从瓦特到比特-汽车半导体扬帆起航

行业深度报告 从瓦特到比特：汽车半导体扬帆起航 汽车 2021年06月06日 强于大市（维持） 行情走势图 60%沪深300汽车 40% 20% 0% -20% Jun-20Sep-20Dec-20Mar-21 相关研究报告 《行业深度报告*汽车*新国潮系列-坦克与极氪，新国潮战新赛道》2021-06-02 《行业点评*汽车*理想ONE搭载地平线征程3芯片，国产芯片再上一个台阶》 2021-05-27 《行业深度报告*汽车*智能移动终端系列-软硬兼施，OEM紧握产品定义权》2021-05-20 《行业月报*汽车*短期盈利将承压,自主车企创新活力强劲》2021-05-13 《行业动态跟踪报告*汽车和汽车零部 件*智能移动终端系列：华为汽车技术落地、加速汽车智能化发展》2021-04-22 证券分析师 王德安投资咨询资格编号 S1060511010006 wangdean002@pingan.com.cn 徐勇投资咨询资格编号 S1060519090004 xuyong318@pingan.com.cn 研究助理 李鹞一般从业资格编号 S1060119070028 liyao157@pingan.com.cn 电动智能化带动汽车半导体需求提升。汽车从最初的机械产品逐渐转变为电子产品，自动驾驶对车辆的感知精度、控制精度和响应速度提出了更高 的要求，这就需要更多的传感器（激光雷达、摄像头、毫米波雷达等）、更强大的处理器（自动驾驶主控芯片）、更精确的执行机构（线控系统）；智能座舱满足了人机交互的需求，需要底层强有力的软硬件支持（主控芯片、操作系统、中间件等）；三电系统控制要求较高，新增了功率控制器件IGBT。 自动驾驶主控芯片：英伟达暂时领先，自主企业崭露头角。在智能化快速发展之前，没有专门的自动驾驶芯片，相关的功能由ABS、ESP的ECU负责，或者由整车VCU进行决策。目前第三方自动驾驶芯片主要以英伟 达、mobileye为主，国内华为和地平线已崭露头角。 智能座舱主控芯片：高通领先，新老玩家共存。高通是目前智能座舱芯片的主力军，已与主要的整车厂建立了合作，同时与博世、大陆、电装等tier1 厂商成为合作伙伴。除高通外，华为和英伟达在过去几年快速崛起。 功率半导体IGBT：电动车的掌上明珠，跟随行业快速增长。功率半导体 主要用于控制电路中电流的开闭、流向和大小，对新能源汽车尤为重要。目前英飞凌在IGBT芯片和模组的市占率最高，国内企业也具有一定的机 遇。MCU：汽车配置更丰富，MCU需求量更大，但难度可能降低。汽车 电子控制器ECU是汽车各功能得以实现的重要控制器件。未来汽车配置更加丰富，会增加对MCU的需求，MCU将聚焦执行相关的控制，壁垒有 所降低。传感器：车辆状态传感器有替换和减少，环境感知类传感器将爆 发。汽车传感器可分为车辆状态传感器和环境感知类传感器，环境感知类 传感器是自动驾驶新增的传感器，具有较大的增长空间。 车企加大汽车半导体的投入。特斯拉：芯片从采购到自研，感知器件或尝试激光雷达；比亚迪：自研自制MCU和IGBT；大众汽车：力求掌握芯片 技术和专利。理想汽车、长城汽车等主机厂也加大了自研的力度，如理想汽车通过与地平线合作，深入自动驾驶的研发，长城汽车设立子公司进行市场化竞争。 投资建议：汽车已逐渐成为电子和电气化产品，汽车电子的占比将快速的提高，产业链存在极大的机遇。在产业链方面，国内优秀的自主品牌已逐 渐登上历史舞台，国产替代将加速到来。推荐伯特利、中科创达（计算机组覆盖），关注耐世特、科博达、保隆科技、地平线（未上市）、华为（未上市）。整车方面，推荐具有较强技术研发实力的企业，如长城汽车，关注吉利汽车。 风险提示：1）汽车电动化和智能化进度不及预期；2）国内自主企业技术落地进度不及预期；3）整车厂技术进度不及预期。 