汽车半导体的机遇

智通财经网2021-04-25

文章来源于基业常青经济研究院，作者基业常青研究院。半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，广泛运用于消费电子、通讯互联、智能制造、新能源汽车、发电照明等各个领域，是关键的电子器件。根据国际惯例、功能、制造技术、应用领域、应用级别等标准，可将半导体分为不同的类别，每种类别均包含众多细分产品。 // 全球汽车半导体销量持续增长，产业占比稳步提升汽车是半导体的重要应用领域，车规级半导体...

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Comments

skysun
2021-04-25
skysun
Good analysis
skysun
2021-04-25
skysun
Good analysis
- 丰收丰收:
  是吗
Eda95
2021-04-25
Eda95
[開心]

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芯片市场占有率前七的企业均为国外厂商，占据89%的市场份额，国内厂商通过并购等方式实现突破。索尼是全球CMOS传感器芯片的领军企业，占据接近全球一半（48%）的市场份额，市占率位于2-7位的厂商分别为三星（21%）、豪威科技（7%）、安森美（5%）、佳能（3%）、意法半导体（3%）、海力士（2%），其中豪威已被国内企业韦尔股份收购。国内厂商格科微以2%的市占率排名第10位，但以格科微为代表的国产CMOS传感器芯片厂商的产品主要用于200万、500万像素的摄像头中，多应用于手机等消费电子领域。\n\nCMOS传感器芯片行业壁垒较高，国外巨头主要通过横向或纵向拓展切入该市场，应用领域广泛。国外巨头主要通过上下游联动及并购的方式切入CMOS传感器芯片市场，比如索尼和佳能均从相机、录像机等领域逐步向上游拓展；三星则从电子领域向上游拓展至半导体领域；安森美则通过收购高性能CMOS图像传感器供应商Aptina Imaging进入该领域；国外CMOS传感器芯片的应用领域较为广泛，涉及汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗等诸多领域。\n国内厂商的大部分产品处于中低端水平，较少开发出并量产应用于汽车等领域的高端CMOS传感器芯片产品。国内CMOS芯片厂商的大部分产品用于中低端手机、平板、通讯、游戏机、监视器等领域，仅有比亚迪等少数厂商能够开发出应用于汽车等领域的高像素CMOS传感器芯片产品，并成功量产。近年来，国内厂商开始发力，如思比科微已开发出800万像素和1200万像素等的中高端芯片产品、韦尔股份通过并购豪威科技切入中高端CMOS传感器芯片市场。\n（2）导航芯片\n导航定位芯片是集32通道GPS定位、GSM话音、GPRS数据通信为一体的SOC片上系统，主要应用于导航定位、卫星通讯、遥感等诸多领域。导航芯片是导航终端的核心，其定位精度、功耗、体积等方面的性能直接影响导航系统的运行表现。\n\n国外导航芯片产业成熟，少数巨头厂商占据大量市场。国外导航芯片产业发展较早，技术积累深厚，已发展成为较为稳定和成熟的产业。美国GPS系统起步较早，博通、高通、德州仪器、SiRF等美国公司积累了大量技术及经验，市场占有率较高，如SiRF公司的GPS芯片产量占全球GPS芯片出货量的70%、博通的导航元器件销售额位列世界前三。与此同时，欧洲在导航芯片领域也有较强的实力。\n国产导航芯片已实现完全自主可控，且领先世界平均水平两代，北斗导航对国内导航市场贡献率将超60%。国产厂商已构建起集芯片、模块、板卡、终端和运营服务为一体的北斗产业链，导航芯片已实现100%国产化。国产北斗三号导航的22nm芯片已进入量产阶段，而目前国际上量产导航定位芯片仍只有40nm的平均制程，至少在工艺上已经领先全球平均水平两代。预计2020年北斗导航对国内导航产业链的贡献率将达到60%，占据绝大部分国内市场份额。\n国内导航芯片产业链逐步完善，相关厂商不断切入，应用领域快速拓展。目前国内主要导航芯片厂商基于传统导航芯片领域不断延展，逐渐发展出多模定位、模块、智能算法、高精度等各类相关产品，并开始进入运动健康、安防监测、广播电视等诸多相关领域，相关厂商数量也不断增加。随着北斗导航系统的不断完善，国内导航芯片行业快速发展。\n\n（3）雷达芯片\n车载雷达主要包括超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三种。