引言——中国车“芯”任重而道远
百年汽车行业正在经历大变革时代，汽车向电动化、智能化转化是大势所趋，汽车芯片作为智能电动汽车的硬件底座，有着举足轻重的行业地位，然而车规芯片对高安全、高可靠、高稳定性的极端追求，大大提高了汽车芯片的研发难度，使汽车芯片国产化成为亟需解决的行业难题，中国汽车芯片崛起之路任重而道远。
01 汽车芯片是什么
汽车芯片，即“车规级芯片”，指满足汽车质量管理体系，符合可靠性和功能安全要求的集成电路。区别于消费芯片与工业芯片，汽车芯片的工作环境恶劣、安全等级高、使用寿命长，因此车规级芯片要求高可靠性、高安全性、高稳定性。其中，高可靠性主要针对温度、湿度、抗震动、抗电磁干扰、使用寿命来设置标准，安全性主要在功能安全、信息安全上设置标准，高稳定性主要是要求大批量生产的一致性等。这使得车规级芯片具备极高的技术难度和进入门槛，国产化率较低。
车规芯片与消费芯片的对比差别以及车规认证标准
汽车芯片从应用环节可以分为 5 大类：主控类芯片、功率类芯片、模拟类芯片、传感器芯片、存储类芯片等。主控芯片负责计算与控制，包括MCU芯片和SoC芯片等，分布在如发动机、底盘和车身控制，以及中控、辅助驾驶（ADAS）和自动驾驶系统等；功率芯片负责功率转换，一般应用于电动车的电源和接口；模拟芯片承担着连接现实世界和数字世界的桥梁作用，主要分为信号链芯片与电源管理芯片两大板块；传感器芯片负责将物理量、化学量、生物量等转换成电信号，分为车身感知传感器和环境感知传感器。存储器负责数据存储，分为闪存和内存，其中闪存包括NAND Flash和NOR Flash，内存包括DRAM和SRAM。
汽车芯片的类别
（信息来源：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）
02 汽车芯片市场现状
汽车电动化+智能化构成汽车半导体增长的动力源泉。智能电动汽车的基础是电气化，由电池、电驱、电控组成的三电系统是电动汽车最核心的技术系统，需要用到大量的功率芯片和控制芯片，同时智能电动汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，对于芯片的数量和性能的要求伴随智能化程度的增长而快速提升。
汽车芯片图谱
（信息来源：民生证券）
根据中国汽车工业协会数据显示，传统燃油车所需汽车芯片数量为600-700颗，电动车所需的汽车芯片数量将提升至1600颗/辆，而更高级的智能汽车对芯片的需求量将有望提升至3000颗/辆。2023年1-9月全球新能源汽车销量超过了980万辆，2023年1-11月中国新能源汽车销量超过830万辆，展望未来，预计全球新能源汽车销量在2025年将超过2500万辆，同期中国新能源汽车销量预计1300万辆，预计到2030年全球汽车芯片的年需求量有望超过1600亿颗，中国的汽车芯片需求量也将达到600亿颗。
2023-2030年全球和中国电动汽车和燃油汽车芯片需求量
（数据来源：和高智库）
根据海思在2021中国汽车半导体产业大会发布的数据，2021年全球汽车半导体市场约500亿美元，预计2027年汽车半导体市场总额将接近1000亿美元，中国汽车半导体市场占约全球28%，规模破千亿人民币。2022-2027年汽车半导体年复合增长率保持在10%以上，已成为全球半导体行业增长的主要驱动力。
全球汽车芯片市场一片欣欣向荣，但由于国内芯片公司起步晚，技术积累时间不长，占市场主流的美日欧整车品牌拥有成熟稳定的上游供应链体系，国内芯片公司渗透难度大，过去一直被压制发展，车规级芯片国产化率较低。日前，中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟公开表示，2022年我国汽车芯片自给率不足10%、国产化率仅为5%，供应高度依赖国外。随着当前国产新能源车的崛起，自主可控的供应链安全成为重中之重，我国汽车产业链正在重塑中，国产汽车芯片供应商占有率预期将逐步上涨，预计2025年，中国市场的汽车芯片国产化率将达到30%。
