半导体周报0225-汽车半导体（一）
半导体周报-0225
一、行业新闻及动态
1、半导体设计：
《科创板日报》12日讯，日本经济产业省近期表示，将向包括芯片代工企业Rapidus在内的一家组织提供价值高达450亿日元（合3.01亿美元）的支持，用于尖端半导体技术的研究，目标是到2028年开发1.4nm芯片制造技术，并计划与Rapidus分享。尖端半导体技术中心（LSTC）由Rapidus董事长Tetsuro Higashi担任主席，成员包括研究机构和大学。
2、半导体制造及封测：
《科创板日报》7日讯，日本产业省周二表示，将向铠侠和西部数据提供2429亿日元（约合16.4亿美元）补贴，帮助它们在三重县和岩手县扩大存储芯片生产。日本工业大臣斋藤健表示，预计未来内存市场将大幅增长，包括用于生成式人工智能的内存。
《科创板日报》18日讯，AI芯片带动先进封装，产业人士评估，台积电CoWoS今年产能大幅增长，预估到今年Q4，台积电CoWoS月产能将大幅扩充到3.3万片至3.5万片。但CoWoS产能仍供不应求，英伟达已向封测厂增援先进封装产能，其中Amkor去年Q4已逐步提供产能，日月光投控旗下矽品今年Q1也将开始供应。
财联社2月11日电，以色列高塔半导体公司已向印度政府提交了一份提案，计划在印度建造一座价值80亿美元的芯片制造厂。高塔半导体正在寻求政府奖励措施，希望在印度生产65纳米和40纳米芯片。
3、半导体设备：
《科创板日报》5日讯，三星电子与ASML共同在韩国投资的半导体先进制程研发中心预计自2027年起引进High-NA 极紫外光（EUV）设备。该研发中心是为High-NA EUV而兴建，总投资金额1兆韩元，最快于2027年引进设备，因需经过许可流程，最快将于2024年12月或2025年动工。三星表示，目前High-NA EUV仍处于审查推出时机的阶段，将根据市场状况及客户需求决定方向。
财联社2月11日电，荷兰光刻机制造商阿斯麦（ASML）当地时间2月9日在阿斯麦的荷兰总部首次展出一台新型“High NA EUV”光刻机。该公司称，这款设备耗资3.5亿美元，主要面向英特尔等高端半导体制造商。阿斯麦预计今年将出货一部分，但在定制和安装方面仍有工作要做。
4、其他：
财联社2月15日电，韩国科学技术信息通信部2月15日发布的初步核实数据显示，韩国1月信息通信技术（ICT）出口额为163.5亿美元，同比增长25.1%，在半导体出口的推动下，ICT出口额已连续三个月同比增长。1月半导体出口额为94.1亿美元，同比大增53%，增幅几乎达去年12月（19.3%）的三倍。其中，存储芯片出口额（52.7亿美元）同比增加90.5%。
二、本周话题——汽车半导体（一）
汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品。车体汽车电子控制装置与机械系统配合使用，便是基于半导体结构的汽车电子装置，包括了发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统。而车载汽车电子控制装置则是包含了汽车音响、导航、娱乐等在内，能在驾驶环境中独立使用的电子装置。
汽车芯片从应用环节可以分为 5 类：主控芯片、存储芯片、功率芯片、信号与接口芯片、传感器芯片等。2020 年主控芯片占比 23%，功率半导体占比 22%，传感器占比 13%，存储芯片占比 9%，其他占比 33%。
主控芯片：主要用于计算分析和决策，主要分为功能芯片（MCU）和主控芯片（SOC）。MCU 指的是芯片级芯片，一般只包含 CPU 一个处理单元（例：MCU=CPU+存储+接口单元）。而SOC 指的是系统级芯片，一般包含多个处理单元（例：SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+存储+接口单元）。1）计算芯片：包括 SoC，CPU，MPU，GPU，NPU, FPGA 等；2）控制芯片：MCU 等。