行 业报告 行 业深度报告 证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。 正文目录 一、主控芯片是智能化的核心4 1.1自动驾驶主控芯片：英伟达领跑，地平线追赶4 1.2智能座舱主控芯片：高通暂时一家独大11 二、功能芯片需求量大幅提升12 2.1功率半导体：电动车的心脏12 2.2MCU：数量增加，功能聚焦13 2.4传感器：ADAS传感器快速爆发16 三、主机厂加大布局汽车半导体18 3.1特斯拉：芯片从采购到自研，感知器件或尝试激光雷达18 3.2比亚迪：自研自制MCU和IGBT19 3.3大众汽车：力求掌握芯片技术和专利20 3.4吉利汽车：SEA架构核心技术逐步自研20 3.5上汽集团：合作共建IGBT芯片能力21 四、投资建议22 五、风险提示23 图表目录 图表1汽车半导体主要部件4 图表2智能驾驶感知系统迭代方向5 图表3智能驾驶决策系统算力单位：tops5 图表4自动驾驶主要主控芯片5 图表5英伟达自动驾驶芯片主要进程6 图表6英伟达自动驾驶芯片主要进程7 图表7英伟达Orin芯片7 图表8英伟达Atlan芯片7 图表9Mobileye的EyeQ系列芯片出货量及增速单位：万颗8 图表10Mobileye主要历史8 图表11地平线征程系列芯片9 图表12地平线Matrix智能驾驶解决方案10 图表13黑芝麻A1000Pro芯片10 图表14零跑C11座舱11 图表15电动汽车中IGBT的应用12 图表16IGBT的全球市场格局13 图表17汽车部分ECU展示13 图表18ECU的主要结构14 图表19MCU的主要结构14 图表20国内2019年MCU市场份额15 图表21MCU主要应用15 图表222019年全球MCU竞争格局15 图表232019年国内MCU竞争格局15 图表24车规级MCU壁垒较高16 图表25车辆类传感器主要分类16 图表26华为4D毫米波雷达17 图表27特斯拉自动驾驶计算平台演进18 图表28特斯拉FSD19 图表29比亚迪MCU历程20 图表30吉利汽车芯片产品路线图21 图表31上汽英飞凌主要产品22 汽车从最初的机械产品逐渐转变为电子产品，自动驾驶对车辆的感知精度、控制精度和响应速度提出了更高的要求，这就需要更多的传感器（激光雷达、摄像头、毫米波雷达等）、更强大的处理器（自动驾驶主控芯片）、更精确的执行机构（线控系统）；智能座舱满足了人机交互的需求，需要底层强有力的软硬件支持（主控芯片、操作系统、中间件等）；三电系统控制要求较高，新增了功率控制器件IGBT。 从更长期看，汽车成为移动储能设备和数字空间，具有更大的想象空间。为了实现这些功能，汽车的电子部件逐步增多。因此，本篇报告着力梳理汽车行业新的变化对汽车半导体的影响，本篇报告只研究主要的硬件，包括主控芯片、功率芯片、MCU和传感器，其他如通信芯片和分立器件等不在本篇报告的研究范围。 图表1汽车半导体主要部件 资料来源:平安证券研究所 一、主控芯片是智能化的核心 自动驾驶芯片和智能座舱芯片是汽车智能化最核心的芯片，需具备强大的算力和低功耗，以满足大量数据的计算的同时，降低功耗以实现电动车较好的续航里程。外资巨头如高通、英伟达正占据巨大的份额，而国内优秀的企业也在快速成长，如华为、地平线等。 1.1自动驾驶主控芯片：英伟达领跑，地平线追赶 随着自动驾驶级别的提升，传感器的数量、种类和性能均有大幅提升，尤其是L4和L5，对芯片的算力和功耗的要求极高，如L4级自动驾驶的算力要求约为300TOPS，而L5则需要4000TOPS左右。 