2024半导体行业研究报告-车规级芯片

致同咨询行业洞察 半导体行业研究–车规级芯片 2024年1月发布 点击下方图标，了解相关详情 车规级芯片行业概览车规级芯片主要企业分析 车规级芯片财务关注点附件 半导体行业研究–车规级芯片1 车规级芯片行业概览 车规级芯片分类车规级芯片功能举例 车规级芯片特点 全球车规级芯片2022-2024供应情况 车规级芯片认证标准车规级芯片“上车”流程 车规级芯片市场规模增长情况车规级芯片对晶圆制程的需求 半导体行业研究–车规级芯片2 毫米波雷达单价在200-400元人民币不等 传统温度、压力等传感器单价在10- 100元人民币不等 •IGBT模块均价400+元人民币 根据功能划分，车规级芯片主要分为四类：计算及控制芯片、功率芯片、传感器芯片及其他芯片。计算及控制芯片以微控制器和逻辑IC为主，主要用于计算分析及决策；功率芯片主要对电能进行转换，对电路进行控制；传感器芯片主要负责感应汽车运行工况，将非电学量信息转换为电学量输出 MCU=CPU+存储+接口单元 EEPROM 计算及控制芯片 MCU 单片机、通常包括一个处理器单元 SoC 系统级芯片，包括多个处理器单元 CPU 串行接口 Timers I/ORAMROM SoC=CPU+GPU+DSP+ASIC+存储+接口单元 EEPROM CPUDSP GPUASIC 串行接口 Timers I/ORAMROM 主要负责信息处理 •8位MCU的单价小于1美元 •16位MCU的单价在1-5美元之间 •32位MCU价格在5-10美元之间 •部分高端产品在10美元以上 • 自动驾驶芯片在几十美元至上百美元不等 芯片类别芯片构成芯片用途芯片价值 功率芯片 MOSFET、IGBT 电能变换、控制电路 智能传感器 车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达…… 传感器芯片 传统传感器 压力、温度、位置…… 感应汽车运行中的工况，并将信息转换为电信号 • • 导航定位芯片、存储芯片、通信芯片 其他芯片 …… 车规级芯片是指相较于消费级、工业级芯片，具有高可靠性、高安全性、高稳定性特点，要求零缺陷且可长期供货（一般10-15 年供货周期），并且达到AEC（AutomotiveElectronicsCouncil，汽车电子委员会）规范要求的车规级芯片 车规级 消费级 工业级 军工级 应用 汽车电子 手机、PC等 工业控制 军工应用 温度 -40℃~150℃ 0~70℃ -40℃~85℃ -55℃~150℃ 湿度 0-100% 低 根据环境 0-100% 振动、冲击 高 低 较高 最高 寿命 15年 1-3年 5-10年 >15年 可靠性 高 低 较高 最高 出错率 0% <3% <1% 0% 测试标准 AEC-Q100IATF16949ISO26262 JESD47等 JESD47等 MIL-STD-883等 系统成本 高 低 较高 最高 特殊要求 增强封装、耐冲击、耐高低温和散热 防水 防水、防潮、防腐等 增强封装、耐冲击、耐高低温和散热 车规级芯片需通过AEC-Q测试，根据不同的半导体器件通过不同的测试类型，且不同的用途需通过不同等级的测试 AEC-Q测试类型 名称测试项目 AEC-Q100车载应用的集成电路产品应力测试标准 AEC-Q101汽车级半导体分立器件应力测试标准 AEC-Q102车用离散光电组件产品市场进入标准 AEC-Q103汽车MEMS传感器的测试标准 AEC-Q104车用多芯片模块可靠性测试标准 AEC-Q200汽车上应用的被动元器件的产品标准 等级 系统 用途 验证标准 Grade-0 动力、安全系统 发动机管理、动力转向、刹车、安全气囊等 -40℃~+150℃ Grade-1 车身控制系统 防盗、灯光、雨刷、门锁等 -40℃~+125℃ Grade-2 行驶控制系统 仪表盘、座椅、空调、倒车雷达、车窗等 -40℃~+105℃ Grade-3 通信系统 GPS导航、移动通讯、FM等 -40℃~+85℃ AEC-Q测试等级 车规级芯片认证标准 设计阶段提高产品的可靠性 •在产品设计阶段，车规级芯片产品需要遵循与一般芯片产品不同的设计路径，汽车的安全性需求对车规级芯片的可靠性、稳定性以及一致性提出了更高的要求。