信号与接口芯片：主要用于发送、接收以及传输通讯信号。1）总线芯片 CAN/LIN/USB/ETH 等；2）通信与射频芯片：基带、V2X、BT/WiFi 等；3）音视频芯片包括：音频芯片， SerDes，ISP 等；4) 信号变换：包括复用器、放大器、隔离器等；5）专用功能芯片包括：苹果认证、安全加密芯片等。
传感器芯片：主要用于探测、感受外界信号、物理条件或化学组成，并将探知的信息转变为电信号或其他所需形式传递给其他设备。1）雷达传感器：超声波、毫米波、激光雷达等；2）图像传感器：CMOS 传感器等；3）光电传感器：阳光/红外传感器、压力、流量传感器等；4）生物传感器：气味传感器、氧气传感器等；5）磁传感器（霍尔传感器等）。
存储芯片：主要用于数据存储功能。1）内存 DRAM(DDR、LPDDR4(x)等)；2）闪存 FLASH（NAND FLASH、NOR FLASH）；3）EEPROM 等。
功率芯片：主要用于保证和调节能源传输。1）电源芯片：DCDC,LDO,PMU 等；2）驱动芯片：高低边驱动、HBD 等；3）功率放大器：音频功放等；4）功率模组：IGBT、组合 MOS 等；5）其他：eFUSE、理想二极管控制器。
汽车芯片主要分类
资料来源：汽车芯片应用牵引创新发展论坛，广汽研究院，天风证券研究所
计算机控制芯片MCU：
MCU 为芯片级计算机，是汽车电子控制单元核心运算部件。ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等，是汽车的专用微机控制器。其中，车载 MCU 芯片是汽车电子控制单元（ECU）的核心部件，是汽车 ECU 的运算大脑。MCU是一类轻量化的计算芯片，是把微处理器的频率和规格适当缩减，并将内存、闪存、计数器、A/D 转换、串口等集成到单一芯片上，形成的芯片级计算机。因其高性能、低功耗、可编程、灵活性，通过将其应用在不同产品里，从而实现对产品的运算和控制，车规 MCU 芯片主要负责各种信息的运算处理，用于车身控制、驾驶控制、发动机控制、信息娱乐、自动驾驶和辅助驾驶等领域，具有提高车辆的动力性、安全性和经济性等作用。
通用型MCU基本结构
资料来源：《汽车电子控制基础》，国融证券研究与战略发展部
车用MCU市场规模扩大：
智能化和电动化提升车规 MCU 芯片需求，单车搭载量可达上百颗。一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU 占比约 30%，每辆车至少需要 70 颗以上的 MCU 芯片。
MCU在车上的主要功能位置上的应用
资料来源：NXP、CSDN、平安证券研究所
32 位 MCU：主要应用于仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制及智能驾驶安全系统及动力系统。其强调智能性、实时性和多样化，除处理复杂的运算及控制功能，32 位 MCU 产品也将扮演车用电子系统中的主控处理中心角色，也就是将分散各处的中低阶电子控制单元集中管理。
16 位 MCU：主要应用于动力传动系统，如引擎控制、齿轮于离合器控制和电子式涡轮系统等，也适合用于底盘结构和电子泵、电子刹车等。
8 位 MCU：主要应用于车体的各个子系统，包括风扇控制、空调控制、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等控制功能。
车规 MCU 芯片认证壁垒高：汽车芯片工作环境较为复杂，且对安全性和稳定性要求较高。与消费级和工业级 MCU 芯片相比，车规级芯片工作环境复杂多变，具有高振动、多粉尘、多电磁干扰、温度范围广等特点，对温度耐受性要求一般在-40-155℃，同时还要具备耐振动冲击、高低温交变、防水、防晒、抗干扰能力，远远高于消费和工业级芯片要求。另一方面，汽车生命周期较长，产品工作寿命一般为 15-20 年，供货周期要求也在15 年以上。
车载MCU产品分类及应用
资料来源：IC Insights、平安证券研究所
SOC芯片
SoC 芯片主要分为智能座舱及自动驾驶芯片：
（一）、智能座舱芯片：智能座舱芯片相比于自动驾驶芯片对安全的要求相对更低，未来车内“一芯多屏”技术的发展将依赖于智能座舱 SoC，芯片本身也将朝小型化、集成化、高性能化的方向发展。
