汽车芯片：如何把握“芯”生机

编者按：本文转载至微信公众号“青桐资本 ”作者“  爱观察的 ”，贝壳投研经授发布。

460亿美元市场规模，“缺芯”危机不断发酵，冲击全球车企。汽车芯片持续升温，在行业聚光灯下，汽车芯片产业链的变革又将带来哪些“芯”机会？国产玩家又如何抓住赛道机会点呢？

青桐资本持续关注技术赛道，致力于提供精品化融资服务。在芯片领域，我们先后助力奇芯光电、瞻芯电子、爱普特、地芯科技等完成融资。在行业研究方面，我们继《激光雷达：成功“破圈”，驶入量产快车道》后，扎根于汽车芯片领域进行系统研究。

本文，我们将从2大维度切入：第一，聚焦2大产业链，看汽车芯片面临的新变革与转折点；第二，着眼MCU、SoC、存储芯片、功率半导体、传感器芯片5大品类，剖析产业链迭代对细分赛道的影响，及国产玩家的新机会点。

汽车芯片，风头正劲

2020年，汽车芯片成为行业热词，市场热度被点燃。据ICV Tank数据，2020年全球汽车芯片市场规模已达460亿美元，预计2022年将超635亿美元。

去年第3季度至今的“缺芯”危机，使其置于行业聚光灯下。

投融资市场，汽车芯片同样热度高涨。

一级市场上，仅今年1-4月，就完成了9起融资。

纵观2020-2021年4月的融资，主要呈现3大特点：第一，融资金额普遍较大，从已披露金额的事件来看，过亿的有11起。与汽车芯片研发周期长、资金投入大有关；第二，项目融资节奏快，地平线、华大北斗在2年内相继融完4轮；第三，投资机构中，2020年财投明显增多，而2017-2019年多是与汽车、芯片产业链相关的资本，如比亚迪、尚颀资本、宁德时代、中芯聚源等。

从二级市场看，汽车芯片概念股也纷纷开启上涨模式。

据同花顺，国内共18支汽车芯片概念股，其中，2020年紫光国微市值同比上涨163%，韦尔股份涨幅达61%。

2014年起，汽车新四化推动国内汽车行业从传统燃油车，向新能源汽车加速转型。2014年新能源汽车开始萌芽，大量传统车企入局，造车新势力开始兴起；2017年，新能源量产车陆续进入大众视野，小鹏、蔚来、威马等形成第一波交付热潮；2019年至今，新能源车企加速优胜劣汰，近50家造车新势力大洗牌，互联网巨头、小米、华为、恒大等纷纷下场造车，行业进入高速发展期。

同时，车企对芯片的依赖和需求也不断攀升。

智能电动汽车一路高歌猛进，2020年“缺芯”催化了汽车芯片赛道持续升温。2020年迄今，汽车芯片行业又呈现出哪些新变化呢？

横跨2大产业链，国产替代的窗口期

汽车芯片横跨了2大产业链：汽车产业链、芯片产业链。一方面，新四化过程中，汽车电子电气架构不断升级，汽车芯片重要性提升，产业链面临重塑；另一方面，新的国际贸易形势下，国产芯片玩家迎来“国产替代”重要窗口期。

1. 汽车架构迭代

新能源汽车增长强劲，虽然目前总体占比较小，来自中国汽车工业协会数据，2021年一季度，国内新能源汽车销量51.5万辆，比2019年同期增长72%。另据智研咨询统计，2020年我国汽车保有量达2.81亿辆，其中新能源汽车占1.75%，较2015年比例大幅上升。

汽车电子电气架构正从传统分布式架构，逐步向中央集成化演进。

传统汽车E/E架构下，采用ECU（电子控制单元），一对一控制汽车各系统的各个功能，在ECU数量、线束长度、开发模式上存在痛点。

而新的“域控制”架构，将几个ECU功能整合到一起，单个域控制器承担特定的功能，如座舱域、自动驾驶域、动力域、车身域等。随着集成度进一步升高，将进入“中央化架构”，通过一台嵌入式高性能计算机，对众多车身功能进行统一调度。 

同时，电动汽车的软件设计，也将更多引入面向服务的SOA架构。其主要通过称为“服务总线”的中间件连接软件组件，把车辆软件从各个ECU中解放出来。在这样的

集成式架构下，3大优势突显：1）软硬件解耦，实现整车OTA升级；2）开发流程加快，据长江证券，通过新电器架构，车企的开发流程可从原本的4-5年，缩减至2年；3）减少ECU数量、线束长度，达到车企轻量化、降成本的目标。