2022年中国车载芯片单车价值以及自主率统计
（信息来源：亿欧汽车）
03 汽车芯片的细分领域
1 主控芯片智能化的核心
主控芯片用来生成汽车主要控制信号的计算和生成功能。主控芯片通过接受各类传感器搜集到的信号，进行计算相对的处理措施，并将驱动信号发送给对应的控制模块。因此主控芯片相当于汽车的“大脑”。
（1）MCU-控制指令运算的基础芯片
主控芯片中，MCU是汽车需求量最大的基础性芯片。车载MCU是汽车电子控制单元（ECU）的核心部件，负责各种信息的运算处理，主要用于车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助系统。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，随着汽车不断向智能化演进，MCU 的需求增长也将越来越快，智能汽车的MCU需求量达到300颗。
IC Insights统计数据显示，2021年，汽车MCU需求旺盛，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市场被外资厂商高度垄断，包括瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、德州仪器、微芯电子、意法半导体等。2021年CR5约占90%，市场集中度高。2021年，国产MCU公司在疫情时期异军突起，从中低端产品入手，逐步向高端进阶，国产头部MCU公司包括比亚迪半导体、杰发科技、芯旺微目前有32位成熟量产芯片；同时芯必达、智芯、云途、旗芯微、琪埔维团队过往均脱胎于汽车芯片头部公司，有完整车规芯片行业经验，产品进入量产导入阶段；部分消费MCU公司跨界车规赛道产品仍有待市场检验。
（2）SoC-智能运算的大算力芯片
随着汽车智能化的演进，智能座舱和自动驾驶对汽车的智能架构和算法算力提出更高的要求，这将推动汽车芯片快速转向搭载算力更强的SoC芯片进化。SoC芯片集成了CPU、GPU、FPGA、DSP、NPU、ASIC等不同类型芯片，不同芯片各司其职，可实现大量数据的并行计算和复杂的逻辑功能。SoC芯片主要分为自动驾驶芯片和智能座舱芯片，需具备强大的算力和低功耗，以满足大量数据的计算的同时，降低功耗以实现电动车较好的续航里程。
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，同时随着自动驾驶级别的提升，需要更高的算力支持，L2级自动驾驶的算力需求仅要求2-2.5TOPS，来到但是L3级自动驾驶算力需求就需要20-30TOPS，到L4级需要200TOPS以上，L5级别算力需求则超过2000TOPS，为满足高算力需求，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。
根据当前自动驾驶芯片的市场情况，支持L2级别自动驾驶的SoC的成本大约是 50 美元，需要2颗SoC芯片；L3 级别自动驾驶芯片价格为 1500 人民币（拆分特斯拉 HW3.0 域控制器，其自动驾驶域的芯片成本约为 3000 元），对应2颗芯片。假设L4-L5自动驾驶芯片单片价格为 400 美金（与英伟达 Orin 芯片价格一致），需要3-4颗芯片，我们预计中国自动驾驶芯片的市场规模将在 2025 年达到 138 亿元，到 2030 年达到 289 亿元，十年复合增长率预计可达 25.1%。
智能化下半场的开启也掀起了自动驾驶芯片的军备竞赛，英伟达目前在高级别自动驾驶中遥遥领先，国产AI芯片如地平线、黑芝麻、芯驰在平价车型市场形成一定优势。
