汽车半导体10月专题：智能座舱SoC芯片变革中迎发展机遇

9月新能源乘用车市场再创新高，比亚迪单月突破20万辆。9月新能源汽车销量70.8万辆(YoY+98.1%,MoM+6.3%)，其中比亚迪销售20.1万辆(YoY+183%,MoM+15%)，单月销量首次突破20万辆；埃安销售3.0万辆(YoY+121%,MoM+11%)，继续领跑造车新势力。随新能源汽车销量持续走强，汽车零部件均同比提升：8月电机电控搭载量为52万台(YoY+105%)，OBC装机量共47.3万套(YoY+107.8%)；8月我国新能源上险乘用车功率模块国产化占比45.1%，其中比亚迪半导体搭载约11.2万套(占22%)，斯达半导约6.7万套(占13%)，时代电气约5.5万套(占11%)。 智能座舱SoC芯片为座舱域控制器核心控制芯片。智能座舱SoC主要集成系统级芯片控制逻辑模块、CPU内核、图形处理器GPU、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC/DAC的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块。2015年至今，车机系统智能化、多屏化以及HUD、语音识别引入等汽车座舱智能化趋势加速，SoC芯片因其功能集成度、性能和硬件延展性优势，取代MCU成为汽车座舱核心控制芯片。 汽车电子架构演进推动座舱SoC加速迭代，市场规模将达82亿美元。依靠单颗SoC芯片运行多个操作系统、同时驱动多个显示屏融合交互（即“一芯多屏”）为代表的域内融合加速成为发展趋势，“智能座舱+自动驾驶”跨域融合亦正逐步被“行泊一体”方案部分实现，因此，智能座舱SoC主要朝大幅提升CPU、GPU、AI算力、追逐先进工艺制程 (14nm （中低端） ->7nm （高端）->5nm(下一代))等方向发展。域内融合以及跨域融合的普及有望推动智能座舱SoC芯片（未来融合为车载中央超算芯片）量价齐升，IHS预计2025年全球汽车主控SoC市场规模将达到82亿美元(2016-2025年CAGR19.9%)。 产品高度契合座舱智能化需求，高通借域内融合成为全球行业龙头。2015年前，车载系统的MCU主要供应商为瑞萨、恩智浦、德州仪器等传统汽车芯片厂商，这三家在智能座舱发展的初期阶段也曾一度占据SoC大量份额。此后，座舱智能化加速吸引高通、英伟达、三星、英特尔、联发科等消费电子芯片厂商进入市场。其中，高通汽车芯片由其智能手机芯片平台改进，性能、迭代速度、移动终端业务积累的软硬件生态积累远超传统汽车芯片厂商，快速成为智能座舱SoC芯片龙头，其SA8155P芯片更成为中高端新车标杆配置。 高通的成功也为在传统汽车业务积累薄弱的中国芯片厂商提供良好的示范。 中国智能座舱行业快速发展，本土芯片厂迎国产化机遇。根据亿欧智库数据，截止2021年10月，中国乘用车智能座舱渗透率为50.6%。根据IHS预测，2021年全球智能座舱市场空间超过400亿美元，2030年市场规模将达到681亿美元；ICVTank预测，中国的智能座舱市场将在2025年达到1030亿人民币，自2021年起，年复合率将达12.7%。在国际关系日渐复杂背景下，国内汽车工业崛起及“新四化”高速发展为中国SoC厂商提供切入智能座舱领域重大机遇，成为众多公司业绩新增长点。 投资建议：关注座舱智能化带来的国产座舱SoC芯片产业发展机遇，产业链相关公司包括晶晨股份、芯擎科技(未上市)、芯驰科技(未上市)、华为(未上市)、地平线(未上市)等。 风险提示：座舱SoC芯片国产替代不及预期；美国对华芯片制裁加剧。 行业动态 9月新能源汽车销量继续增长，比亚迪单月销量首破20万辆。根据中汽协数据，我国9月新能源汽车产销量继续保持环比增长， 单月销量70.8万辆(YoY+98.1%,MoM+6.3%)。