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            1. 車規級MCU大爆發!訂單爆滿,價格連漲,國產玩家正突圍

              2022-08-09 09:03 來源:ittbank、方正證券、芯東西 作者:

              汽車“三化進程加速,車規級MCU大有可為。

              汽車“智能化”、“電動化”、“網聯化”“三化”進程不斷加速,各類汽車半導體需求量均有不同程度地提高,車規級MCU是一類具有廣泛運用場景的車載芯片,車規級MCU市場前景廣闊。

              車規級MCU正是本輪“缺芯”事件的“主角”之一,多重因素促成了一次嚴重的汽車產業鏈“缺芯”危機,這導致了全球汽車生產遭遇巨大困難,現階段車規級MCU仍是眾多汽車芯片中最為緊缺的種類之一。疫情終將過去,發展大勢不可阻擋。汽車電子電氣(E/E)架構正在發生變化,車規MCU需求量將隨之發生變化。


              01.

              從汽車產業鏈到車規MCU芯片


              MCU(Microcontroller Unit)名為微控制單元或者單片機,是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減,并將內存、計數器、周邊接口等內容都整合在單一芯片上,形成芯片級的計算機。廣泛應用于消費電子、物聯網、汽車電子、工業控制等領域。


              車規級MCU大爆發!訂單爆滿,價格連漲,國產玩家正突圍


              ▲MCU市場規模歷史及預測

              根據IC Insight數據,全球MCU市場在2020年新冠肺炎疫情沖擊下下降2%后,隨著2021年強勁的經濟復蘇,MCU的銷售額攀升了23%,達到創紀錄的196億美元。

              IC Insights預測,2022年全球MCU銷售額將增長10%,達到215億美元的歷史新高,其中汽車MCU的增長將超過大多數其他終端市場。

              根據IC Insights 2021年中數據顯示,盡管受芯片短缺和疫情的影響,2021年全球汽車MCU銷售額將預計達到76億美元的規模,相比2020年增長23%,其中,超四分之三的汽車MCU銷售額來自32位,約為58億美元。

              預計全球汽車MCU銷售額在2022年和2023年分別有14%和16%的增長率,到2023年將達到100億美元的規模。

              目前疫情沖擊下新能源汽車銷量逆勢提高,面對下游龐大市場需求整車廠進入主動加庫存階段,車規芯片需求量持續保持高位,預計車規MCU芯片高需求將會持續到22年底,擴產能的投資有望在23年中實現生產規模大體量提升。

              通常,MCU完成內部生產需要12-16周。與22Q1相比,MCU的短缺更加明顯,大多數MCU都處于短缺狀態,尤其是意法半導體和恩智浦。車載MCU目前只有瑞薩和賽普拉斯提供,貨期為32-45周,其他品牌處于短缺狀態。

              2022年,汽車MCU訂單幾乎滿員,價格持續上漲。其中,意法半導體3月24日宣布,將在第二季度上調所有產品線的價格。如今,對MCU的需求不僅是數量上的。隨著新興產業的推動,對低功耗、高算力、定制化、專用外設的新要求逐漸增加。

              2021年,由于芯片短缺,全球汽車市場累計減產量約為1020萬輛。截至5月15日,由于芯片短缺,今年全球汽車市場累計減產量約為172萬輛。其中,中國汽車市場累計減產量增加至9.2萬輛,占全球累計減產量的5.3%。

              除了芯片短缺,汽車“三化”也是MCU的重要推動因素:

              智能化:當前仍處于L0-L2自動駕駛滲透率快速提升階段,智能駕駛需求將持續提高ECU和MCU用量:作為汽車電子系統內部運算和處理的核心,MCU是實現汽車智能化的關鍵。據iSuppli報告顯示,一輛汽車中所使用的半導體器件數量中,MCU芯片約占30%。這意味著每輛車至少需要使用70顆以上的MCU芯片。

              電動化:2021年全球電動化電動汽車銷量達到67.5萬輛,比2020年增長108%,由于2020年的低基數,盡管2021年同比增長率極端,但2021年的銷量仍然是可觀的。

              網聯化:物聯網設備的增多提升了對聯網能力需求,MCU作為聯網設備的關鍵元件同時也需要兼顧成本和功耗,促使無線MCU解決方案快速進入行業視野。


              02.