座舱芯片兼顾高安全性、高算力、低功耗等特点是未来发展趋势。高通布局多款芯片产品，技术与市场优势逐渐明显，传统汽车 SoC 芯片厂商的产品多用于中低端车型，市场份额被挤压，此外本土企业开启发力。座舱技术链技术升级支撑“一芯多屏”趋势，座舱芯片、域控制器及操作系统等软硬件技术的升级，为主机厂在多屏和联屏方向提供更多空间，座舱厂商纷纷发力“一芯多屏”的座舱方案，并且实现量产；其中自主品牌对座舱的联屏方案更加积极开放。
SoC 与 MCU 对比
资料来源：盖世汽车研究所，天风证券研究所
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。
智能座舱 SoC 芯片发展趋势：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。
尺寸：从中短期趋势来看，多屏、大尺寸屏幕是打造智能座舱科技感的重要方案，15 英寸以上的中控屏以及成为多家车企的选择；性能：高清晰度需求增长，对屏幕分辨率与性能的要求持续升级；新技术：OLED、曲面屏、可升降、3D 裸眼技术、AR 技术将被逐渐应用，高科技体验更加明显；造型多样：结合内饰的风格与特点，屏幕造型呈现多样性，包括切角、弧线、梯形、圆形等，以及联屏设计等进一步塑造科技感与特点；副驾屏幕：随车企对于智能座舱作为第三空间认可的加深，其服务对象也从驾驶员乃至后排的顾客进行拓展。服务属性在保障驾驶安全的基础上强调娱乐、社交等元素。
（二）、自动驾驶芯片：自动驾驶芯片一方面需要满足更高的安全等级，同时随着自动驾驶几倍的提示，需要更高的算力支持，未来自动驾驶芯片会往集成“CPU+XPU”的异构式 SoC（XPU 包括 GPU/FPGA/ASIC 等）方向发展。
自动驾驶芯片
资料来源：地平线，盖世汽车研究院，天风证券研究所
自动驾驶的核心是人工智能算法的应用，对自动驾驶主控芯片的要求主要是足够强的算力，一般都是采用CPU+加速芯片的模式进行异构计算。自动驾驶芯片的主要参者包括国外的Mobileye、英伟达、高通，以及国内的华为、地平线、黑芝麻等，同时国内的零跑和国外的特斯拉两家车企也在自研自动驾驶芯片。
自动驾驶芯片的供应方式可分为软硬件一体式方案和软硬件分离的开放式方案，开放式方案受欢迎程度在上升。Mobileye的ADAS 芯片采用一体化模式，英伟达、高通、地平线等企业采取了相对开放的商业模式，既可提供一体式方案，也允许客户自己写算法。
自动驾驶芯片的供应方式对比
资料来源：《中国汽车基础软件发展白皮书 2.0》、平安证券研究所
算力随着智能化提升不断提升，L1 需要<1TOPS 算力，L2 为 10+TOPS 算力，L3 为100+TOPS 算力, L4 为 500+TOPS 算力，L5 为 1000+TOPS 算力，高算力需求推动 SOC 芯片和 AI 计算平台迭起。当前多家头部企业实现 L2-L5 全覆盖，英伟达在算力方面更加领先，超过 1000tops。
行业现状
（一）、车载MCU：
汽车是 MCU 芯片下游最大的应用市场，而国内 MCU 芯片市场下游应用略有不同，主要以消费电子为主。从 MCU 芯片市场下游应用占比来看，国内和海外 MCU 芯片市场下游应用占比略有差异。全球来看，汽车电子是 MCU 芯片产品应用占比最高的领域，市场占比高达 35%。
对比来看，由于国内经济和产品结构与海外略有不同，从而导致国内MCU 芯片市场下游以消费电子为主，在国内 MCU 芯片市场中占比达到 26%，而汽车电子和工业控制领域占比则相对较低，在国内 MCU 芯片市场中占比分别为 16%/11%。
2020全球MCU市场下游应用占比 2019国内MCU市场下游应用占比
资料来源：IC insights，ASPENCORE/NETSOL，国融证券研究与战略发展部
汽车MCU将延续较快增长。IC Insights统计数据显示，2020年全球车用MCU市场规模为62亿美元。2021年，汽车MCU需求旺盛，预计市场规模大幅增长23%，达到76.1亿美元；2025年，市场规模预计将达到近120亿美元，对应2021-2025年复合平均增速为14.1%，该复合增速明显高于未来三年整体MCU市场的增速8%。
