核心觀點

智能汽車電子架構(gòu)由分布式向集中式發(fā)展，帶動汽車芯片快速增長。汽車芯片國外廠商壟斷嚴重，在疫情期間國內(nèi)汽車芯片斷供問題凸顯，我國智能汽車發(fā)展面臨缺“芯”風(fēng)險。建議未來從鼓勵國內(nèi)建廠、成立合資公司、加大研發(fā)創(chuàng)新等方面入手，加快國產(chǎn)汽車芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2020年9月，英偉達宣布將以400億美元收購芯片設(shè)計公司ARM。而中國汽車芯片大多采用ARM的IP授權(quán)，如果收購成功，國內(nèi)汽車芯片廠商將受制于美國，勢必加劇我國汽車芯片斷供風(fēng)險。同期，“中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”正式成立，旨在通過跨界融合汽車和芯片兩大產(chǎn)業(yè)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同建立實現(xiàn)我國汽車芯片的自主研發(fā)生產(chǎn)。

埃隆·馬斯克10月份接受日媒采 訪時，談及中國汽車芯片時，提到“中國電動汽車百人會研究顯示，只有不到5%的汽車芯片是由中國制造的。在此方面中國面臨著罕見的挑戰(zhàn)”。本文來自2020年9月《全球自動駕駛發(fā)展動態(tài)》中部分內(nèi)容。

電子架構(gòu)向集中式發(fā)展，帶動汽車芯片快速增長

01-智能汽車電子架構(gòu)走向集中式，對主控芯片、功能芯片需求提升

傳統(tǒng)燃油車采用的分布式電子架構(gòu)不再適合智能汽車，集中式電子架構(gòu)成為趨勢。傳統(tǒng)燃油車電子功能模塊較少，采取一個硬件模塊對應(yīng)一個ECU（電子控制單元）的分布式組合方式，不同硬件模塊之間通過CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線通信。以大眾為例，平均單車擁有70多個ECU，車輛內(nèi)部通信成本高、軟件升級不便。隨著汽車向智能化發(fā)展，電子滲透率不斷提升，集中式電子架構(gòu)成為趨勢。大眾集團電子架構(gòu)變革后，ECU從70個減到3~5個，通過域控制器通信，可快速實現(xiàn)統(tǒng)一OTA（空中下載技術(shù)）升級。車企的軟件能力要求提高，需協(xié)調(diào)不同硬件模塊，軟件能力將成為未來汽車產(chǎn)品差異化的核心要素。

智能汽車對算力要求提升帶動主控芯片快速增長，功能型設(shè)計對功能芯片需求保持旺盛。具備AI計算能力的主控芯片作為“汽車大腦”統(tǒng)一調(diào)度功能芯片，推動電子架構(gòu)升級。據(jù)預(yù)計，L3級自動駕駛AI芯片需要30 TOPS（每秒一萬億次操作）的算力，到L4、L5級將分別需要300 TOPS、4000+ TOPS算力。高算力需求，帶動汽車主控芯片市場穩(wěn)步增長。智能汽車的發(fā)展帶動信息娛樂、ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）等功能應(yīng)用增加，功能芯片需求也實現(xiàn)增長。

02-單車芯片價值不斷提升，汽車芯片市場增長空間大

芯片在整車價值中占比持續(xù)提升。傳統(tǒng)燃油車內(nèi)半導(dǎo)體價值約為375美元，插電式與純電動汽車半導(dǎo)體的價值增長一倍，達到700美元以上。隨著汽車智能化不斷提升，計算平臺、激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等對芯片需求量進一步增加。當(dāng)車輛達到L3級、L4/L5級自動駕駛，汽車芯片將增加至1500美元以上。

全球汽車芯片市場增速遠高于汽車銷量增速。2015~2019年，全球汽車銷量平均增速為1.2%，同期汽車芯片平均增速超過10%。2019年全球汽車芯片市場規(guī)模為400億美元，同比增長9.5%。據(jù)IHS預(yù)測，2020年全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模有望達到500億美元，其中主控芯片和功能芯片將分別達到52億美元、72億美元。