其中，比亚迪销量20.1万辆(YoY+183%,MoM+15%)，单月销量首次突破20万辆；造车新势力方面，埃安销售3.0万辆(YoY+121%,MoM+11%)，哪吒1.8万辆(YoY+134%,MoM+12%)，理想1.2万辆(YoY+63%,MoM+152%)，零跑1.1万辆(YoY+170%,MoM-12%)，蔚来1.1万辆(YoY+2%,MoM+2%)，AITO1.0万辆(MoM+1%)，小鹏0.8万辆(YoY-19%,MoM-12%)，极氪0.8万辆(MoM+15%)。 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零售市场情况（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。） 9月新能源乘用车市场再创历史新高，B级车销量继续领先。据乘联会统计，9月纯电动批发销量50.7万辆，同比增长76.3%；插电混动销量16.8万辆，同比增长186.4%。9月B级电动车销量13.9万辆，同比增长58%，环比增长3%，占纯电动份额27%。纯电动市场A00+A0的经济型电动车市场崛起，其中A00级批发销量12.2万辆，环比下降5%，占纯电动的24%份额；A0级批发销量10.1万辆，占纯电动的20%份额；A级电动车占纯电动份额26%；B级电动车销量仍是领军。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；以奇瑞集团与广汽集团为代表的传统车企表现突出。 8月新能源乘用车电机电控搭载量为52万台(YoY+105%)，OBC装机量共47.3万套(YoY+107.8%)。在电控系统方面 ，三合一电驱动系统搭载量为33万台(YoY+156%)，占比达62%，其中弗迪动力随比亚迪车型热销，电机电控装车数量遥遥领先，达16.9万套；8月特斯拉国内新车交付恢复增长，电机控制装车3.8万套。OBC市场整体保持增长态势，前五位格局基本保持不变。 表1：2022年8月全国新能源汽车电驱动\OBC市场情况 8月我国新能源上险乘用车功率模块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45.1%。据NE时代统计，8月我国新能源上险乘用车功率模块搭载量约51.9万套，其中比亚迪半导体搭载约11.2万套（占21.6%），斯达半导约6.7万套（占12.9%），时代电气约5.5万套（占10.6%），预计国产化率将随各家产能释放环比提升。 表2：我国22年8月新能源上险乘用车功率模块国产化情况 智能座舱SoC：座舱域控制器核心芯片 汽车座舱智能化提升，SoC取代MCU成为座舱核心控制芯片 伴随汽车智能化展开，SoC成为汽车智能座舱核心控制芯片。20世纪60-90年代，汽车座舱主要由机械仪表盘和卡带录音为代表的音频播发器为主，座舱功能单一，由一颗数字处理芯片DSP即完成音频处理功能；2000-2015年，随着汽车电子化，小尺寸中控液晶屏逐步开始普及，导航、车载电话、USB、蓝牙等功能加入形成车载信息娱乐系统，MCU成为该系统核心控制芯片；2015年起，随着多屏化、车机系统智能化、HUD、语音识别等引入，车机系统与人机交互能力得到显著提升，集成度(通常包括CPU、GPU、VPU、NPU等异构处理器)、性能、硬件延展性更加强的SoC（Systemon Chip，片上系统或称为系统级芯片）成为座舱核心控制芯片。 图4：汽车座舱和车机芯片演进 当前汽车基本已完成从按键交互跨越到了车载显示交互，而传统单一车载显示器将扩展到具有多个多模式界面的图形用户界面(GUI)显示器，如多种传感技术包括听觉、触觉/触觉、手势、可穿戴传感器、和AR/VR/混合现实(MR)技术，以确保准确预测车内交互。此外，驾驶员或乘客监控对于交互至关重要。车载交互系统需要估计和推断驾成人员的动作、疲劳或困倦等状态、驾驶员的认知状态以及用户的情绪。 SoC通常集成了是包含完整系统并有嵌入软件的全部内容的集成电路。