其中，国内超声波雷达已发展的相对成熟，技术壁垒不高；毫米波雷达技术壁垒较高，且是智能汽车的重要传感器，目前处于快速发展的阶段；激光雷达技术壁垒高，是高级别自动驾驶的重要传感器，但目前成本昂贵、过车规难、落地难。下文主要对毫米波雷达芯片的发展做简要的说明。\n毫米波雷达芯片是由单片微波集成电路（MMIC）及DSP/FPGA两种芯片构成的芯片组合，是一种容量大、传输速度快、信息处理高效的专用芯片,两种芯片的简介如下：\na．MMIC芯片\nMMIC芯片属于毫米波雷达前端收发组件，是核心射频组成部分，相比于HMIC（混合微波集成电路）芯片，MMIC芯片具有设计难度低、性价比高的特点，是未来毫米波雷达市场的主流芯片。\n车载毫米波雷达MMIC芯片被国外厂商垄断，国内厂商处于起步阶段。国外车载毫米波雷达行业起步较早，技术积累深厚。技术实力较强的国外厂商主要有英飞凌、恩智浦、德州仪器、意法半导体、飞思卡尔等。国内的科研院所以及部分初创企业已开始积极研发MMIC芯片，但仍处于起步阶段，其中，厦门意行半导体已实现在24GHz SiGe射频前端芯片的量产、加特兰和岸达科技也陆续发布了77GHz CMOS毫米波雷达芯片。\nb．DSP/FPGA芯片\nDSP/FPGA芯片的主要功能是实现毫米波雷达的数字信号处理，但两种芯片具有不同的特点。DSP芯片可快速即时处理复杂的算法，而FPGA可完成大规模的大数据底层算法，各有优缺点，因此，将两种芯片组合使用是现阶段的主流技术方案。数据信号处理芯片的供应商主要来自国外，国内尚无相关企业。国外主要生产厂商有英飞凌、意法半导体、飞思卡尔、赛灵思、莱迪思等。\n// 国内功率半导体厂商发展势头良好，国产替代加速\n功率半导体器件（又称电力电子器件）是电力电子装置实现电能转换、电源管理的核心器件，在实现变频、变压、整流、功率转换和管理功能的同时，兼具节能的功效。功率半导体器件主要包括功率模组、功率集成电路（功率IC）和分立器件三大类，其中，功率模组是由多个分立功率半导体器件模块化封装而成；功率IC则是将分立功率半导体器件与驱动、控制、保护、接口、监测等集成电路组合而成，故分立器件是功率半导体的关键。\n功率半导体按是否可控可分为不可控型、半控型、全控型三类，其中全控型功率半导体技术要求最高，主要包括MOSFET、IGBT、GTR等产品，全控型产品的大部分市场份额被国外厂商占据，是目前国产替代的主要方向；按驱动方式可分为电流驱动和电压驱动，电流驱动包括三极管BJT等，电压驱动包括MOSFET、IGBT等产品。\n\nMOSFET和IGBT是两种最重要的功率分立器件。与BJT相比，MOSFET和IGBT均为电压驱动型，且具有驱动电路简单、输入阻抗高、驱动功率小等优势。与此同时，MOSFET的开关频率高且电流大，但耐压程度要略逊一筹，故主要用于高频电源领域；IGBT的开关频率相对适中，但可以承受大电流及电压，主要应用于逆变器、变频器、感应加热等领域。\n\n（1）IGBT\nIGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型功率半导体器件，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。\n国外IGBT产业较为成熟，具有完整的产品体系，且国外头部厂商占全球IGBT市场份额的78.6%。国外主要IGBT厂商的技术成熟、产品体系丰富，能够满足各应用领域的差异化需求，产品已经广泛应用于能源、汽车、化工、机械等众多领域。Omdia数据显示，2019年全球IGBT市场占有率前十的厂商中有九家是国外厂商，分别是英飞凌、三菱电机、富士机电、赛米控、威科、日立、丹佛斯、东芝、ABB，国外厂商市占率超78.6%；国内厂商只有斯达半导进入前十，占比仅为2.5%。2019年国内新能源汽车IGBT模块市场占有率前十中有比亚迪、斯达半导、中车三家企业入围，且三家企业的市占率达到37.7%，发展势头良好。\n国内IGBT产业快速发展，关键技术实现突破，国产替代加速。斯达半导、比亚迪半导体、中车时代、士兰微、吉林华微等核心厂商依靠持续高研发投入，逐步突破了IGBT关键技术。斯达半导、中车时代均开发出了高压IGBT模块，与此同时，2019年比亚迪半导体IGBT的供货量为19.4万套，占国内市场的18%。随着国内IGBT厂商竞争力的逐步增强，IGBT的国产替代进程加速。