汽车电子电气架构不断升级，智能电动汽车对芯片需求旺盛，“缺芯”危机催化了全球汽车产业链的重构，也成为国内汽车芯片厂商的重要转折点。

2. 汽车产业链重塑，芯片厂商地位提升

传统模式下，汽车电子产业链很长，以线性开发为主，各级供应商绑定合作，关系稳固。下游整车厂主要负责零部件集成、应用；Tier1根据车企需求，定制生产含传统传感器、黑盒子式ECU、执行器等零部件，依靠强大的整合能力、标准化产品生产能力，具有很强话语权、定价权。

智能汽车时代，软件和芯片的价值被放大，车企OTA升级整车软件的趋势明显。

这催生了产业链端的2大变化：一方面，车企通过面向服务的SOA架构，要求Tier1开放产品的底层代码和数据算法，对车内各域进行统一部署，Tier1逐渐被“削弱”；另一方面，为了达到更好的软硬件一体化能力，车企在产品定义环节绕开Tier1，直接参与芯片设计，与芯片厂共同建立生态系统，

上游芯片厂商地位提高，议价能力变强。

据粤开证券数据，从2020年第4季度起，全球多家芯片厂商平均涨价10%-20%，华润微、汇顶科技、意法半导体、Microchip、恩智浦等都发布了涨价函。

国内车企与国外芯片商合资共研，也是目前的一种方案。2020年，北汽与Imagination集团合资成立北京核芯达，今年3月，吉利集团控股的亿咖通和Arm中国共同建立了湖北芯擎科技。

3. 芯片产业链：国产替代窗口期

美国的芯片制裁、“缺芯”危机下，2021年国内汽车芯片企业正面临自主化的窗口期。政策驱动中，国资背景的车企逐步开放，让国产芯片上车测试，国内汽车芯片企业迎来重要机会点。

从芯片产业链来看，国产芯片供给比较乏力，国内企业主要集中在技术门槛较低的封测环节。上游材料设备、中游设计，都由国外主导；制造环节则集中在中国台湾，据TrendForce数据，2020年台积电在全球晶圆代工市场中市占率超60%。聚焦到汽车领域，国内

汽车芯片目前过度依赖国外，进口率超90%。

在美国芯片制裁的形势下，国产替代成为一大趋势。

从目前全球市场来看，国外传统厂商占据主导，多年来保持领先地位，如恩智浦、英飞凌、意法半导体等。据前瞻产业研究院数据，2019年汽车芯片厂商前5名市场份额占比达50%，都是欧美、日本企业。国内仅比亚迪半导体能进入国际队伍，但与巨头英飞凌等，仍有差距。

国内，大量新玩家涌入该赛道，陆续出现的明星公司有望突围。

一方面，消费电子巨头、车企加速入局，包括华为、蔚来、大疆等；另一方面，消费级、工业级芯片厂商也延伸至汽车领域，如大唐电信、紫光国微、韦尔股份等。

更有大批创业公司在其中扎根，依靠技术不断突围，代表有地平线、黑芝麻等。

值得注意的是，目前汽车芯片国产化，亟需突破2大考验：1）车规级认证难度高。车规级的国际认证标准，主要有4个：对设计公司的ISO 26262、ISO 9001，对晶圆封测厂的IATF16949认证，产品可靠性标准 AEC-Q100等。相比消费级、工业级，车规级芯片对质量要求严格，如高可靠性、追求零失效、长达15年供货周期保障等。2）

与目前车厂开发架构的兼容性。

国内车企在开发层面，多沿用国际龙头芯片厂多年的开发架构，国内芯片厂需与整车开发逻辑、步骤、参数接口等达成兼容。

汽车芯片的客户认证周期长、对可靠性要求高，比消费级、工业级芯片，在资金、人才等方面需更长期的投入。面对国内外巨头的先发优势、综合实力，国内创业玩家多从细分品类寻求突破。那么在众多类别中，哪些品类存在重要机会点呢？

汽车芯片赛道机会点

汽车芯片，广泛存在于汽车各子系统内，包括动力系统、底盘系统、安全舒适系统、驾驶辅助系统等。从智能辅助驾驶系统角度，又可分为3层：感知层、决策层、执行层，分别涉及传感器、SoC、MCU等。我们将从业内主要关注的

