汽车半导体8月专题：“三化”打开汽车MCU增量空间，国产替代迎新机遇

7月新能源汽车销量维持高位，上调全年总体新能源车销量预测至650万辆。 7月主要新能源汽车品牌销量实现进一步增长，比亚迪以16.3万辆持续稳固市场第一位置，哪吒、零跑、小鹏分别以1.4、1.2、1.2万辆领衔新势力，7家本土车厂新能源汽车月销量超万台；根据乘联会数据，7月新能源乘用车批发销量56.4万台，上调2022年新能源乘用车销量预测至600万辆，总体新能源车销量至650万辆。随着国内新能源车市场增长，1-6月电机电控搭载量231.8万套(YoY+129.3%)，OBC装机量208万套(YoY+110.3%)，比亚迪半导体、斯达、中车时代等本土公司市场份额迅速成长带动新能源上险乘用车功率模块国产化率超47%。 汽车MCU为汽车电子关键节点控制芯片，高壁垒造成市场高度垄断。MCU作为节点控制芯片，广泛应用于动力总成、ADAS、网络互连、底盘安全、信息娱乐以及车身电子六大功能域。由于汽车时常暴露高温、高湿、高压环境中，要求MCU最高可承受温度区间达-40℃-150℃且产品寿命需达15年及以上，特别是在动力、刹车灯等高安全需求领域MCU都需严格符合AEC-Q100、ISO26262、IAFT16949相应车规标准，对MCU设计、制造、封测全流程提出了严苛要求。因此高技术和进入壁垒造成汽车MCU市场被来自半导体和汽车工业发达的美日欧企业高度垄断，根据Omdia数据，2021年全球汽车MCUCR5集中度达90%（MCU全行业82%），CR6集中度更是高达97%。 “三化”带来汽车MCU市场结构性变化，电驱和ADAS成为最大增量应用。 汽车电动化、智能化、网联化重塑汽车电子架构，“三电”系统、众多ADAS传感器及信号链路、网联系统、信息安全功能系统和ECU的引入带来汽车MCU量价齐升，相比传统燃油车70颗左右用量，而新能源车MCU用量达300颗左右。根据Omdia预计，2021年至2026年，全球汽车MCU市场规模将从76.7亿美元增长至130.4亿美元(CAGR11.2%),增速显著领先MCU行业平均(CAGR 6.7%)；其中电驱系统和ADAS系统MCU市场CAGR分别为22.2%和19.5%，合计全车MCU金额占比从31%提升至47%；高端功能控制需求提升亦推动32位MCU市场规模增速超过8位和16位。 本土汽车工业趁“三化”东风后发先至，中国MCU厂商迎高速发展机遇。中国汽车年产量从1999年的183万辆增长至2021年的2608万辆，全球占比从3%提升至33%，2022年1-5月中国新能源乘用车销量在全球的市场份额提升至59%。智研咨询预计2025年我国汽车MCU市场规模将达到33亿美元，在全球汽车半导体供给失衡、国际关系日渐复杂背景下，本土汽车工业崛起及新能源车高速发展为中国MCU厂商由功能安全要求较低的车身电子等领域切入创造重要机遇，并且通过导入量产积累，未来国产MCU将有望逐步实现向更高功能安全领域的拓展。 投资建议：本土汽车“三化”提速趋势下，MCU国产化发展机遇，推荐关注积极布局汽车MCU的兆易创新、峰岹科技、北京君正、韦尔股份等，产业链相关公司包括国芯科技、中颖电子、BYD半导(未上市)、芯旺微(未上市)、云途半导体（未上市）等。 风险提示：新能源汽车需求不及预期；国产MCU严重导入不及预期。 行业动态 7月新能源车销量比亚迪大幅领先，哪吒、零跑领跑新势力。8月初，多家新能源车企发布7月销量快报：其中比亚迪16.3万辆(MoM+21%,YoY+222%)、埃安2.5万辆(MoM+4%,YoY+138%)、哪吒1.4万辆(MoM+7%,YoY+134%)、零跑1.2万辆(MoM+7%，YoY+173%）、小鹏1.15万辆(MoM-25%,YoY+43%)、理想1.0万辆(MoM-20%,YoY+21%)、蔚来1.0万辆(MoM-22%,YoY+27%)、问界0.8万辆(MoM+11.2%）、极氪0.5万辆(MoM+17%)。