              半導體設備黃金發展期來臨


              隨著汽車功能逐漸增加,特別是汽車“三化”后,傳統分布式架構通過增加ECU來增加汽車功能存在算力浪費,車內線路繁雜、汽車空間使用效率低、系統升級困難、新增ECU邊際成本遞增等弊端,用域控制器合理集成ECU功能是大勢所趨。

              ECU(Electronic Control Unit)即電子控制單元,是控制汽車功能的“電腦”,其內部包括MCU、存儲器,輸入/輸出接口,模數轉換器(A/D)及其他集成電路。分布式下,單個ECU控制汽車的某一功能,增加汽車功能就要增加ECU,而ECU增加會帶來MCU的增加。

              DCU(Domain Control Unit)域控制單元,是指集中控制汽車某些功能的控制器,其芯片主要是SoC芯片,內部包括高算力微處理器、存儲器,輸入/輸出接口等。域控制下,汽車某些功能被整合起來由DCU一并控制,ECU數量減少引致MCU的用量下降。

              汽車功能眾多,有些功能自汽車誕生之日就已經存在,有些則是隨著汽車工業的發展在某一時刻運用并保留在汽車上。智能化的趨勢下,各類新興功能加速增添運用并持續更新迭代。博世按汽車功能拆分整車為動力域,底盤域,車身域,座艙域,自動駕駛域?;诓┦赖臉嬒?將集成了傳統功能的動力域,底盤域和車身域歸為一組,座艙域和自動駕駛域歸為新興功能組。


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              ▲汽車功能

              傳統燃油車的動力系統主要包括發動機和變速箱,這兩個部件中的控制芯片合計布局2塊:一塊發動機主控MCU和一塊變速器主控MCU。

              純電動汽車動力系統包括整車控制模塊,電機控制器模塊,電池管理模塊三個部分。域控構造下,動力域控制器集中控制上述三個部分,和傳統燃油車不同的動力系統帶來了MCU的增量,預計用量將超過5塊。

              智能座艙實現的功能繁多,包括信息娛樂,人機交互,為了滿足實現這些先進功能的需要,更高性能車載芯片作用愈發凸顯,MCU地位有下降趨勢。

              我國標準將0-2級自動化稱為駕駛輔助,要實現駕駛輔助,必須為汽車添加輔助功能,而這些功能的添加在目前的車型中仍是分布式,這些功能仍有對應ECU。3-5級是自動駕駛,域控制下ADAS功能整合,這需要高性能,專業化的SoC主控芯片解決方案,到了這個階段MCU主要起一些“輔助”功能。

              高級駕駛輔助系統ADAS(Advanced Driving AssistanceSystem)是指通過車載傳感器獲取車身、環境、人體等信息實現駕駛輔助,并將進一步實現自動駕駛的汽車功能系統。ADAS主要包括主動安全,駕駛舒適性,泊車輔助等功能。目前中國汽車市場還處于L2等級高速滲透的階段,整車廠商綜合考慮成本和性能,新增ADAS功能仍沿用分布式的構架。

              自動駕駛域控制器中MCU的一大作用是作為安全芯片(safety core),添加安全芯片是為了預防硬件的意外失靈,診斷異常狀態或者發生單處故障時有安全備份處理方案。前文所述車規ISO 26262功能安全標準,是汽車行業的安全標準,合格的車規SoC的設計都必須遵循該標準。


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              ▲ADAS功能域集中后SoC起主控地位

              以NVIDIA DRIVE Orin? SoC 產品為例:其內部集成新一代GPU架構和Arm Cortex-A78AE CPU內核,這些都是高算力處理器,SoC芯片控制多個自動駕駛傳感器??刂浦T多傳感器不再需要多個MCU,而是由域主控芯片統一控制。該方案中MCU的功能主要和周邊驅動有關。


              03.

              全球市場集中度高,國產替代趨勢延續



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              ▲全球主要地區汽車芯片自主產業規模情況(2019)

              根據Gartner公司的最終統計結果,2021年全球半導體收入同比增長26.3%,總計5950億美元。汽車市場在2021年增長了34.9%,表現優于所有其他終端市場。

              目前我國汽車芯片自給率不足10%、國產化率僅為5%,供應高度依賴國外。需求側:中國汽車約占全球30%,是車規級芯片需求最大的市場供給側:國內汽車芯片進口率高達95%,像用于動力系統、底盤控制和ADAS等功能的關鍵芯片均被國外巨頭壟斷。


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              ▲2020年全球車規級MCU供應商市占率