自动驾驶SoC芯片对比
（信息来源：盖世汽车、和高整理）
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，同时座舱的功能进一步丰富，集成了环视、DMS、OMS以及部分ADAS功能，芯片本身也将朝小型化、集成化、高性能化的方向发展。
单颗智能座舱芯片根据低端到高端性能的补贴，价格浮动较大，比如20万以上售价的热销车型比亚迪汉搭载老款高通 625 芯片低端座舱芯片售价约15美元/颗（消费级芯片），高通 820A 的价格为 60 美元；高端高通骁龙 8155P SOC 的价格约为 250 美元（折合人民币约 1688 元），根据中国汽车工业协会数据，2022年中国乘用车销量2054万辆，假设未来按照 CAGR=3%增长；假设单SOC价格 750 元测算，那么预计 2025 年国内座舱 SOC 市场规模 达到 112 亿元，CAGR 为 24%。
目前智能座舱SOC厂商主要有传统电子厂商(如NXP、瑞萨、TI等)和消费电子厂商(如高通、三星、华为等)两类，后者在性能方面有明显优势。
智能座舱SoC芯片对比
(信息来源：盖世汽车)
长期来看，座舱域控制器与其他域控制器将进行跨域融合，现阶段相对独立发展的智驾芯片和座舱芯片有望实现二合一。
2 功率半导体电动车的心脏
功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心，用于控制电压和电流，主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等。汽车中的功率半导体应用包括电机逆变器、DC/DC、高压辅助驱动和 OBC 充电器等，是电动车的刚需芯片。
功率器件从硅基 MOSFET 发展为 IGBT，IGBT是集成了 MOSFET和三极管的器件，具有二者各自的优点，即具备高速开关的特点，同时通过降低通态电压能够对电路起到缓冲保护作用，具有损耗小、通态压降低、输入阻抗高和驱动功率小等优势。随着汽车800V高压的普及，Si-IGBT器件存在导通损耗上升、成本上升但能效下降的潜在问题，而 SiC-IGBT 具有更好的阻抗性能和能耗，未来大规模生产后，成本效益更加明显。
据英飞凌统计，在纯电动车型中，由于电动机和电控系统取代传统机械结构的动力系统，使功率半导体用量大幅提升，占比达55%，功率半导体将从传统燃油车的71美元大幅提升至全插混/纯电汽车的330美元，是传统燃油车的4.6倍，特别是MOSFET和IGBT（包括单管及模组）的增长较为显著。据贝壳投研数据，2021年中国车规级IGBT市场规模为47.8亿元，预计到2025年，其将达到151.6亿元。据芯谋研究数据，2021年和2025年中国车规MOSFET的市场规模分别为73.5 亿元和 122.5 亿元。据盖世汽车研究院，SiC芯片刚刚起步，2021年市场规模为2.6亿美元，2025年预计将达到6.5亿美元。
竞争格局方面，根据IHS数据，2020年全球汽车功率半导体市场，英飞凌占比14%、市占率最高；前五大企业共计占比39%、行业集中度较高，目前处于欧美企业主导的情况。国内汽车功率半导体市场，英飞凌依然占比最高、为14%；前五大企业共计占比42%、占比仍然较高，依然是欧美厂商处于主导地位。目前国内头部企业技术不断进步，包括比亚迪半导体、华润微、士兰微、三安光电、闻泰科技、时代电气、斯达半导均有积极布局，在硅基IGBT和MOSFET技术进步飞速，随着新能源汽车需求的增长和国内功率半导体企业产能逐渐释放，国内企业市场份额有望进一步扩大。
2020年全球与中国汽车功率半导体竞争格局
(信息来源：IHS，万联证券研究所)