汽車芯片國外廠商壟斷嚴重，我國智能汽車發(fā)展面臨 缺“芯”風(fēng)險

01-汽車芯片行業(yè)壁壘高，國外廠商占據(jù)大部分市場份額

汽車芯片研發(fā)周期長，投入巨大。一款車規(guī)級芯片從設(shè)計到研發(fā)時間通常需要5~10年。而其研發(fā)耗資巨大，恩智浦、英飛凌在2019年的研發(fā)投入約為116億元、72億元，英偉達Xavier 12nm計算芯片開發(fā)費用達20億美元。國外汽車芯片企業(yè)歷史較長且產(chǎn)品大量裝車，收入利潤可覆蓋研發(fā)成本。

車規(guī)級芯片面臨最嚴格的資質(zhì)認證。汽車芯片可靠性要求非常高，與消費芯片和工業(yè)芯片相比，其工作環(huán)境惡劣。工作溫度范圍-40℃~155℃，濕度0%~100%，需滿足15~20年的運行壽命。汽車芯片涉及到人身安全，對質(zhì)量系統(tǒng)與安全系統(tǒng)要求嚴格，需經(jīng)過嚴格的認證流程，達到零缺陷率，包括可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 16949、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262、網(wǎng)絡(luò)安全ISO 21434等。

國外廠商占據(jù)大部分市場份額。車規(guī)級芯片認證及供貨周期長，芯片企業(yè)和車企一旦形成穩(wěn)定的合作關(guān)系，就很難再更換供應(yīng)商。2019年歐洲、美國和日本企業(yè)占了90%以上的汽車芯片市場份額，其中恩智浦、英飛凌、瑞薩、意法半導(dǎo)體、德州儀器、博世、安森美等芯片巨頭合計占據(jù)80%以上市場份額。

02-主控芯片市場競爭激烈，功能芯片格局穩(wěn)定

在汽車主控芯片領(lǐng)域，目前GPU（圖形處理器）占據(jù)主流地位，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）作為有效補充，ASIC（專用集成電路）將是終極解決方案。英偉達憑借技術(shù)積累占據(jù)70%的GPU市場份額；英特爾已量產(chǎn)自動駕駛FPGA芯片；ASIC尚處于探索階段。功能芯片巨頭也紛紛推出主控芯片，如恩智浦Bluebox，英飛凌Aurix、瑞薩R-Car。2019年初特斯拉發(fā)布自研FSD自動駕駛芯片成功加入主控芯片行列。國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)地平線也于2020年3月量產(chǎn)車規(guī)級AI芯片，并應(yīng)用于長安新款UNI-T車型。此外，華為、阿里等科技公司，寒武紀、西井科技等20多家初創(chuàng)企業(yè)也進入了主控芯片市場，市場競爭更加激烈。

由于芯片門檻高，近幾年功能芯片市場新進入者較少，而芯片巨頭主要通過收并購進行市場擴展。2015年2月恩智浦收購飛思卡爾成為汽車芯片領(lǐng)導(dǎo)者；2017年3月英特爾通過收購Mobileye成為ADAS視覺芯片巨頭；2020年4月英飛凌收購美國芯片公司賽普拉斯超越恩智浦成為汽車芯片世界第一。而在2016~2018年，高通也曾嘗試購恩智浦進軍汽車功能芯片領(lǐng)域，但因未獲全球反壟斷批準(zhǔn)而宣告失敗。

圖1 | 汽車芯片市場格局（數(shù)據(jù)來源：公開資料，智能網(wǎng)聯(lián)研究院整理）

03-汽車芯片為我國汽車研發(fā)的主要“卡脖子”環(huán)節(jié)

汽車芯片市場高度集中，歐美企業(yè)處于行業(yè)壟斷。汽車芯片總規(guī)模大概3000多億元人民幣，中國市場約占其中1/3，但幾乎全部是國外的企業(yè)。我國芯片技術(shù)集中在晶圓加工制造與芯片后期封裝測試，核心技術(shù)集中的芯片前期加工大部分處于空白，導(dǎo)致國產(chǎn)芯片應(yīng)用在中低端領(lǐng)域，高端通用芯片嚴重依賴進口。2019年我國汽車產(chǎn)銷量約2500萬輛，占全球近30%的市場，但我國汽車芯片產(chǎn)值占全球的不到5%，其中主控芯片國產(chǎn)率僅為2%，功能芯片中底盤總成芯片、ADAS芯片等國產(chǎn)率幾乎為零。

