2023中国车规级芯片产业创新研究报告

系列报告 “CHINASMARTELECTRICVEHICLE”SERIESREPORT 2023中国车规级芯片产业创新研究报告 亿欧智库https://www.iyiou.com/researchCopyrightreservedtoEOIntelligence,August2023 亿欧智库： 更懂中国智能电动汽车的第三方研究机构 前言 《2023中国车规级芯片产业创新研究报告》简介 •近年，智能电动汽车销量一路迅速攀升，智能化深度发展致单车芯片搭载量持续增长，智能电动汽车领域对车规级芯片的需求越发旺盛。而在如此旺盛的需求之下，中国车规级芯片发展却并非一帆风顺。海外核心技术垄断，美国出口限制，中国半导体行业起步晚进度慢，多种因素制约中国车规级芯片发展。如此内忧外患的紧迫局面，中国车规级芯片急需找到属于自己的创新之路。 •《2023中国车规级芯片产业创新研究报告》以车规级芯片从研发设计到量产落地的全生命周期为脉络，将其拆分为芯片技术创新、产品应用创新与企业发展创新三大创新纬度，并基于此深入分析中国车规级芯片产业近年的创新举措与成果，由此探究中国车规级芯片产业未来发展方向，与国产化进程。 《2023中国车规级芯片产业创新研究报告》核心观点 •车规级芯片技术创新是中国车规级芯片发展的基础，创新半导体材料，创新架构设计，追求先进制程，三层创新推动中国芯片技术进步； •在软件定义汽车浪潮下，软硬协同能力成为核心，“芯片+软件算法+开发工具链”成为主流芯片产品方案；车规级芯片广泛应用于汽车各个领域，当前正从功能安全需求弱的低端场景向功能安全需求强的高端场景迈进； •芯片厂与主机厂的合作模式越来越开放透明，产业链结构正由传统链条式结构向更加扁平的网络状结构演进； •中国车规级芯片创新牵一发而动全身，产业链上下游需要深度协同，共同实现车规级芯片国产化。此过程欲速则不达，应由易至难循序渐进，借助国家扶持积极技术攻坚，以龙头企业为标杆集中式发展，贯彻“先强带动后强”理念继续前行。 2 目录 CONTENTS 01 中国车规级芯片产业发展综述 1.1中国车规级芯片发展概述 1.2中国车规级芯片产业发展现状 1.3中国车规级芯片产业创新路径 1.4中国车规级芯片产业图谱 02 中国车规级芯片产业创新分析 2.1中国车规级芯片创新纬度 2.2中国车规级芯片技术创新 2.3中国车规级芯片产品及应用场景创新 2.4中国车规级芯片企业发展创新 03 中国车规级芯片产业未来展望 目录 CONTENTS 01中国车规级芯片产业发展综述 1.1中国车规级芯片发展概述 1.2中国车规级芯片产业发展现状 1.3中国车规级芯片产业创新路径 1.4中国车规级芯片产业图谱 02 中国车规级芯片产业创新分析 2.1中国车规级芯片创新纬度 2.2中国车规级芯片技术创新 2.3中国车规级芯片产品及应用场景创新 2.4中国车规级芯片企业发展创新 03 中国车规级芯片产业未来展望 1.1.1车规级芯片主要包括计算控制芯片、功率芯片、传感器芯片 根据功能划分，车规级芯片主要分为四类：计算控制芯片、功率芯片、传感器芯片及其他芯片。 计算控制芯片（MCU、SoC）属于集成电路，主要负责信息处理；功率芯片（MOSFET、IGBT等）属于分立器件，主要负责电能变换、控制电路；传感器芯片主要负责感应汽车运行工况，并将信息转换为电信号。 