5大品类：MCU、SoC、存储芯片、功率半导体、传感器芯片，进行系统研究。

1. MCU：全球“缺芯”危机的焦点汽车是MCU目前最大的应用市场，据汽车电子报数据，2019年车用MCU销量已占MCU整体销售额的39%。

单车MCU用量不断提升，来自中信证券数据，每辆传统汽车平均用到70颗以上MCU，智能汽车则超300颗。

MCU，又称微控制单元，是本次“缺芯潮”的主角。其广泛用于车内几十种次系统中，如悬挂、气囊、门控等，成为汽车电子系统内部运算、处理的核心。

车规级MCU市场规模增长迅速，据IC Insights数据,2020年全球车用MCU销售额近65亿美元,预计未来3年涨幅可达24.6%。

 1) 技术：32位是市场主流 汽车架构的集成，推动车用MCU向32位升级，成为当前主流。据电子工程专辑数据，2020年其占比已超62%。

MCU，目前主要有3种：8位、16位、32位。其中，8位工作频率在16-50MHz之间，具有简单耐用、低价的优势；32位MCU工作频率最高，处理能力、执行效能更好，应用也更广泛，据电子发烧友，通过采用先进制程工艺，32位价格也在逐渐降低。而夹在中间的16位，因缺乏优势，市场不断被挤压，目前出货比例最低。

车厂、芯片厂商往往根据成本、空间、功耗、性能等因素，采用不同位数MCU的组合方案。在车身应用层面，3种MCU有各自主要应用领域，32位主要集中在车身控制、仪表盘、驾驶辅助系统等。

2) 玩家机会点：现阶段瞄准车身域，动力域、底盘域是未来机会 

全球MCU市场集中度很高，据高工智能汽车数据，前3大巨头瑞萨、NXP、英飞凌的市占率高达90%，欧美第一梯队在技术积累、供应关系上具有先发优势。但市场过于集中的风险，在本次“缺芯”危机中也凸显出来，MCU首当其冲，成为“缺芯”主角。整车厂普遍开始通过更多渠道采购芯片、增加供应商备选，来缓解芯片短缺的问题。这也是国产MCU玩家面临的新机遇。

国内车规级MCU玩家，据电子发烧友统计，目前共12家，其中7家已有产品发布，如杰发科技、赛腾微电子、琪埔维等。这些玩家主要集中在车身域，包括汽车灯、车窗、雨刮器等。根据博世经典五域，整车主要分为自动驾驶域、底盘域、信息娱乐域、车身域、动力总成域等。相比其他4类，车身域在价值量上相对较低。

全球“缺芯潮”中，青桐资本总结认为，国内MCU玩家机会点，主要有2大层面：首先，是车身域增量的国产替代。以前只应用在高端车的功能，如车载无线充、氛围灯控制、流水尾灯控制等，现在大量运用在中低端车，据赛腾微电子数据，目前约10万辆左右的家用轿车有这样的增量需求。其次，

动力域、底盘域的技术创新。国内目前缺少该领域的标的，优先有产品落地的玩家，更有机会实现弯道超车。

产能上，MCU多依靠8英寸产线，国内玩家主要在中芯国际、华虹宏力等代工厂投片，目前也面临产能吃紧的问题。据中芯国际，2020年其完成了8寸每月3万片的扩充，但仍无法满足市场需求。

2. SoC: 高级别芯片有望实现弯道超车

算力更高的SoC芯片市场潜力巨大。据EEWORLD数据，2018年全球汽车SoC总市值达129.3亿美元，预计2019-2028年复合增长率达8%。

汽车的智能化、电子架构不断集成，对芯片算力需求呈现指数级增长，来自东吴证券数据，智能网联汽车的中央计算平台，将需要500+百万条指令/秒的控制指令运算能力、300+TOPS的AI算力。 

SoC，又称系统级芯片，主要在单一芯片上集成多个功能模块，比如CPU、GPU、内存、音频处理器等。

相比MCU，其集成度更高，一般应用于智能座舱、自动驾驶2大领域。 

1) 4大技术要素炼成SoC“试金石” 

汽车SoC技术门槛很高，其一大优势在于高算力。而算力的核心，依赖于处理器芯片。其中，通用处理器芯片，包括CPU、GPU、DSP等；专用处理器芯片，有ASIC，其AI算力最强，FPGA则属于“半专用”。

汽车主控芯片领域，据摩尔精英，GPU作为通用加速器，在较长一段时间内仍将保持其主流地位；FPGA是硬件加速器，将成为GPU的有效补充；等未来全部或部分智能驾驶算法固化后，ASIC将成为最具性价比的选择。