\n\n（2）MOSFET\nMOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，具有工作速度快、故障率低、开关损耗小、扩展性好等优点，主要应用于电源、发频器、CPU及显卡、通讯、汽车电子等多个领域。\n\n国外头部厂商占据全球MOSFET市场81.2%的份额，国内厂商安世半导体、华润微位居第八、九位。2019年全球MOSFET市场占有率前三位的厂商分别是英飞凌（24.6%）、安森美（12.8%）、意法半导体（9.5%），CR3达46.9%；国内厂商安世半导体排名第八（占4.1%市场份额），华润微市占率进入前十（占3.0%市场份额）。因此，在全球MOSFET市场的竞争中，国内厂商仍处于追赶的状态。\n\n国外MOSFET厂商技术积累深厚，能够提供完整的产品解决方案，国内厂商的产品体系渐趋完善。国外MOSFET厂商深耕功率半导体领域多年，技术实力强，能够提供从MOSFET、功率IC到功率SoC等完整的MOSFET解决方案服务体系。国内MOSFET厂商通过长期的研发积累，逐渐设计并制造出全系列的MOSFET产品，如华润微电子已成功开发出-100V至1500V范围内的低中高压全系列MOSFET、长电科技则已形成多系列MOSFET产品体系。随着国内技术的提升和经验的积累，国产MOSFET产品体系日臻完善，实现国产替代指日可待。\n3 行业壁垒：严要求、高投入筑造行业护城河\n// 高标准和严要求构建行业准入壁垒\n汽车行业注重质量管控和功能安全，准入门槛高。ISO/IATF16949是汽车行业质量管理的标准，适用于主机厂及其供应商，是全球通用的的汽车行业质量管理标准；ISO 26262是汽车行业功能安全的标准，该标准的认证通过较难。汽车零部件相关企业必须获得相关资质才能为主机厂供货，所以汽车行业的准入门槛普遍偏高。\n汽车半导体除了汽车行业通用的规范外，还有更严苛的车规级认证标准。AEC-Q系列标准是针对汽车半导体的车规级认证标准，对汽车半导体提出了更严苛的要求，如车载芯片对故障率要求是百万分之一，大部分车厂对车用芯片故障率要求甚至达到十亿分之一，而消费级芯片对故障率的要求只有千分之一。除此之外，汽车半导体对温度、湿度、发霉、粉尘、盐碱环境、EMC及有害气体侵蚀等方面都有严格的要求。\n\n// 持续的时间和资金投入带来高技术壁垒\n汽车半导体开发周期长，对产品开发经验要求高。汽车半导体生产厂商必须通过严苛的产品认证后方可进入汽车产业链，且通过认证时间较长。汽车半导体生产厂商必须在产品批量生产前与目标客户合作研发，以验证产品的可靠性，并根据客户的需求不断的调整相关技术方案以适配特定的应用场景。同时，汽车半导体在不同主机厂、不同零部件的应用上存在差异性，对生产商的定制化水平提出了更高的要求，也需要时间来积累相关的经验，以快速响应并开发出满足客户要求的产品。\n汽车半导体的高要求需要持续的资金投入，以实现技术的突破和创新，保持市场竞争力。汽车半导体产品在设计、制造、封测等各个环节均有较高的技术壁垒，近年来国际主要汽车半导体厂商均通过大量研发投入来提升技术水平，以保持市场竞争优势。英飞凌2020年研发投入高达11.13亿美元，比2019年提高了18%；意法半导体2019年研发投入高达14.98亿美元，研发费用率达到15.7%。可以看出，持续不断的研发投入是国内厂商追赶国际巨头的必由之路，也是国内厂商发展过程中存在的一大难题。","kind":"highlight","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":true,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[{"id":375153082,"gmtCreate":1619317643746,"gmtModify":1704722354733,"author":{"id":"3579062902062757","authorId":"3579062902062757","name":"skysun","avatar":"https://static.tigerbbs.com/858b1484936ee9e3b563f6dd7706410c","vip":1,"crmLevel":2,"crmLevelSwitch":0,"idStr":"3579062902062757","authorIdStr":"3579062902062757"},"htmlText":"Good 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