此前，据中汽协统计，6月新能源汽车产销分别达46.6万辆(MoM+56.0%,YoY+114.6%)和44.7万辆(MoM+43.4%,YoY+105.7%)。7月大部分新能源汽车品牌均实现高速增长，乘联会预计今年7月新能源车零售近56.4万辆，并提高2022年新能源乘用车销量预测至600万辆。 图1：2019-2022年全国新能源汽车产销量情况（万辆） 图2：全国新能源汽车市场销量（按动力，万辆） 图3：全国乘用车新能源汽车市场情况（按车型，万辆） A级-轴距 :2.45-2.65m ，排量:1.6-2.0L;B级-轴距2.6-2.75米，排量1.8-2.4L;C级-轴距 :2.7-2.8m ，排量2-3L;D级-轴距大于2.8m ，排量3.0L以上。） 6月比亚迪纯电动与插混双驱动夯实自主品牌新能源领先地位，纯电动B级车占比提升至30.8%。据乘联会统计，6月A00级纯电动车销量9.8万辆(占23.2%)，A0级纯电动车销量4.4万辆(占10.4%)，A级纯电动车销量11.9万辆(占28.1%)，B级纯电动车销量13.0万辆(占30.8%)，整体市场随疫情缓解以及消费补贴进一步回暖，比亚迪纯电动与插混双驱动夯实自主品牌新能源领先地位。 2022年1-6月新能源乘用车电机累计搭载量为231.8万套，同比增长129.3%。 新能源乘用车三合一及多合一电驱动系统搭载量为136.8万套，同比增长100.9%，占到总配套量的59.0%。在电控系统方面，弗迪动力、特斯拉和汇川技术分别以25.9%、10.3%和9.3%位居前三。OBC伴随着整车市场增长，福迪动力、威迈斯、英博尔以25.0%、19.7%、10.6%占据市场前三；其中，欣锐科技率先应用SiC，威迈斯、英博尔等企业也发布了基于碳化硅的OBC产品方案。 表1：2022年1-6月全国新能源汽车电驱动市场情况 2022年1-6月我国新能源上险乘用车IGBT功率模块中国产供应商斯达半导、比亚迪半导体、中车时代电气合计占比超47%。据NE时代统计，2022年新能源市场的快速增长，对功率半导体的需求也在水涨船高，上半年仅保险数据就有231万套电控装机，比去年同期增加了近一倍，刨除这其中29万多的低压MOS管车型，仍有201万使用中高压功率模块的车型。国产化方面，比亚迪半导体搭载约39.3万套（占19.5%），斯达半导搭载约34.2万套（占16.9%），时代电气搭载约22.6万套（占11.2%），总体国产化率超47%。 表2：我国22年1-6月新能源上险乘用车功率模块市场份额情况 汽车“三化”成为国内汽车MCU发展机遇 汽车MCU为汽车电子系统关键节点控制芯片 微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)作为关键的节点控制芯片在六大汽车功能域中广泛使用。目前，汽车电子电气架构正在经历从分布式架构，到基于域的集中式架构，再到基于域融合的带状架构的发展历程，智能座舱、高精度导航、车身电子、电驱电控系统等应用对MCU需求量大增。MCU在汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互连、地盘安全、信息娱乐以及车身电子六大功能域中均有广泛的应用，是汽车电子生态系统中的重要节点处理芯片。 图4：MCU在汽车中的应用 2021年汽车MCU市场规模历史性同比增长28%，预计2026突破超130亿美元。 根据Omdia数据，汽车MCU销售额在2021年同比增长28%，达到创纪录的76.7亿美元，主因新能源汽车渗透率提升以及全球性车规半导体供给失衡导致涨价。 Omdia预计至2026年，全球汽车MCU市场规模将达到130.4亿美元，复合增长率为11.2%，增速超过其他MCU终端市场（IC Insights预计至2026年全球MCU市场规模为272亿美元，CAGR6.7%）。 图5：全球汽车MCU市场规模及预测 图6：英飞凌32-bitTriCore AURIX-TC2XX汽车MCU架构图 MCU是把中央处理器(CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口形成芯片级的计算机。