由于汽车内的芯片需要在宽温度范围（-40~+150℃）、高振动、多粉尘、电磁干扰、油气污染等恶劣的环境中运行，为保证在上述恶劣环境下运行的可靠性，公司车规级芯片一般使用成熟可靠的车规晶圆制造工艺。相比更加精细的晶圆制程，成熟可靠的晶圆制造工艺能够耐受汽车实际使用中的过流、过压、高温度、高湿度等恶劣环境因素 •为提高车规级芯片的可靠性，产品特殊设计包括：i）考虑汽车运行时的环境因素对芯片的影响，公司在性能指标上会留有一定余量。仿真测试时，未达到预计富余余量的电路需要重新设计；ii）针对常见的失效模式，公司在设计阶段就会加入诊断和报警的电路；iii）针对车内复杂的电子环境，如电磁干扰、电流电压冲击等，公司通过在芯片的关键组件外部设计屏蔽结构、保护电路等方式实现抗干扰 代工阶段保证产品品质的稳定性 •针对车规级芯片的高稳定性的要求，对于车规级芯片的委外加工，要求晶圆厂和封测厂取得IATF16949认证。同时按照德国汽车工业质量标准VDA6.3过程审核标准、PPAP生产件批准程序对委外加工厂商的车规级产线进行审核，以此保证工艺的稳定性、流程的合规性和产品的高品质 验证阶段谨慎评估不同批次产品的可靠性 •车规级产品属于管控等级最高的A级，该类产品的研发流程也在基本流程的基础上进行了特殊的规定。车规级芯片产品在量产前需完成可靠性试验，严格按照AEC-Q的测试程序和标准对三个批次产品进行验证，保证车规级芯片产出的质量稳定性。三次验证均通过后形成AEC-Q的测试报告，视为该产品符合AEC-Q可靠性测试标准 车规级芯片市场规模提升，主要得益于新能源汽车市场渗透率提高推动车规芯片汽车总需求量增长，且汽车智能化推动单车芯片需求数量增长 1,000 800 单位：亿美元 600 400 200 2015-2025年中国、全球车规级芯片市场规模2018-2025年中国新能源汽车销量 804 721 641 508 561 378 417 412 393 292 322 143 158 177 198 216 71 80 98 112 112 110 2,000 1259.6 998.4 688.7 352.1 125.6 单位：万辆 1,500 1,000 120.6 136.7 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 500 1524.1 0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 0 2018 ⬛中国█全球█新能源汽车销量 数据来源：Omdia、比亚迪半导体招股书、东莞证券研究所数据来源：易车、亿欧智库 2,500 2,000 单位：颗 1,500 1,000 500 2,072 1,843 1,640 1,459 1,155 1,298 1,130 1,243 914 1,027 934 1,027 638 702 772 849 0 2018-2025年中国单车搭载芯片平均数量 车规级芯片市场情况 •2022年全球车规级芯片市场规模561亿美元，相较2021年同比增长10.4%。据市场研究机构Omdia预测， 2025年全年车规级芯片市场需求将达到804亿美元 •2022年我国新能源汽车销量跃升至688.7万辆，同比增长96%，全年渗透率提升至25.6%，已提前达成2025年渗透率20%的规划目标。市场研究机构IDC认为，2025年中国新能源汽车市场规模有望达到 1524.1万辆，新能源汽车渗透率达43%。