目前SoC芯片一般采用“CPU+若干XPU”的架构，其具体方案，取决于车企对性能、不同模块功能、性价比等因素的要求。各品牌间会有差异，如英伟达、特斯拉采用“CPU+GPU+ASIC”的方案，国内地平线则为“CPU+ASIC”架构。据中金研究院，在自动驾驶算法成熟后，CPU+ASIC这种低功耗、低成本的方案将是主流。

除了算力、架构外，SoC芯片跑出优势，青桐资本总结发现，还需要在以下4个技术层面发力： 

• 第一，认证标准更高。除了常见的AEC-Q100车规级认证，还需获得ASIL安全等级认证，ASIL分为A、B、C、D四个等级，等级越高，对系统的安全性要求也越高，D级意味着整个系统范围内单点故障率不超过1%。目前出货的自动驾驶SoC，安全等级多在B、C级。

• 第二，对不同底层系统的兼容性。目前常见的底层车载操作系统主要有4种：QNX、Linux、Android。SoC芯片需要与这些系统兼容，和车厂、零部件供应商共同在底层系统上定制化开发，形成独有的车载系统。

• 第三，在设计阶段考虑低功耗问题，使电子产品待机时间更长。SoC设计中，门控功耗、门控时钟技术，是目前使用最广、效率最高的功耗节省方式。

• 最后，软硬件协同验证。SoC芯片需要高集成度地处理音频、视频、蓝牙等不同媒介信息，系统高度复杂对芯片验证是很大的挑战。

2) SoC的主战场：高端芯片 

从玩家来看，目前SoC领域，在中低端市场，被传统巨头牢牢占据，主要有英飞凌、瑞萨、德州仪器等；而智能座舱、自动驾驶的高级别芯片市场，是目前全球玩家争夺的重点，国内创业公司有望脱颖而出。 

高端芯片领域，除了以上传统巨头，另有2类玩家同场竞技：1）消费电子巨头基于其雄厚实力，具有先发优势，如英伟达、英特尔收购的Mobileye、高通、华为等。2021年1月，高通发布第4代骁龙汽车数字座舱平台，并搭载了业内最先进的5nm工艺。2）技术制胜的创业公司，典型的有日本Socionext、国内的地平线等。2019年2月，地平线推出中国首款车规级AI芯片“征程二代”，可提供超过4TOPS的等效算力，典型功耗仅2瓦。 

无疑，相比MCU领域国外巨头的“压倒性”优势，高级别SoC赛道，国内创业公司仍有望成功突围，进入国际梯队。 

目前，国内入局汽车SoC的创业玩家，共5家，都已有产品推出，但仅地平线1家进入前装量产，长安UNI-T搭载其征程2芯片；芯驰科技有望在2021年下半年实现量产，2021年3月已与国内Tier1德赛西威达成合作。

汽车产业链根深蒂固，整车厂的固有供应体系难以打破。但产业链不断向上整合的趋势，为国内创业公司带来机会。青桐资本分析，相比国外玩家，其具有2大显著优势：第一，开放性的软硬件平台，国内芯片厂商不仅提供芯片，还能与国内车企共同定制开发独有的生态系统；第二，本土化服务，一般国外厂商难以进行二次调试，但本土厂商可以提供。

3. 存储芯片：车用DRAM、NAND需求增量大存储芯片，在汽车芯片中占比最低，但需求不断增加。来自前瞻产业研究院数据，2019年仅占7%。汽车智能化、网联化，车辆处理、存储数据量剧增，据Counterpoint Research预测，未来10年单车存储容量将达2TB-11TB。另据财联社，2017年单车存储设备硬件成本仅20美元左右，待发展到自动驾驶L4/L5级别，成本预计可至300-500美元。 

汽车智能化，对2类存储芯片的需求增量最大：DRAM和NAND。其中，DRAM，是目前“缺芯”危机中告缺的品类。

来自TrendForce预测，预计2021-2023年其年均增长率将超30%。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。 

从玩家格局来看，全球巨头寡头垄断明显。据Statista数据，2020年DRAM芯片前三位厂商，三星、海力士、美光，市占率高达94.5%。中国存储半导体，严重依赖进口，据芯知汇数据，2019年中国存储半导体进口金额高达947亿美元，占集成电路整体进口额的31%。