以英飞凌汽车MCUAURIX-TC2xx为例，MCU内部主要包含： 1）内核：MCU处理器核心，主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据，处理器内核主要包括逻辑运算器、控制器和寄存器等部件。 2）片上存储单元：PMU为只读存储器（ROM），程序运行时，里面的内容是不允许更改，本质是为flash存储，如PFLASH、DFLASH、BROM，在传统电子控制器（如发动机控制器、电池管理控制器、整车控制器），程序的执行直接在flash里取指令。LMU为随机存取存储器（RAM），在程序运行时，里面的内容是可被更改，存放全局变量或一些刷新功能函数等。 3）时钟信号触发捕捉单元：例如GTM是时钟处理单元，可以检测复杂的方波信号，也可以输出复杂的方波信号，例如发动机里的曲轴信号检测及喷油信号输出。 4）通信外设：实现芯片与外界的通信。 5）电压处理单元：转换外界给芯片提供的电压至芯片内部电压。 6）时钟处理单元：时钟信号是芯片的起搏器，控制内核及芯片外设的跳动周期，比如内核200MHz，对应执行一条指令所需的实践就是1/200us。 7）其他外设接口：Port可复用普通的IO功能和其他外设功能，例如CAN、SPI等功能；ADC为数字模拟信号转换；DSADC是检测差分信号的检测，有两个输入引脚，检测到时这两个引脚上的电压差；HSM是为了实现Security功能使用，有自有的内容及相关的一些外设，可以生成随机数，进行安全校验等。 8）OCDS（OnChip DebugSupport）：debug接口，用来对MCU进行调试。 9）DMA（DirectMemoryAccess）：可以直接搬运数据的模块，例如对ADC采样。 DMA采集数据不需通过内核，直接将数据搬运到内存里，节约了内核的资源损耗。 10）Bridge：通过桥可以把芯片内部的所有模块都可以连接起来。 严格安全、可靠性准入标准树立汽车MCU技术和准入壁垒。不同于消费电子，汽车对产品的缺陷零容忍，作为众多汽车控制器和核心芯片的MCU在复杂的运行环境里，稳定安全可靠地运行长达15年之久，为了确保产品可靠，不断逼近0PPM（每百万产品零缺陷）目标，需从设计、制造、封装、测试到量产后层层设计、层层严控。因此，车用MCU获得AEC-Q100、ISO26262等标准认证后，仍需较长时间的整车厂、Tier1的验证和导入时间。 AEC-Q认证是国际汽车电子领域的准入门槛，AEC-Q100主要是针对车载应用的集成电路产品所设计出的一套应力测试标准,预防可能发生各种状况或潜在的故障状态，对每一个芯片进行严格的质量与可靠度确认，特别对产品功能与性能进行标准规范测试。ASIL定义在道路车辆功能安全国际标准ISO 26262中，全称是AutomotiveSafetyIntegrityLevel，用来表征产品的功能安全在避免不合理风险方面的能力，分为A、B、C和D四个等级，其中D为最高级别，如应用于动力、刹车、气囊等芯片必须符合ASIL-D等级。 图7：各车ISO16262ASIL等级 32位MCU占据汽车MCU七成市场，内核架构呈现多元化 汽车MCU主要为8位、16位和32位。根据总线或数据暂存器的宽度，MCU又分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位MCU，随位数增加，MCU处理能力越强、可实现的功能越多，但芯片架构复杂度和成本亦随之增加。在汽车电子领域，8位MCU强调简单效能、低成本，主要应用于风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降等低阶控制功能；16位MCU主要应用于动力传动系统、底盘机构等领域； 32位MCU因其执行效能突出和应用类型多元，广泛应用于仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统、ADAS等领域。 表3：汽车电子领