              全球車規MCU市場集中度高,且有著輕晶圓廠戰略,依靠晶圓代工廠將技術轉化為芯片產品。從供給端來看,臺積電占所有外包車規MCU出貨量約60%-70%,但汽車芯片業務僅占其總收入3%。頭部廠商對臺積電的強依賴性,放大了供需錯配的矛盾:臺積電因疫情降低車規MCU產能分配,在終端需求攀升后車規芯片供不應求。


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              ▲2020年全球及中國MCU芯片應用領域結構

              國產車規MCU目前正處于發展窗口期:本土廠商在車規MCU的市場份額占比小,可發展空間大;宏觀市場影響加劇本土化替代的緊迫性,MCU持續缺貨,而海外大廠新增產能有限,國產替代的趨勢延續;政策加持,推動MCU研發和產業化,維護汽車工業的穩定運行。

              “十四五”節能減排綜合工作方案目標是到2025年我國新能源汽車滲透率達到20%左右,另基于月度新能源汽車市場快速放量的現狀,2022年以來新能源汽車滲透率分別為17%、19%、22%、25%和24%,考慮到汽車整體銷量處于近年來低點,而滲透率是新能源汽車銷量占汽車總銷量的比重,滲透率的快速提升并不意味著新能源汽車的高度普及,因此我們給予2025年新能源汽車滲透率25%的審慎預期,30%的樂觀預期。

              新能源汽車滲透率提高背后的意義兼具電動化、智能化和網聯化進程,科技屬性不斷增多是趨勢。在界定時間內即新能源汽車高速普及階段,單車芯片價值量與新能源汽車滲透率呈一定程度的同向相關性。

              在傳統燃油車和新能源汽車中單車MCU價值量在汽車芯片價值總量中占比穩定。傳統燃油車中MCU價值量占比為23%,純電動汽車MCU價值量占比為11%。


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              ▲中國及全球汽車MCU市場規模預測

              預計中國2022年-2025年汽車MCU市場規模分別為32.92,36.02,39.30,42.74億美元;2022-2025年全球汽車MCU市場規模為85.59,93.66,102.19,111.12億美元。

              預計中國2022年-2025年汽車MCU市場規模分別為33.63,37.53,41.66,45.93億美元;2022-2025年全球汽車MCU市場規模為87.45,97.59,108.32,119.41億美元。

              中國汽車MCU市場在2021-2025年CAGR分別為9.24%和11.22%,車規級MCU市場規模在汽車三化的背景下具有較大增長空間。


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              ▲已實現車規級MCU批量生產的廠商已實現車規級MCU批量生產的廠商

              目前,國內廠商與國際巨頭還有相當大的差距。要想在高端MCU市場占據一定份額,ICWISE高級分析師指出,除了需要技術水平、設計能力、代工工藝、產品性能等達到同等水平外,還需要把握高端MCU市場的需求變化,可以在特定環境下直接與需求終端(如車企)合作,開發產業變革帶來的新需求,從追趕者變成市場引領者。

              許多國產企業都是從消費級和工業級做起,逐漸步入汽車級MCU目前產品能量產上車的國內芯片廠商屈指可數,部分國MCU產品在2022年才通過產品測試,距離批量商業化落地還有一定的距離。

              在Aspencore發起的國產MCU廠商調研統計分析中,車規MCU是最多被提及的新興技術,40個廠商中有24家計劃或正在研發車規級MCU。國內廠商需加快芯片研發及產業化,積極占據車規MCU領域市場份額,用安全可靠的產品建立客戶粘性,一旦汽車芯片供應鏈恢復正常,“窗口期”不在,市場對于新進入者的替代需求會大大降低。

              我國車規級MCU行業正處于導入期末期,將進入高速成長期,在相對領先的消費級和工業級技術基礎下,直至整車技術發展中期階段的車規MCU市場高需求會刺激國內廠商對車規領域的發展。

              供應鏈本土化、國產替代化趨勢強,優先滿足技術要求并獲取客戶訂單的廠商將快速占據市場份額,國產替代潛力巨大。

              車用MCU市場,其門檻高、周期長、安全性強、中國芯片廠商入局晚等特點,導致國外半導體廠商一直占據較大的市場份額。不過隨著市場的發展和中國MCU廠商的入局和崛起,汽車電子行業將朝多元化的生態發展,新的應用場景會不斷出現,進而演化出更多細分賽道,這將意味著會有更多的機遇留給國內興起的車載MCU廠商。



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