亿欧智库：车规级芯片及分类 计算控制芯片 MCU 单片机，一般只包含CPU一个处理器单元 MCU=CPU+存储+接口单元 CPU EEPROM I/O RAM 串行接口Timers ROM 主要负责信息处理 光电器件集成电路IC SoC SoC=CPU+GPU+DSP+ASIC+存储+接口单元 车规级芯片 功率芯片传感器芯片 系统级芯片，一般包含多个处理器单元 CPU GPU EEPROM I/O RAM 串行接口 DSP ASIC Timers ROM MOSFET、IGBT…… 智能传感器车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达…… 电能变换控制电路 感应汽车运行中的工况，并将信息转换为电信号 分立器件传感器 半导体 传统传感器压力、温度、位置…… 其他芯片 导航定位芯片、存储芯片、通信芯片 …… 1.1.2车规级芯片广泛应用在智能汽车多个领域 车规级芯片是智能电动汽车产业发展的核心，当下广泛覆盖智能电动汽车多个领域，使用范围涵盖车身、仪表/信息娱乐系统、底盘/安全、动力总成和自动驾驶系统五大板块。传感器、微控制器、存储设备、功率半导体在各个板块都有需求，而互联芯片主要用于车身及信息系统方面。 互联 （USB） 传感器 （磁性、压力、电流、雷达、3DToF、TrueTouch、CapSense） 微控制器 （嵌入式电源集成电路、PSoC、Traveo） 微控制器 （AURIX） 储存器 （NORFlash、SRAM、nvSRAM、F-RAM） 功率半导体 （MOSFETS、IGBTs、modules、driveslcs、LDOs、PMICs、USBType-CPD） 车身 车身控制前车灯、尾灯 座椅加热、调节无线充电 亿欧智库：车规级芯片与应用场景 仪表/信息娱乐系统 底盘/安全 动力总成 自动驾驶系统 制动、转向 引擎管理 电子稳定系统 传动 车速控制 仪表盘 主动悬挂系统 主逆变器 紧急制动 座椅加热/按摩 底盘域控制器 微混系统 盲点监测 触控/交互 防抱死系统 变速器 传感器融合雷达系统 安全气囊 电池管理系统 环视系统 互联 （WIFI、BT、BLE） 胎压监测系统 充电系统 1.1.3汽车电动化智能化深入发展，车规级芯片市场需求越发旺盛 市场对新能源汽车需求持续上涨，智能电动汽车销量继续增长。亿欧智库数据显示，2022年中国新能源汽车销量达688.7万辆，智能电动汽车销量达412.4万辆，智能电动汽车的新能源汽车渗透率达51.7%。据亿欧智库预测，2025年中国新能源汽车销量将高达1524.1万辆，智能电动汽车销量将达1220.3万辆，渗透率将高达80.1%，智能电动汽车将成为新能源汽车销量增长的中流砥柱。 随着汽车电动化智能化发展，单车芯片用量持续上涨。据亿欧智库测算，到2025年，燃油车平均芯片搭载量将达1243颗，智能电动汽车的平均芯片搭载量则将高达2072颗。随智能电动汽车市场需求不断增强，智能化技术深化发展，自动驾驶阶段逐步演变推进，未来单车芯片用量将继续增长，汽车整体行业对车规级芯片的需求也将随之膨胀。 亿欧智库：2018-2025年中国智能电动汽车（SEV）销量、增长率、渗透率 261.2% 亿欧智库：2018-2025年中国单车搭载汽车芯片平均数量（颗） 1459 1298 1155 124 113 1027 102 914 934 772 849 638 702 7 0 3 1843 2072 166.9% 85.9% 117.1% 42.9% 68.5% 41.6% 29.6% 1640 1524.1 1259.6 1220.3 998.4 905.1 688.7 613.7 352.1412.4 125.6 120.6 136.7 6.4 17.0 36.9 133.3 SEV 渗透率 201820192020202120222023E2024E2025E 2018 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 9.5% 14.1% 27.0% 37.9% 59.9% 61.5% 71.9% 80.1% 智能电动汽车销量(万辆)新能源汽车销量(万辆)智能电动汽车销量增长率 传统燃油车智能电动汽车 1.2.1车规级芯片开发周期漫长，产业发展面临摩尔定律困境 综合考虑整车项目开发流程与芯片设计开发流程，芯片从设计到量产上车需要3.5到5.5年时间，且芯片上车后需尽量满足汽车产品5到10年生命周期内的OTA升级迭代需求。