智能座舱SoC主要集成系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC/DAC的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块： 1）内核：SoC的CPU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，CPU子系统通常采用基于ARMCortex-A的集群式（Cluster）设计。 2）GPU：为信息娱乐系统、仪表盘等屏幕提供高分辨率图形渲染处理。 3）媒体模块：包括DSP、VPU、Displayprocessor等子模块，提供音视频编解码和显示处理。 4）显示和摄像头I/O接口：包括MIPI、LVDS、HDMI、CSI、 I2C 等多种车载常见音视频接口控制模块。 5）存储接口：与外部存储通信的接口，如DDR、LPDDR、PCIe、SD等。 6）安全模块：TrustZone、DRM、ECC等安全模块。 7）NPU（如有）：为语音、视觉交互、DMS、环视等提供AI算力。 8）其他：如各类基带模块(支持4G、5G、Wifi、导航)。 图5：恩智浦i.MX8座舱SoC架构图 图6：高通SA8155P座舱SoC架构图 CPU和GPU算力为座舱芯片传统核心技术参数。座舱SoC的CPU算力决定了座舱域控制器的数据承载能力、数据处理速度，进而决定了座舱运行流畅程度。根据上汽智已预计，2024年智能座舱对SoC的CPU算力需求将从2021年的25kDMIPS提升至89kDMPS，算力需求增长3倍以上。GPU算力决定了座舱域控制器的图像渲染能力，进而决定了座舱内屏显数量、画面丰富度和清晰度。 图7：主流汽车座舱SoC芯片CPU和GPU算力比较 随着汽车电子架构从分散式迈向域控制中心，未来有望向中央集成演进，智能座舱SoC芯片发展趋势多元。智能座舱SoC未来发展趋势除了CPU和GPU算力需求继续提升之外，亦有以下方向：1）ISP、VPU性能提升以支持接入更多传感器。2）AI算力需求越来越强，部分座舱SoC芯片集成NPU模块，以支持语音和图像处理加速，并兼容环视、DMS等辅助驾驶功能。3）芯片制程工艺越来越先进， 7nm 及8nm 制程座舱芯片已实现量产， 5nm 座舱芯片（SA8295P）已发布；4）芯片迭代速度加快，新产品发布周期缩短。过去车规芯片迭代周期基本在3-5年左右，而高通座舱芯片迭代速度已缩短至2-3年；5）座舱SOC也在向模块化、可更换、可扩展的趋势发展。 图8：汽车座舱芯片迭代周期缩短、制程工艺提升明显 智能座舱域内融合深化，多域融合曙光乍现 顺应汽车电子域集中趋势，座舱域内融合正在普及。传统的汽车设计中，仪表和娱乐系统为相互独立的两个系统，数字仪表屏、信息娱乐系统、HUD等设备均由各自控制器单独控制显示界面输出，随着交互设备增加，一方面，控制器数量增加，提高整车成本，导致整车厂成本控制压力陡增；另一方面，座舱电子设备日益频繁的信息交互下，为实现多屏联动，控制器之间通信开销加大，通信延迟增加。 图9：座舱电子电气架构向集中域式发展 硬件隔离(HardwarePartition)和虚拟机监视器（Hypervisor）是“一芯多系统”实现的主要两种途径。硬件隔离是通过硬件分区将SoC芯片的内存区域、外围设备、引脚等硬件资源进行划分和管理，硬件分区对各自所属资源具有访问和管理功能，分区间硬件资源不能共享。以恩智浦i.MX 8QM芯片为代表的智能座舱方案是基于硬件隔离实现的。在芯片内，分别建立了仪表和娱乐系统的硬件分区，将多核CPU及其他硬件资源按操作系统需求分配到各自分区内，最终实现在仪表分区内运行Linux系统，在娱乐系统分区内运行Android系统。 Hypervisor是运行在硬件设备与操作系统之间的一种中间软件层，允许多个操作系统共享硬件资源。在虚拟化环境下，Hypervisor可以调度CPU内核、外部设备、内存区域等硬件资源，并为每个虚拟机分配不同资源。在Hypervis