碳化硅作为新兴第三代半导体材料，对稳定性要求较高，并有较长的验证周期，因此中国厂商切入较为缓慢，海外公司起步早、技术成熟，在该领域处于垄断地位。根据 Yole 统计，2021年碳化硅功率器件市场份额CR5>90%，其他厂商合计占比仅5%。其中，意法半导体与特斯拉存在合作关系，向后者提供 SiC MOSFET 模块，目前在碳化硅功率器件市场中占据最大的市场份额。中国碳化硅厂商主要以碳化硅二极管IDM企业为主，比亚迪半导体、斯达、时代电气在新能源车领域已有SiC模块应用，新兴厂商如利普思、致瞻、芯聚能、基本半导体也在积极尝试其SiC模块的上车应用。
国产碳化硅厂商布局情况
(信息来源：和高整理)
3 传感器让电动车具备感知能力
汽车传感器可分为车辆状态传感器和环境感知类传感器。车辆传感器是传统的感知器件，应用在动力（发动机温度传感器、进气传感器、曲轴位置传感器等）、传动系统（位置传感器、液压油温度传感器、变速箱压力传感器等）、底盘（TPMS 传感器、ESP 加速度传感器等）和车身（雨量传感器、温度传感器等），一辆中端汽车装配超过90个传感器，其中在动力总成系统占45-60个，车身系统中装配超过20个，底盘系统中装配30-40个，总价值量超过2000元。
传统汽油车(中高配) 主要传感器种类及个数汇总
(信息来源：和高整理)
环境感知类传感器是自动驾驶中新增的传感器，主要有激光雷达、毫米波雷达、摄像头等。在环境传感器零部件价格上，摄像头用于环视等的广角摄像头价格较便宜约 150元/个，用于前视功能的单目及多目摄像头附加值较高，单价在 600 元以上；毫米波雷达 24Ghz 约 300 元/个作为角雷达使用，77Ghz 约 700 元/个；近距离泊车用的超声波雷达的价格最为便宜约 70 元/个。根据传感器单价及配置方案，我们预计 L1 至L4 级别的传感分别为 1580 元、3600 元、11460 元、16960 元。从 L2 到 L3 级方案，传感器配置需要有较大的提升，主要是增加了激光雷达、惯性导航等新型传感器。
不同智能驾驶级别的传感器方案估算
(信息来源：盖世汽车、国联证券研究所)
自动驾驶汽车渗透率提升叠加单车感知层硬件需求量攀升，推动汽车感知层硬件放量，我们预计未来五年感知层硬件市场有望实现高复合增速成长。我们测算车载摄像头（模组）、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达 20-25 年 CAGR 分别为 25%、25%、64%和 74%，预计到 2025 年，车载摄像头（模组）、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达的市场规模能分别可达 1338.56 亿元、240.30 亿元、966.54 亿元、489.50 亿元，持续看好汽车感知层硬件。
各类传感器方案及市场空间增速对比
(信息来源：麦肯锡、智车科技、天风证券)
传感器厂商方面，目前车载CIS的市场几乎寡头垄断，安森美占据近60%市场份额，索尼、三星等传统的手机摄像头CIS切入了车载市场，韦尔股份旗下的豪威科技市占率也在不断提升。韦尔股份的 CMOS 图像传感器、LCOS、ASIC 均可用于汽车领域；其中公司 CMOS 图像传感器为后视摄像头（RVC）、环景显示系统（SVS）和电子后视镜提供了更高性价比的高质量图像解决方案。
毫米波雷达芯片供应商主要来自国外，市场份额基本被NXP、英飞凌、TI等占据。随着自动驾驶的不断发展，高分辨率雷达、4D毫米波雷达应运而生，毫米波雷达芯片正式进入技术迭代周期，国产厂商可能迎来“弯道超车”机会，目前国产毫米波雷达芯片厂商企业如加特兰、矽杰微等公司正加快4D毫米波芯片的技术布局。