亿欧智库认为，主机厂与芯片厂商深度捆绑无可避免，通过深度合作共同提高产品定义与设计前瞻性已成主要发展点。 由于车载计算芯片仍在不断发展中，车载计算平台的异构芯片形态将长期存在。相较传统ECU，车载计算平台的复杂度呈数倍提升，面临功耗、散热、电磁、质量等多重挑战。此外，由于能效比、工艺制程以及芯片堆叠带来的功耗、散热与成本挑战，车载计算平台算力存在物理上限。 整车项目开发流程 亿欧智库：整车项目开发流程与芯片设计开发周期 车载计算平台算力存在物理上限 试生产 立项研究 项目启动 项目批准（定点） 产品验证 产品规划概念开发设计开发设制试验与认证生产准备量试与投产 01同一工艺制程下，芯片能效比存在上限 正式生产 以英伟达Orin芯片为例，其采用8nm工艺制 程，单芯片算力达到256Tops，功耗达到 芯片公司进入整车项目开发流程 第1到10月 第11到15月 芯片公司与OEM探讨使用可能性，做一些简单测试，收取NRE费用（一次性工程费用） OEM对Tier1报价，确认芯片公司进入整体方案，预估量产数量 第16到20月 芯片公司与Tier1进行联合开发与测试，对Tier1收取NRE费用 第21到26月 Tier1向芯片公司小批量采购芯片，用作测试 第27到34月 主机厂备货芯片等零部件，进入量产待命 第27到39月 芯片等零部件进入完全量产，按出货量计算收入 芯片公司持续供货，供货周期一般为5~10年 65W，能效比达到3.9Tops/W。 02严苛的车规级要求下，摩尔定律难以持续 相比于消费级、工业级芯片，车规级芯片在 18~24个月 芯片设计 12~18个月 流片 车规级认证 12~24个月 车型导入测试验证，进入量产上车状态 温度、湿度、出错率和使用时间上有更严苛 的要求；对于先进制程芯片而言，适应车规级要求是巨大挑战，摩尔定律在智能汽车上 芯片设计开发流程 摩尔定律发展困境 摩尔定律发展困境主要是成本减半和性能翻倍，以及18个月周期，三者约定的条件中，有1-2个因素发展变化导致这个周期节奏被打破了。 传统做法如何延续摩尔定律 解决功耗和发热，是集成电路工艺首要的发展目标，解决思路主要为改工艺和改基础材料。用更小的晶体管技术制造更强大的芯片。 新兴芯片科技公司 如何在市场竞争中赢得更多主机厂青睐？ 后摩尔时代，芯片必须兼顾性能与成本。从更高层面出发来定义新时代芯片如何设计，如何制造，如何平衡性能，功耗以及成本之间的关系。 或难以持续。 战 03大算力芯片堆叠带来功耗、散热与成本挑 当前车规级芯片最先进的制程工艺为7nm，因此若要实现高算力车载计算平台，只能通过堆叠大算力芯片的方式。但随之而来的是高功耗、散热难题与高芯片成本的挑战。 1.2.2中国车规级芯片产业发展面临“内忧外患”危机，急需创新破局 “缺芯”问题的主要原因为芯片生产难度大、需求增长较快、供需结构不平衡、上游企业产能不足、疫情影响、以及车企囤货情况严重等6个主要原因。除中国自主芯片企业大而不强等因素外，供应链结构恶性发展也在加剧芯片危机。多重“内忧”因素共同作用，层层加剧芯片危机。 中国MCU市场大部分份额被外资企业瓜分，其中占比最高的为瑞萨电子，市场份额高达17%。中国车规级芯片仍然依赖于进口，核心技术研发与 资源面临落后于发达国家的尴尬。目前正遭遇“内忧外患”的困境。 面对“内忧外患”严重、技术“卡脖子”形势严峻等诸多困境，中国车规级芯片企业创新破局成为必经之路。 亿欧智库：中国芯片供给不足的主要原因亿欧智库：2022中国车载MCU市场份额企业占比情况 车规级芯片相较于其他芯片制造难度更大，需要满足苛刻的使用环境、更高的产 品可靠性、更长的使用寿命。 生产难度大 上游产能不足 生产芯片是一件非常困难的事情，一些顶尖工艺的芯片生