國內(nèi)汽車芯片剛剛起步，缺乏行業(yè)話語權(quán)。根據(jù)麥肯錫預(yù)計，中國在計算平臺方面與國際差距10年左右，其中最核心的部件就是汽車芯片。國內(nèi)AI芯片、語音芯片等汽車芯片發(fā)展較晚，多為創(chuàng)業(yè)公司，缺乏現(xiàn)金流產(chǎn)品，只能靠不斷融資維持研發(fā)。地平線歷時5年、累計融資超過7億美元，才于2020年實現(xiàn)第一款車規(guī)級芯片裝車。另一方面，車規(guī)級芯片需認證的標(biāo)準(zhǔn)均為美國或ISO標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)委員會幾乎沒有中國企業(yè)。國內(nèi)企業(yè)只能被動采納標(biāo)準(zhǔn)，缺乏話語權(quán)。

04-疫情期間國內(nèi)汽車芯片斷供問題凸顯

全球疫情爆發(fā)給國際物流帶來困難，汽車芯片上游供應(yīng)受到嚴重影響。其中晶圓制造主要在發(fā)達國家，封裝測試主要在東南亞，疫情期間馬來西亞、菲律賓等部分工廠停工停產(chǎn)，對全球汽車芯片供應(yīng)鏈沖擊較大。國內(nèi)部分車企的功率半導(dǎo)體芯片、電池管理芯片、汽車控制芯片等核心零部件存在因國外供應(yīng)商停產(chǎn)而斷供的風(fēng)險。

在國內(nèi)形成生產(chǎn)能力的芯片企業(yè)受疫情影響較小，依賴海外供應(yīng)商的受沖擊較大。一方面，基于中美貿(mào)易戰(zhàn)經(jīng)驗，部分企業(yè)在國內(nèi)提前做了汽車芯片布局，受疫情影響較小。另一方面，部分企業(yè)多數(shù)芯片從海外大量采購，受此次疫情沖擊較大，是否保證年度汽車電子元器件供應(yīng)還是未知數(shù)。

全球布局的整車廠根據(jù)疫情情況采取不同調(diào)貨方式，而供應(yīng)鏈單一的車企面臨更大困境。一方面，國內(nèi)大型車企從疫情緩解的地區(qū)優(yōu)先調(diào)貨備產(chǎn)，在國內(nèi)零部件穩(wěn)步復(fù)工復(fù)產(chǎn)情況下可滿足自身需求。另一方面，部分初創(chuàng)車企安全庫存量較小，供應(yīng)鏈體系單一，庫存零部件用完后將面臨生產(chǎn)瓶頸。

加快國產(chǎn)汽車芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略

汽車芯片發(fā)展建議采用保供與創(chuàng)新相結(jié)合思路。疫情暴露出我國智能網(wǎng)聯(lián)和新能源汽車核心芯片仍然依賴進口，存在國外供應(yīng)商停產(chǎn)而斷供的風(fēng)險。另一方面，芯片的技術(shù)壁壘與投資極高，汽車芯片一直是汽車傳統(tǒng)半導(dǎo)體企業(yè)的領(lǐng)地，即使英特爾、高通也只能采用收購方式尋求突破。

國內(nèi)半導(dǎo)體廠商與創(chuàng)業(yè)公司受制于產(chǎn)業(yè)鏈兩端，設(shè)計與制造環(huán)節(jié)主要瓶頸在于人才與技術(shù)，而銷售端遭遇行業(yè)巨頭的市場封鎖，想要有所突破更具有極大挑戰(zhàn)。建議在保證產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈基礎(chǔ)上，穩(wěn)步推動汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

一是鼓勵國內(nèi)建廠。鼓勵汽車芯片企業(yè)來華建廠，并逐層帶動其供應(yīng)商來華，逐步實現(xiàn)車企在國內(nèi)組裝整車需要的全部零部件均在中國采購。

二是成立合資公司。鼓勵車企與芯片廠商建立合資公司，專注于中國汽車市場的芯片設(shè)計、封裝、測試、客戶支持和銷售等。在整車開發(fā)的過程中及早開展汽車芯片定制化研發(fā)，通過深度協(xié)作來提升汽車芯片品質(zhì)與供應(yīng)穩(wěn)定性。

三是加大研發(fā)創(chuàng)新。從外圍入手，率先突破可靠性要求不高的汽車娛樂系統(tǒng)芯片研發(fā)創(chuàng)新。加大政府對汽車芯片的研發(fā)投入，資助在電子氣體、光刻膠、光阻材料等關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)研究，資助光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、晶圓清洗設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)投入。

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