全球智能驾驶量产车型中对激光雷达的需求过去一直受到成本高的影响而被压制，当前激光雷达逐步走向固态化，成本得以大幅度下降，发射端和接收端的芯片化是实现固态化的关键路径，芯片自主化也可以有效降低生产成本并形成差异化竞争。目前，华为、英伟达、禾赛科技、Ouster等激光雷达Tier1厂都在积极布局芯片业务，通过投资芯片厂商或自研芯片，打通激光雷达产业链，国内也涌现了一批独立的激光雷达芯片公司，如识光、灵明光子、阜时等公司，合力推动高性能、低成本激光雷达的落地。
4 模拟芯片现实世界与数字世界的桥梁
模拟集成电路作为半导体的重要分类之一，属于产生、放大和处理各种模拟信号的关键元件，承担着连接现实世界和数字世界的桥梁作用。
汽车模拟芯片作为电动汽车推进的关键芯片，在汽车上使用广泛，对汽车电动化进程至关重要。模拟芯片广泛应用于几乎所有汽车电子系统，传统汽车时代，动力总成、底盘和安全、车载娱乐、仪表盘、车身电子及LED电源管理等领域都有其身影；而随着电动化、智能化的渗透，大小三电系统、热管理、智能座舱、自动驾驶等系统成为了模拟芯片进一步快速增长的应用领域，所有MCU、大算力数字芯片的背后都离不开模拟芯片的强力支撑
汽车模拟芯片主要分为电源管理芯片（约占53%）和信号链芯片（约占47%），电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理职责的芯片，包括DC/DC、AC/DC、LDC、电源驱动、充电管理等芯片；信号链类芯片主要负责将传感器接收到的声音、温度、光信号或电磁波转换成数字信号方便进一步存储和应用，包括接口芯片、隔离芯片、放大器、ADC等芯片。
新能源汽车模拟芯片使用情况
(信息来源：德州仪器官网，民生证券研究院)
中国拥有全球最大的模拟芯片市场，2021年占比达到40%，作为全球模拟芯片第一大市场，我国模拟芯片自给率仍然偏低，2020年约12%。2022年中国汽车模拟芯片市场规模预计46亿美元，折合人民币约308亿元，2030年预计将达到102亿美元。
从全球模拟IC市场格局来看，由于模拟芯片的种类繁多，且模拟IC行业具有重视经验积累、产品研发周期长、生命周期长、价值偏低、重资产投入IDM模式为主等特性，其产品和技术很难在短时间内被复制与替代，一旦切入产品，就可以获得稳定的出货量，再加上频繁的并购，强者愈强，逐步形成了TI引领的海外龙头主导格局。全球模拟芯片CR10市占率达63%，TI、ADI、SKY、英飞凌、ST长期占据前五，中国企业市占率偏低，国产替代空间巨大。国内模拟芯片公司包括上市公司矽力杰、圣邦股份、上海贝岭、思瑞浦、纳芯微、芯海科技正逐步扩张汽车业务，初创公司如芯必达、川土微、瓴芯、荣湃、芯力特均聚焦汽车模拟芯片发力。
国产模拟芯片上市公司情况
(信息来源：和高整理)
根据国际模拟龙头的发展历史以及国内保障供应链安全需求，预计国内厂商将在国产替代的整体趋势中，首先切入细分赛道打开市场，与大客户建立稳固的合作关系；其次在大客户的支持下，通过内生外延、兼并收购扩充品类；最后持续研发投入，切入高端市场，这不仅需要芯片设计能力提升，而且需要把握核心特色生产工艺，由Fabless向虚拟IDM或者IDM运营方式转型。其中兼并收购与IDM转型有望同步开展，共同推动国内模拟厂商快速发展。
5 存储芯片海量数据背后的支柱
存储芯片，又称半导体存储器，是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数据的记忆设备，是现代数字系统的重要组成部分。随着汽车智能化、网联化的发展，车辆需要处理和存储更多的视频、语音等数据信息，这使得汽车对存储芯片的需求和性能要求不断增加，因此，汽车产业逐渐成为存储芯片重要的市场增长领域。
汽车智能化，对两类存储芯片的需求增量最大：DRAM和NAND，其广泛应用于车载4大领域：信息娱乐系统、ADAS、车载信息系统、数位仪表板。DRAM 虽然速度快，但功耗大、容量低、成本高，且断电无法保存数据，使用场景受限；NOR Flash 和 NAND Flash 读写速度低，存储密度受限于工艺制程，市场亟待能够满足汽车等新场景的存储器产品，性能有着突破性进展的新型存储器即将迎来快速增长期。