全球汽车MCU市场规模预测（亿美元）
资料来源：IC Insights、平安证券研究所
竞争格局：
车载MCU群雄割据的局面在持续。瑞萨、恩智浦和英飞凌市场领先，德州仪器、微芯科技、意法半导体等也有比较强的竞争力，这些厂商与车厂形成了较为紧密的关系，新进入者难度较大，国内市场也基本为国际龙头大厂占据。
全球汽车MCU市场格局（2021）
资料来源：IC Insights、平安证券研究所
全球车用 MCU 芯片市场竞争格局高度集中，CR7 全球市占率合计高达 98%。由于较高的行业和客户认证壁垒，目前全球车用 MCU 芯片市场竞争格局较为集中，基本由欧美日厂商所垄断。此外，从全球龙头厂商商业模式来看，由于车规芯片对包括设计、制造、封测在内的全环节都有较高要求，海外巨头在车用 MCU 领域发展较早，成立时间均超过 15 年，目前主要以 IDM 模式为主，通过特色制造工艺与技术相结合，构筑产品竞争壁垒，基本垄断全球中高端车规级 MCU 芯片市场。
全球主要汽车MCU厂商情况
资料来源：公开信息，国融证券研究与战略发展部
国内情况：
国产厂商从低端车规 MCU 芯片切入，部分领域已实现国产替代。由于国产厂商起步较晚，与海外巨头技术尚有一定差距，目前主要从与安全性能相关性较低的低端车规 MCU 芯片领域切入，产品主要应用在汽车雨刷、车灯、车窗、遥控器、环境光控制、动态流水灯等车身控制模块，且已经实现了量产突破。
在中高端车规 MCU 芯片领域，电子助力转向系统、电子车身稳定系统、防抱死刹车系统、安全气囊系统、新能源车载逆变器、电池管理系统等为主要应用场景，目前国产厂商技术实力尚比较薄弱，但部分厂商也逐渐实现了技术突破，具备国产替代的能力。
（二）、智能座舱控制芯片SOC：
座舱的智能化革命打开了车载芯片的巨大潜在空间。在消费电子步入下行周期的同时，汽车芯片有望成为继智能手机之后，下一个半导体行业最大的细分市场，根据 IHS 预测，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%)。
全球汽车主控SOC市场规模
资料来源：HIS，搜狐汽车研究室，国信证券研究所整理
智能座舱渗透率的提升将为座舱SOC提供增长动力。据IHS统计，全球市场及中国市场的智能座舱新车渗透率逐年递增，预计2025年将分别增长至59.4%、75.9%。从趋势上看，座舱芯片将重点向“一芯多屏”方向发展，即一块大芯片同时为液晶仪表盘、信息娱乐屏等提供支撑。芯片本身也将朝着小型化、集成化、高性能化的方向发展。
智能座舱新车渗透率及预测
资料来源：公司官网、IHS、平安证券研究所
高通、英伟达、三星、英特尔、联发科等消费电子芯片厂商凭借性能及迭代优势在中高端芯片市场快速发展，而传统芯片厂则集中在中低端市场。
2021年全球汽车逻辑IC市场格局
资料来源：Omdia、国信证券研究所整理
国内现状：
中国新车智能座舱渗透率超过 50%，市场规模有望破 1000 亿人民币。根据亿欧智库数据，截止 2021年 10 月，中国乘用车智能座舱(同时具备中控彩屏、智能语音系统、OTA 升级功能)渗透率为 50.6%，其中 10 万元至 75 万元之间车型为座舱智能化重点细分市场。
中国汽车工业崛起以及新能源汽车领先全球给予本土汽车半导体产业良好的成长机遇。前国内有多家入局座舱芯片包括聚焦汽车芯片的创业公司有芯驰科技、芯擎科技、杰发科技、地平线等，从消费电子芯片领域切入的华为海思、全志科技、晶晨、瑞芯微、紫光展锐等。
本土汽车座舱芯片
资料来源：各公司官网，国信证券研究所整理
天风证券：汽车芯片：产业加速变革升级，国产替代浪潮下新机遇涌现；
国信证券：汽车半导体行业 10 月专题：智能座舱 SoC 芯片变革中迎发展机遇；
国融证券：汽车 MCU 芯片行业深度报告：电动车智能化乘风起，汽车 MCU 芯片超预期；
平安证券：半导体系列报告（七）：汽车芯片篇。供需紧张格局将持续，国内厂商机会凸显；