国内玩家中，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。

4. 功率半导体：IGBT、SiC MOSFET是增量机会点

汽车电动化趋势下，“三电系统”的电池、电机、电控系统，取代了汽油发动机、油箱或变速器。汽车新增大量部件，包括DC-DC模块、电机控制系统、电池管理系统、高压电路等。其对功率半导体的需求量大幅提升，据国信证券数据，纯电动车中，功率半导体价值量约为455美元，是传统汽车的9倍。

功率半导体，在汽车中主要承担电源开关、电力转换的功能。其分为2大类：功率器件、功率IC。其中，功率器件，又包括二极管、晶闸管、IGBT、MOSFET。

功率IC，主要将功率器件与驱动、控制、保护、接口、监测等外围电路集成。模拟芯片中的电源管理芯片，与功率器件相辅相成，经常集成在一颗芯片中。

1) 技术：IGBT、MOSFET是市场主流功率器件发展近70年，MOSFET与IGBT目前逐渐成为市场主流，主要用于大电流、大电压环境。 

MOSFET，又称金属-氧化物半导体场效应晶体管，开关速度高、开关损耗小，但传导损耗很高。其是功率器件中占比最高的品类，据Yole数据，2019年全球MOSFET市场规模达68.54亿美元，占功率器件市场的41%。

GBT，由MOSFET和BJT组合而成，克服了MOSFET的缺陷，在高压、高速、大电流等方面具有明显优势。 

不同的功率器件，对应的功率和适用场景不同。

据英飞凌数据，当功率从100kW增至200kW以上，功率器件需从IGBT过渡到SiC MOSFET。而轻度混合动力汽车MHEV和电池动力汽车BEV，在电机逆变器中采用的功率器件也并不相同。

材料是决定功率器件性能的一大因素，其经历了3代的更迭。第一代硅材料，逐渐接近物理极限；二代GaAs、InP，主要应用于毫米波、微波或光电子器件。随着新能源汽车对功率器件性能需求的不断攀升，第三代半导体材料快速崛起，以GaN、SiC为代表，其具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高键合能等优点。相比一代，据英飞凌数据，第三代材料的功率损耗减少50%，功率密度增加3倍，可承受最高温度上升50%。

 目前，第三代材料中，SiC主要应用于MOSFET，解决了硅基MOSFET只能用于低压的痛点。但其成本较高，据国海证券，SiC价格约为硅基器件的6倍。出于成本考虑，

IGBT厂商仍采用硅基。而GaN，受制于衬底成本高昂、处理时间慢，发展也相对较慢，来自国海证券数据，GaN器件成本比硅基高100倍，衬底处理时间相差200-300倍。

MOSFET市场，国内也有厂商步入全球前10，如安世半导体、华润微，主要依靠其长期研发积累、完善的产品体系。从MOSFET技术趋势来看，三代SiC材料将部分取代硅基。目前全球SiC市场处于初期阶段，渗透率较低，竞争格局有较大不确定性。

国外Cree、II-VI、Si-Crystal等衬底厂商出货量相对高，国内也有众多企业入局，如天科合达、山东天岳、三安集成、中电科等。各家加速跑马圈地，国内玩家有望在增量市场中分一杯羹。

总 结

作为实现“碳中和”的重要领域，新能源汽车将迎来快速放量，据《中国2035新能源汽车发展规划》，2025年其渗透率将达20%。

同时，美国对芯片的“卡脖子”行为，也推动芯片国产替代势在必行，汽车领域更是在“缺芯”催化下加速国产化。 

在细分赛道方向，MCU在车身域增量上国产替代空间大，底盘域、动力域是高级别角逐赛；SoC领域，智能驾舱、自动驾驶等高级别芯片玩家，有望进入国际梯队；功率半导体方向，IGBT、SiC MOSFET是市场主流；传感器领域，车载摄像头、雷达领域仍有较大想象空间。 从项目角度看，资本更关注3个能力点：首先，团队能力，具体分为技术、渠道能力。一方面，要求核心成员具备很强的芯片设计能力，达到车规要求；另一方面，和主机厂的商务拓展能力也至关重要。其次，产品研发能力。MCU芯片层面，32位是目前资本关注重点。另外，车身系统的应用领域、是否通过车规级认证、芯片是否完成流片、是否实现前装量产等也是衡量因素。最后，

供应链能力。产能是目前芯片厂的关键指标，8英寸晶圆产线紧缺形势中，芯片厂从下订单到出货周期，已从3-6个月，延长至1年以上。因此“拿到Fab产能“成为芯片厂的当务之急。 

伴随汽车架构重塑、产业链的向上整合，汽车芯片在未来3-5年势必迎来国内企业发展的黄金窗口期。