子化。一般而言傳統(tǒng)汽車的電池電壓為 12V，節(jié)能與新能源汽車則大幅提升：純電動(dòng)車的動(dòng)力電池電壓普遍大于 300V，如特斯拉 Model S 電池電壓為 400V、比亞迪唐為 500V；已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的混動(dòng)車電池電壓也普遍大于 100V；微混車電池電壓也在 48V（以 48V 微混車為例）。這種電池電壓大幅變化帶來了汽車內(nèi)部核心零部件的變化：

更多的 DC-DC 變換電路進(jìn)而更多功率半導(dǎo)體（以及被動(dòng)器件）：空調(diào)、雨刮器等汽車傳統(tǒng)負(fù)載采用 12V 電壓，當(dāng)電池輸出電壓更高時(shí)，需要電壓轉(zhuǎn)化模塊（DC-DC）模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

更高的性能要求：汽車內(nèi)部電壓、電流大幅提高，需要耐大電壓、大電流的繼電器、連接器、線纜和被動(dòng)器件，防漏電/短路等性能也需要大幅提升。

功率器件是電能轉(zhuǎn)換和控制的核心半導(dǎo)體器件。分立器件是重要的電子元器件，涉及電子的領(lǐng)域均有運(yùn)用，目前全球分立器件市場(chǎng)規(guī)模在 200 億美元左右，其中汽車約占 4 成，是最大的下游市場(chǎng)。其中，功率半導(dǎo)體器件是電能轉(zhuǎn)換和控制的核心部件，設(shè)計(jì)成本小，通用性強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣。汽車作為封閉系統(tǒng)，內(nèi)部的電力輸出，需要通過功率器件的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)，在混動(dòng)和新能源車型中尤為重要。

電動(dòng)化趨勢(shì)下，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量增長最快。前裝用到的功率半導(dǎo)體售價(jià)從幾美金到十幾美金不等，用量約在幾十片的數(shù)量級(jí)。根據(jù) Strategy Analytics 的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)燃油汽車的功率半導(dǎo)體使用量約占其汽車半導(dǎo)體總量的 21%，成本 71 美元左右；混合動(dòng)力車功率半導(dǎo)體成本將攀升至 425 美元，是傳統(tǒng)油車的 6 倍；純電動(dòng)車功率半導(dǎo)體成本則可達(dá)到 387 美元，是傳統(tǒng)的燃油汽車的 5.5 倍。IC 和傳感器在混動(dòng)車/純電動(dòng)車型上的價(jià)值量分別是傳統(tǒng)車的 1.2/1.0 和 1.3/1.1 倍，增幅低于功率半導(dǎo)體。

功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要供應(yīng)商集中在美國、日本和歐洲，國內(nèi)企業(yè)替代空間大。美國是電力電子器件的發(fā)源地，在全球電力電子器件市場(chǎng)中占有重要地位，主要器件企業(yè)有通用電氣(GE)、ON Semi 等。從上世紀(jì) 90 年代開始，日本成為國際上電力電子器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)地區(qū)，主要器件企業(yè)有東芝、富士和三菱等。歐洲也是全球電力電子器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)地區(qū)，主要企業(yè)有英飛凌、ABB、Semikron 等。中國功率半導(dǎo)體市場(chǎng)占世界市場(chǎng)的 50% 以上，但在中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市場(chǎng)上，90％ 主要依賴進(jìn)口，基本被國外歐美、日本企業(yè)壟斷，國內(nèi)企業(yè)替代空間非常廣闊。