存储芯片作为汽车芯片中占比最低的种类，2019年仅占7%，随着汽车智能化、网联化，车辆处理、存储数据量剧增，近年的需求不断增加。据Counterpoint Research预测，未来10年单车存储容量将达2TB-11TB，以满足不同自动驾驶等级的车载存储需求。
2025年L4级无人驾驶汽车数据存储需求
(信__息来源：佐思汽车研究院)
2021年，全球智能手机存储的整体市场规模达460亿美元，而同期汽车存储的整体市场规模约为45亿美元，仅为手机市场的1/10，在智能网联汽车发展大趋势下，汽车将成为存储IC行业主要增长方向之一，预计到2027年，全球汽车存储整体市场规模将超过125亿美元，2021-2027年复合增长率达到18.6%，远高于行业平均水平。从中国来看，根据美光统计，2021年中国汽车存储市场规模约7亿美元，到2023年估计将大幅增长至15亿美元。增长动力一方面来自中国汽车出货量的增长，另一方面也得益于车载内存和存储容量的持续扩大。
汽车存储芯片市场，全球巨头寡头垄断明显，美光、三星、海力士、微芯等海外存储大厂引领行业发展，其中汽车存储器领域美光全球市场份额超过45%，2021年美光率先推出业界首款满足ASIL-D等级的LPDDR5，容量最高达128GB。
在汽车存储芯片方面，国内的北京君正、兆易创新产品均已导入车用市场。北京君正收购北京矽成后进入车载存储芯片领域，已与博世汽车、大陆集团等下游车企达成紧密合作。兆易创新GD25 SPI NOR Flash全面满足车规级AEC-Q100认证，GD25车规级存储全系列产品已在多家汽车企业批量采用。由于存储芯片技术难度高，项目资金投入大，开发周期长，国内目前仅1家上市公司兆易创新，进入国际梯队。在DRAM、NAND领域，国家重点支持的3大存储项目：长江存储、合肥长鑫、福建晋华，正致力于实现国产替代。
车规级存储芯片厂商列表
(信息来源：佐思汽车研究院)
04 汽车芯片的发展趋势
全球汽车工业正经历着前所未有的发展机遇，中国汽车芯片未来的发展趋势可以总结为以下几点：
一是新一代E/E架构下，汽车芯片走向两极分化。过去汽车主要以分布式架构为主，汽车功能由ECU独立完成，专用ECU搭配算法，算力不能协同并相互冗余，目前主机厂将汽车各功能域深度融合，并由功能域向位置域跨越，逐步走向中央计算平台。在域集中趋势下，需要复杂计算的功能将向域控制器(DCU)的方向发展，同时在执行与信号采集端依然需要大量简单的节点芯片，同时独立的模拟功率IC将向集成的SBC方向发展，在合并MCU后形成智能化SBC，以集中形态实现更小的体积和更低的成本。
二是供应链自主可控势在必行，汽车芯片国产替代加速。疫情期间“缺芯”问题迫使主机厂重视起供应链的安全问题，过度依赖海外供应商不利于搭建自主可控的供应链生态。国产芯片厂商具备本土化优势，不断提升的技术水平、更优质的服务态度、更快地响应速度、更高的性价比，使得一部分优秀的本土芯片供应商率先脱颖而出，率先实现量产的芯片供应商有机会不断优化产品打造“强者恒强”的良性循环，实现对海外公司的替代。
三是汽车产业格局重塑，芯片供应商地位提升。随着汽车进入了电动化+智能网联的时代，带来了新的芯片需求，OEM+Tier1+Tier2原有金字塔格局有望被打破，未来将逐步形成网状式结构，形成新一代汽车生态体系。未来汽车芯片供应商将更早介入主机厂车型开发，了解主机厂需求，提高产品定义与设计前瞻性，同时，芯片供应商将进一步提升自身的算法与软件技术积累与理解，帮助主机厂实现更高效的开发，产业链地位将进一步提升。
作者：Hygoal
文章来源：和高资本
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