智能驾驶传感器 L2级别 L3级别 L4级别 像素数（MP） 7.2 38 112 数据量 （亿字节/秒） 1.38 13.8 40.8 传感器 5摄像头，5个毫米波 13个摄像头，9个毫米波，1个激光雷达 14个摄像头，9个毫米波，5个激光雷达 图表2智能驾驶感知系统迭代方向图表3智能驾驶决策系统算力单位：tops 4000 1 2 30 300 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 资料来源:汽车之家，易车网，平安证券研究所资料来源:汽车之家，易车网，平安证券研究所 在智能化快速发展之前，没有专门的自动驾驶芯片，相关的功能由ABS、ESP的ECU负责，或者由整车VCU进行决策。目前第三方自动驾驶芯片主要以英伟达、mobileye为主，国内华为和地平线已崭露头角。 在芯片种类方面，主要包括通用芯片（如CPU、DSP和GPU等）和专用芯片（如FPGA和ASIC等）。其中，通用芯片可进行多项不同类型的计算，适用于不同的算法或需要持续改进的自动驾驶算法，因此在目前阶段应用较为广泛；而GPU与CPU相比，具有更多的计算单元，更加适合于做简单的重复计算，因此做图像处理时更具有优势。专用芯片中，FPGA属于半定制化芯片，在逻辑计算中更具有优势，同时具有低功耗的特点。 未来的趋势有以下几点：1）中短期看，GPU+FPGA的方案更具有优势，长期看，如果自动驾驶算法已经比较固化，ASIC芯片将具有更大的应用；2）算法和芯片的高度融合与匹配：针对主机厂特定的算法，选取最优的芯片种类；3）低功耗、高算力、高效率。 图表4自动驾驶主要主控芯片 厂商 芯片 单颗算力 （TOPS） 单颗功耗 （W） 单价 应用车型及使用芯片数量 英伟达Xavier3030 1299美元 （2018年） 小鹏P7（1颗） 智己L7视觉版（1-2颗）蔚来ET7（4颗） 理想X01（数量未知） 智己L7激光雷达版（2-4颗）上汽RES33（2-5颗）蔚来ES8/ES6/EC6（1颗） 广汽AionV/LX（1颗） Mobileye EyeQ4 2.5 3 / 哪吒U（1颗）理想ONE（1颗）WEY摩卡（1颗） Mobileye EyeQ5H 25 10 / 宝马iX（2颗） 英伟达Orin20045/ 极氪001（2颗） 地平线 征程2 4 2 / 长安UniT/K（数量未知） 岚图Free（数量未知） 奇瑞大蚂蚁（数量未知） 地平线 征程3 5 2.5 / 理想ONE2021款 高通 骁龙Ride 30-700 65 / WEY摩卡（数量未知） 华为 昇腾310 16 8 / 极狐阿尔法（16颗） 特斯拉 FSD 72 36 / Model3/Y（2颗） 资料来源:搜狐汽车，平安证券研究所 英伟达是汽车自动驾驶芯片领域的龙头，也是全球GPU龙头公司，英伟达从2009年与奥迪合作开始，在汽车智能座舱和自动驾驶领域具有强大的实力。 图表5英伟达自动驾驶芯片主要进程 公告时间 事件 1993年 公司成立； 1998年 与台积电签署战略合作协议； 1999年 发明了全球首款GPU——GeForce256；IPO上市； 2008年推出Tegra移动处理器； 2009年英伟达GPU（Tegra）为奥迪全球车型的导航和娱乐系统提供服务； 2014年全球已有20多个品牌车企使用了NVIDIA的处理器，包括特斯拉； 2015年推出NVIDIADRIVE，支持高级驾驶辅助系统； 推出NVIDIADRIVEPX2，可实现强大的车载人工智能； 2016年 2017年 2019年 新款特斯拉ModelS和ModelX采用了TegraK1主处理器；推出自动驾驶芯片Xavier，并计划于2018年开始交付；推出了为L4/L5的AI计算机——Pegasus； 发布两款软件平台：DRIVEIX和DRIVEAR； NVIDIADRIVEXavier将搭载在百度Apollo2.0和采埃孚ProAI；与大众合作，利用DRIVEIX平台，为大众ID系列服务； 建立自动驾驶统一构架DRIVE，发布Orin计算平台，扩大生态圈至tier1、地图供应商、传感器和软件公司； 2021年发布无人驾驶芯片Atlan。 资料来源:与非网，公司官网，平安证券研究所