新能源汽车渗透率的不断提高，促使车规级芯片市场规模持续扩大 •根据易车数据，2022年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为934颗，智能电动汽车为1,459颗，预计2025 年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为1,243颗，智能电动汽车为2,072颗 2018 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E •根据英飞凌2021年末披露，一辆燃油车平均半导体含量为490美元，插电式混动及纯电动汽车平均半导体 数据来源：易车、亿欧智库 ⬛传统燃油车█智能电动汽车 含量为950美元，接近燃油车的2倍 新能源电机、电池、电控“三电系统”所需车规级芯片为新能源汽车特有需求，其他娱乐、车身系统、信息网联等功能在传统燃油车和新能源汽车均存在需求；智能驾驶功能为近年发展较快的汽车应用，因此相较于过往传统燃油车，新能源“三电系统”和智能驾驶功能对车规芯片需求较大 智能驾驶系统 •摄像头 •毫米波雷达 •激光雷达 •先进辅助驾驶系统 •智能驾驶域控制器 •高性能计算平台 •驾驶员监控系统 •高精定位模块 •自动泊车辅助系统 新能源三电系统 •电池管理系统 •充电转换模块 •驱动电机连接器 •无刷电机连接器 •车载充电机 发动机控制系统 •发动机管理ECU •变速传动系统 •点火系统 •电子增压器 底盘控制系统 •电动助力转向系统 •电子驻车系统 •线控制动系统 •悬架系统 •电子减震器 •底盘域控制器 娱乐系统 •车载信息娱乐系统 •中控显示屏 •车载音响 信息网联系统 •远程通讯控制系统 •网关 •蓝牙 •射频 车身及舒适域系统 •防夹控制器 •无钥匙进入及启动系统 •车身域控制器 •车门控制系统 •顶灯控制器 •自适应前照灯系统控制器 •氛围灯控制器 •LED矩阵大灯控制系统 •座椅控制器 •空调系统 •安全气囊控制单元 以车规级传感器为例不同自动驾驶级别的传感器最低需求 级别 特点 超声波传感器 长距离雷达传感器 短距离雷达传感器 环视摄像头 长距离摄像头 立体摄像头 Ubolo 激光雷达 航位推算 合计传感器数量 L1 主动巡航控制、车道偏离警告系统 - - - - - - - - - - L2 停车辅助、车道维持辅助 4 1 - 1 - - - - - 6 L3 自动紧急制动、驾驶员监控、交通堵塞辅助 4 1 4 4 - - - - - 13 L4 多传感器融合高速无人驾驶辅助 10 2 6 5 2 1 1 1 1 29 L5 随时随地高速无人驾驶黄助 10 2 6 5 4 2 1 1 1 32 数据来源：三星、平安证券、ittbank、致同咨询 2020年起受产需错配、消费电子需求挤占产能等因素影响，车规级芯片产能逐渐紧张，产品平均交货周期由6-9周拉长至26周左右；2023年车规级芯片供应逐渐有所恢复，且2023年下半年存在车规级芯片库存偏高、客户对芯片采购订单下单收紧情形；但在需求结构上，高端MCU、IGBT依然处于供不应求情形 类型 1Q22 2Q223Q22 4Q221Q232Q23 3Q234Q23 高压功率元件MCUDDI/TDDI中低压功率元件PMICeMMICCIS 短缺 平衡 充裕 车规级芯片市场供给情况 •车规级芯片占全球半导体市场总销售额比例在10%左右，由于车规级新增产能较少，而车规级芯片具有认证周期较长的特点，新建产能无法快速释放，同时叠加汽车智能化超预期、消费电子需求加大等多方面影响，导致 2020年起车规级芯片供不应求，截至2023年末随新建产能陆续投入，车规级芯片供应得到明显缓解 •2020年以前，汽车市场低迷，新能源汽车渗透速度较慢，汽车整车厂和Tier1供应商对车规级芯片需求预期较低，2019年芯片正常交货期平均为6-9周 •2020年以来车规级芯片持续短缺，2021年平均交期达到15周，2022年平均交期达到26周，其中MCU缺货最为严重，交期被拉长至24～30周；缺芯问题爆发后，整车企业大量囤货，将安全库存线提升到3-6个月，由此导致长鞭效应下过量下单，进一步抬高了